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Chasseurs de virus: dans le laboratoire de niveau 4 de biosécurité du Maryland + Arme biologique à San Francisco

Par Joe Pappalardo 31 Juillet 2014

En 2009, alors que les peurs de la grippe porcine se propageaient dans le monde, le Premier ministre a eu un aperçu précoce du plus récent laboratoire  de recherche des Etats-Unis d’Amérique sur les maladies infectieuses pour voir comment les scientifiques étudient les agents pathogènes les plus meurtriers au monde. Cette semaine, après une série d’incidents embarrassants dans ces laboratoires BSL-4, un expert biomédical a appelé les États-Unis à les fermer jusqu’à ce que leur sécurité soit vérifiée.

The air-lock entrance to the lab's hot zone. Right: A biohazard suit protects Peter Jahrling, chief virus hunter at the Integrated Research Facility in Fort Detrick, Md

Note de l’éditeur: cette histoire a été initialement publiée le 27 avril 2009.

L’installation de recherche intégrée à Fort Detrick, Md., Ne semble pas menaçante. La structure en verre et en brique de trois étages, qui pourrait s’intégrer parfaitement dans n’importe quel parc de bureaux de banlieue, est typique des bâtiments conçus par des architectes qui lisent des études reliant la lumière du soleil à la productivité des travailleurs. Les chaises en cuir de l’atrium semblent encourager le farniente. L’Institut national des allergies et des maladies infectieuses, qui gère l’IRF, prévoit d’installer un café-bar dans l’atrium.

Mais dans un bâtiment de 105 millions de dollars, presque terminé, se trouve un laboratoire construit comme un sous-marin – 11 125 pieds carrés d’espace hermétique et soigneusement pressurisé. Dès le printemps prochain, 30 scientifiques titulaires d’un doctorat portant des combinaisons de protection et des cagoules mèneront des recherches révolutionnaires dans ces salles, essayant de déterminer comment les maladies infectieuses mortelles tuent leurs hôtes.

Les fièvres hémorragiques comme Marburg et Ebola, qui sont causées par des virus, sont parmi les afflictions les plus horribles au monde. Pendant environ sept jours après l’infection, les patients souffrent de symptômes semblables à ceux de la rouille, mais à mesure que le virus se multiplie, le sang commence à suinter de la peau, de la bouche, des yeux et des oreilles. Hémorragie des organes internes en masses sanglantes et informe. Certaines de ces fièvres tuent jusqu’à 90% de ceux qui les contractent, et elles peuvent être transmises par contact étroit avec des fluides corporels, peut-être même par un éternuement.

Les scientifiques ne savent toujours pas beaucoup comment fonctionnent ces maladies rares mais mortelles. Si elles prennent racine en Amérique – transportés par des voyageurs sans méfiance ou par des terroristes – la communauté médicale n’aurait aucun vaccin pour arrêter leur propagation. Et il n’y a qu’une poignée de laboratoires dans le monde équipés pour expérimenter ces agents pathogènes hautement transmissibles; aucun n’a l’équipement de diagnostic sophistiqué qui est installé à l’IRF. Les leçons apprises ici pourraient un jour faire la différence entre une vague et une épidémie.

Le meilleur moment pour un étranger de visiter l’IRF est avant qu’il ne devienne chaud – c’est-à-dire, maintenant, avant que les bogues mortels ne soient apportés sur le site. «C’est la seule fois», explique Jason Paragas, directeur adjoint de l’établissement pour la science. Paragas est l’un des 30 membres du personnel qui travailleront dans le laboratoire très restreint. Calmement amical, avec un corps robuste et une disposition facile, il parle et bouge avec délibération et ne semble pas avoir un os impulsif dans son corps. Sa robe est bien rangée et décontractée dans le Maryland – des chemises boutonnées lâches, mais jamais une cravate. Le chercheur de 37 ans a passé près de trois ans à travailler sur la nouvelle installation, alors il fait un guide très informé.

Paragas se tient dans ce qui sera la ligne de démarcation entre deux laboratoires – un laboratoire externe conçu pour traiter les maladies infectieuses dangereuses et un laboratoire interne conçu pour les pires agents pathogènes du monde. L’espace extérieur est l’équivalent pour la recherche médicale d’une prison à sécurité maximale – niveau de biosécurité 3. Le sanctuaire intérieur est supermax, ou BSL-4. Les chercheurs peuvent étudier la peste bubonique au niveau 3; Ebola et les autres tueurs transmissibles et actuellement incurables doivent être mis en quarantaine au niveau 4. L’institut est si soucieux de la sécurité qu’il a demandé à Popular Mechanics de ne pas identifier l’étage sur lequel se trouvent les laboratoires BSL-3 et BSL-4.

Pour entrer dans le laboratoire restreint BSL-4, Paragas doit d’abord passer par deux portes en acier inoxydable configurées comme un sas. Il frappe un code qui désactive la serrure magnétique de la première porte. Le clavier avertit également le système d’automatisation du bâtiment (BAS) que la pression de l’air est sur le point de changer. Le BAS ajuste le débit d’air, augmentant la pression dans la zone BSL-3 et la diminuant dans le sas. Une fois que Paragas est prêt à entrer dans le BSL-4, le BAS s’assurera que l’air à haute pression dans le sas s’écoule dans le laboratoire à haute pression et à basse pression, piégeant les agents pathogènes aéroportés. Plus le niveau de confinement est profond, plus la pression est faible. « Le confinement biologique est nul », déclare Paragas. « Toute brèche est aspirée par la négativité. »

La porte du sas se ferme avec le bruit d’un foret surchargé, qui est causé par le gonflage rapide d’une vessie en caoutchouc qui scelle les bords lisses de la porte. Une fois l’installation opérationnelle, le sas servira également de douche de décontamination. Pendant 7 minutes, des rangées verticales de buses pulvériseront de l’eau et des produits chimiques destructeurs de virus sur les cagoules et combinaisons des scientifiques avant de s’ouvrir.

Paragas voit la lueur d’un feu vert: le BAS lui permet d’ouvrir la deuxième porte et d’entrer dans BSL-4. Les lampes fluorescentes, suspendues dans des boîtes hermétiques pour empêcher les micro-organismes de s’accumuler sur les bords, se reflètent sur l’acier inoxydable facile à décontaminer. Les murs ont un éclat scintillant provenant des couches de composé de rempotage époxy qui forment un joint continu sur chaque surface. Les luminaires et les prises électriques qui pénètrent dans le joint sont logés dans des boîtes hermétiques et moussés d’époxy. Les travailleurs de la construction sont allés jusqu’à enlever l’isolant des extrémités des fils qui sortent des murs et sceller les pointes avec le composé.

Les architectes de l’IRF ont conçu tout à l’intérieur de BSL-4 à ce niveau de sécurité. Même les têtes de gicleurs d’incendie sont équipées de vannes pour empêcher les virus de nager dans les tuyaux. À la fin des expériences, les techniciens de laboratoire rinceront l’équipement métallique avec des produits chimiques, puis purifieront davantage l’équipement avec un autoclave. « Nous contrôlons nos agents à tout moment », déclare Paragas.

A labyrinth of ducts guides air in the lab through banks of powerful filters

Air frais: un labyrinthe de conduits guide l’air dans le laboratoire à travers des rangées de filtres puissants, dont chacun élimine plus de 99% des particules de plus de 0,0003 mm. Le personnel dit que l’air quitte le bâtiment plus proprement qu’il arrive.

L’installation de recherche intégrée à Fort Detrick, Md., Ne semble pas menaçante. La structure en verre et en brique de trois étages, qui pourrait s’intégrer parfaitement dans n’importe quel parc de bureaux de banlieue, est typique des bâtiments conçus par des architectes qui lisent des études reliant la lumière du soleil à la productivité des travailleurs. Les chaises en cuir de l’atrium semblent encourager le farniente. L’Institut national des allergies et des maladies infectieuses, qui gère l’IRF, prévoit d’installer un bar à café dans l’atrium.

Mais dans un bâtiment de 105 millions de dollars, presque terminé, se trouve un laboratoire construit comme un sous-marin – 11 125 pieds carrés d’espace hermétique et soigneusement pressurisé. Dès le printemps prochain, 30 scientifiques titulaires d’un doctorat portant des combinaisons de protection et des cagoules mèneront des recherches révolutionnaires dans ces salles, essayant de déterminer comment les maladies infectieuses mortelles tuent leurs hôtes.

Les fièvres hémorragiques comme Marburg et Ebola, qui sont causées par des virus, sont parmi les afflictions les plus horribles au monde. Pendant environ sept jours après l’infection, les patients souffrent de symptômes semblables à ceux de la rouille, mais à mesure que le virus se multiplie, le sang commence à suinter de la peau, de la bouche, des yeux et des oreilles. Hémorragie des organes internes en masses sanglantes et informe. Certaines de ces fièvres tuent jusqu’à 90% de ceux qui les contractent, et elles peuvent être transmises par contact étroit avec des fluides corporels, peut-être même par un éternuement.

Les scientifiques ne savent toujours pas beaucoup comment fonctionnent ces maladies rares mais mortelles. S’ils prennent racine en Amérique – transportés par des voyageurs sans méfiance ou par des terroristes – la communauté médicale n’aurait aucun vaccin pour arrêter leur propagation. Et il n’y a qu’une poignée de laboratoires dans le monde équipés pour expérimenter ces agents pathogènes hautement transmissibles; aucun n’a l’équipement de diagnostic sophistiqué qui est installé à l’IRF. Les leçons apprises ici pourraient un jour faire la différence entre une épidémie et une épidémie.

Le meilleur moment pour un étranger de visiter l’IRF est avant qu’il ne devienne chaud – c’est-à-dire, maintenant, avant que les bogues mortels ne soient apportés sur le site. «C’est la seule fois», explique Jason Paragas, directeur adjoint de l’établissement pour la science. Paragas est l’un des 30 membres du personnel qui travailleront dans le laboratoire très restreint. Calmement amical, avec un corps robuste et une disposition facile, il parle et bouge avec délibération et ne semble pas avoir un os impulsif dans son corps. Sa robe est bien rangée et décontractée dans le Maryland – des chemises boutonnées lâches, mais jamais une cravate. Le chercheur de 37 ans a passé près de trois ans à travailler sur la nouvelle installation, alors il fait un guide très informé.

Paragas se tient dans ce qui sera la ligne de démarcation entre deux laboratoires – un laboratoire externe conçu pour traiter les maladies infectieuses dangereuses et un laboratoire interne conçu pour les pires agents pathogènes du monde. L’espace extérieur est l’équivalent pour la recherche médicale d’une prison à sécurité maximale – niveau de biosécurité 3. Le sanctuaire intérieur est supermax, ou BSL-4. Les chercheurs peuvent étudier la peste bubonique au niveau 3; Ebola et les autres tueurs transmissibles et actuellement incurables doivent être mis en quarantaine au niveau 4. L’institut est si soucieux de la sécurité qu’il a demandé à Popular Mechanics de ne pas identifier l’étage sur lequel se trouvent les laboratoires BSL-3 et BSL-4.

Eau propre: l’eau et les produits chimiques de décontamination des éviers et des douches se rassemblent dans trois réservoirs de 1 500 gallons dans l’installation. Ces réservoirs chauffent les fluides résiduaires à 250 F, tuant tout ce qui survit au rinçage désinfectant.

Eau propre: l’eau et les produits chimiques de décontamination des éviers et des douches se rassemblent dans trois réservoirs de 1 500 gallons dans l’installation. Ces réservoirs chauffent les fluides résiduaires à 250 F, tuant tout ce qui survit au rinçage désinfectant.

Pour entrer dans le laboratoire restreint BSL-4, Paragas doit d’abord passer par deux portes en acier inoxydable configurées comme un sas. Il frappe un code qui désactive la serrure magnétique de la première porte. Le clavier avertit également le système d’automatisation du bâtiment (BAS) que la pression de l’air est sur le point de changer. Le BAS ajuste le débit d’air, augmentant la pression dans la zone BSL-3 et la diminuant dans le sas. Une fois que Paragas est prêt à entrer dans le BSL-4, le BAS s’assurera que l’air à haute pression dans le sas s’écoule dans le laboratoire à haute pression et à basse pression, piégeant les agents pathogènes aéroportés. Plus le niveau de confinement est profond, plus la pression est faible. « Le confinement biologique est nul », déclare Paragas. « Toute brèche est aspirée par la négativité. »

La porte du sas se ferme avec le bruit d’un foret surchargé, qui est causé par le gonflage rapide d’une vessie en caoutchouc qui scelle les bords lisses de la porte. Une fois l’installation opérationnelle, le sas servira également de douche de décontamination. Pendant 7 minutes, des rangées verticales de buses pulvériseront de l’eau et des produits chimiques destructeurs de virus sur les cagoules et combinaisons des scientifiques avant de s’ouvrir.

Paragas voit la lueur d’un feu vert: le BAS lui permet d’ouvrir la deuxième porte et d’entrer dans BSL-4. Les lampes fluorescentes, suspendues dans des boîtes hermétiques pour empêcher les micro-organismes de s’accumuler sur les bords, se reflètent sur l’acier inoxydable facile à décontaminer. Les murs ont un éclat scintillant provenant des couches de composé de rempotage époxy qui forment un joint continu sur chaque surface. Les luminaires et les prises électriques qui pénètrent dans le joint sont logés dans des boîtes hermétiques et moussés d’époxy. Les travailleurs de la construction sont allés jusqu’à enlever l’isolant des extrémités des fils qui sortent des murs et sceller les pointes avec le composé.

Les architectes de l’IRF ont conçu tout à l’intérieur de BSL-4 à ce niveau de sécurité. Même les têtes de gicleurs d’incendie sont équipées de vannes pour empêcher les virus de nager dans les tuyaux. À la fin des expériences, les techniciens de laboratoire rinceront l’équipement métallique avec des produits chimiques, puis purifieront davantage l’équipement avec un autoclave. « Nous contrôlons nos agents à tout moment », déclare Paragas.

Staff will slide infected monkeys into the tube of this X-ray machine, the first to be adapted for use in high biocontainment. Scanners move around the tube for 360-degree views of the progress of a disease.

Une fois que le laboratoire BSL-4 devient chaud, les tests sur les animaux commencent. Étant donné que les primates réagissent aux maladies de manière similaire à l’homme, ils sont les sujets de nombreuses expériences de niveau 4. Le personnel de l’IRF est parfaitement conscient de la sensibilité de l’utilisation de singes dans la recherche médicale, mais notez que la menace posée par les fléaux potentiels nécessite une étude dans le monde réel. Le personnel de l’IRF déclare manipuler les animaux avec les soins qu’ils prodiguent aux patients humains. «Nous comparons cela à une unité de soins intensifs pour singes», explique Peter Jahrling, directeur de l’IRF.

Jahrling a passé plus de trois décennies à étudier les maladies infectieuses, mais il admet que leur façon de travailler reste un mystère. « Les animaux meurent d’une défaillance multisystémique », explique Jahrling, « mais qu’est-ce qui déclenche les événements terminaux? » Pour répondre à cette question, les chercheurs s’appuieront ici sur des scanners médicaux installés dans quatre salles adjacentes de la bulle BSL-4. Aucune autre installation de confinement biologique n’utilise ce type d’équipement.

Chaque machine génère des informations différentes – un scanner de tomographie par émission de positons (TEP) mesure les dommages aux tissus et aux organes, tandis qu’un instrument de résonance magnétique (IRM) est utilisé pour discerner les détails du système vasculaire. La machine à rayons X identifiera les anomalies dans la poitrine et les poumons; Les tomodensitogrammes montreront s’il y a un gonflement dans le cerveau. Instantané par instantané, la combinaison peut révéler comment les fièvres hémorragiques comme Ebola démantèlent un corps sain.

Les ingénieurs de Philips Medical Systems ont modifié les quatre scanners pour les utiliser dans cette installation BSL-4 en déplaçant la majeure partie de l’électronique difficile à sceller à l’extérieur des sections chaudes du laboratoire pour la maintenance. Ils ont également installé des fils de déclenchement laser et infrarouge qui arrêteront automatiquement les pièces mobiles des scanners avant qu’ils n’entrent en contact avec des barrières entre la zone chaude de niveau 4 et le monde extérieur. Les architectes ont conçu les pièces autour des scanners: des feuilles de cuivre dans le sol de la salle MR, par exemple, protègent la machine contre les interférences radioélectriques. Ces dispositifs médicaux puissants présentent leurs propres dangers, tels que les matériaux radioactifs utilisés dans le scanner PET et les aimants MR suffisamment puissants pour retirer les anneaux des doigts ou les hanches métalliques de remplacement des articulations. « Ici, » dit Paragas, « il y a des dangers entassés sur les dangers. »

Bonnes vues: le personnel fera glisser des singes infectés dans le tube de cette machine à rayons X, la première à être adaptée pour une utilisation dans un confinement biologique élevé. Les scanners se déplacent autour du tube pour une vue à 360 degrés de la progression d’une maladie.

Pour collecter des données sur les stades d’une maladie infectieuse, les scientifiques d’autres laboratoires exposent généralement un certain nombre d’animaux au même agent pathogène, puis tuent les sujets à intervalles réguliers, examinant les cadavres pour suivre l’évolution de la maladie. Mais grâce aux scanners, le personnel de l’IRF suivra l’évolution d’une maladie chez un seul animal, nécessitant moins de sacrifices. Les données d’un patient primate individuel sont également plus cohérentes.

Les premiers tests de l’IRF permettront aux maladies de faire rage sans contrôle à travers leurs hôtes animaux. Les chercheurs feront rouler des singes en cage des zones de rétention dans les sections chaudes du laboratoire où ils leur injecteront des doses virales hautement concentrées. Après avoir laissé environ une semaine pour que les virus prennent racine, les manipulateurs endormiront les singes et les placeront dans les tubes des imageurs. Les techniciens en dehors de la zone BSL-4 feront fonctionner les scanners à distance, en les faisant tourner autour d’un tube pour regarder à travers la peau et les os pour mesurer où les flux d’oxygène et de sang sont défaillants, ce qui indiquera quels organes les virus attaquent – et dans quel ordre. « Maintenant, nous braquons une lampe de poche sur les sujets pour trouver les virus », explique Paragas. « En utilisant ces scanners, nous pourrons illuminer tout le corps. Il n’y aura aucun endroit où les virus pourront se cacher. »

Une fois que la connaissance de base des progrès d’une maladie a été établie, les scientifiques vont tester la réaction des animaux aux médicaments, vaccins et thérapies. Les chercheurs veulent identifier les maladies infectieuses qui suivent un cours similaire, afin que les mêmes vaccins et traitements puissent être appliqués à de nombreuses épidémies. « Nous ne pouvons pas nous permettre de fabriquer un vaccin pour chaque maladie émergente », a déclaré Jahrling.

La première règle dans tout combat est de connaître l’ennemi – et cela place cet immeuble de bureaux extérieurement normal en première ligne d’une guerre contre des ennemis invisibles qui peuvent se transformer en souches plus puissantes. Jahrling, l’un des chasseurs de virus les plus aguerris du pays, ne se fait aucune illusion quant aux organismes qui ont le dessus: « Les insectes ont toujours une longueur d’avance. »

Traduction : MIRASTNEWS

Source : POPULAR MECHANICS

En 1950, les États-Unis d’Amérique ont lancé une arme biologique à San Francisco

Ce fut l’une des centaines de simulations d’armes biologiques réalisées dans les années 1950 et 1960

Serratia marcescens

Dans le cadre d’une expérience avec des armes biologiques, Serratia marcescens (représentée sur une plaque de gélose ci-dessus) a été libérée à San Francisco en 1950. (Nathan Reading / Flickr CC BY-NC-ND 2.0)

Par Helen Thompson

smithsonianmag.com

6 juillet 2015

La bactérie Serratia marcescens vit dans le sol et l’eau et est surtout connue pour sa capacité à produire un pigment rouge vif. Ce trait flashy rend ce microbe particulier utile dans les expériences, car il est si brillant qu’il est facile de voir où il se trouve. Et en 1950, l’armée des Etats-Unis d’Amérique a exploité ce pouvoir dans un test de guerre biologique à grande échelle, écrit Rebecca Kreston sur son blog « Body Horrors » pour Scientific American.

À partir du 26 septembre 1950, l’équipage d’un navire dragueur de mines de la marine des Etats-Unis d’Amérique a passé six jours à pulvériser Serratia marcescens dans les airs à environ trois kilomètres de la côte nord de la Californie. Le projet s’appelait «Opération Sea Spray» et son objectif était de déterminer la vulnérabilité d’une grande ville comme San Francisco à une attaque par arme biologique par des terroristes.

Les jours suivants, les militaires ont prélevé des échantillons sur 43 sites pour suivre la propagation de la bactérie et ont constaté qu’elle avait rapidement infesté non seulement la ville mais aussi les banlieues environnantes. Pendant le test, les résidents de ces zones auraient inhalé des millions de spores bactériennes. De toute évidence, leur test a montré que San Francisco et des villes de taille et de topographie similaires pouvaient faire face à des menaces de guerre germinale. « À cet égard, l’expérience a été un succès », écrit Kreston.

Mais il y avait un hic. À l’époque, l’arméedes Etats-Unis d’Amérique pensait que Serratia ne pouvait pas nuire aux humains. Le bogue était surtout connu pour les taches rouges qu’il produisait sur les aliments infestés et n’avait pas été largement lié aux conditions cliniques. Cela a changé lorsqu’une semaine après le test, 11 résidents locaux se sont rendus dans un hôpital universitaire de Stanford pour se plaindre d’infections des voies urinaires.

Après avoir testé leur pipi, les médecins ont remarqué que l’agent pathogène avait une teinte rouge. «L’infection par Serratia était si rare que l’épidémie a été étudiée de manière approfondie par l’Université pour identifier les origines de cette punaise écarlate», écrit Kreston. Après que les scientifiques ont identifié le microbe, les cas sont devenus collectivement le premier foyer enregistré de Serratia marcescens. Un patient, un homme du nom d’Edward Nevin qui se remettait d’une chirurgie de la prostate, est décédé, et certains ont suggéré que la libération avait changé à jamais l’écologie microbienne de la région, comme l’a souligné Bernadette Tansey pour le San Francisco Chronicle en 2004.

L’armée avait effectué des tests similaires dans d’autres villes du pays au cours des deux décennies suivantes, jusqu’à ce que Richard Nixon ait mis fin à toutes les recherches sur la guerre germinale en 1969. L’expérience de San Francisco n’est devenue connue du public qu’en 1976.

Helen Thompson

Helen Thompson écrit sur la science et la culture pour Smithsonian. Elle a déjà écrit pour NPR, National Geographic News, Nature et autres.
En savoir plus sur cet auteur | Suivez @wwrfd

Traduction : MIRASTNEWS

Source : Smith Sonian

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