Zeker over zenuwgas

Op 22 april 2015 werd stilgestaan bij een nogal macaber jubileum. Het was op die dag honderd jaar geleden dat voor de eerste keer chemische wapens werden ingezet. Tijdens de Eerste Wereldoorlog, in de strijd rond het Vlaamse Ieper, bestookten de Duitse troepen de Franse en Canadese linies die dag met chloorgas. De aanval opende een nieuw, gruwelijk hoofdstuk in het boek over oorlogsvoering. Een hoofdstuk dat helaas nog niet is afgesloten.

Syrië

Op 21 augustus 2013 werden de bewoners van Ghouta, een buitenwijk van de Syrische hoofdstad Damascus, in alle vroegte opgeschrikt door een aanval. Er vielen honderden slachtoffers en hun symptomen wezen in de richting van een aanval met zenuwgas. Het was bekend dat het Syrische regime beschikte over grote voorraden van deze gassen, waaronder sarin. Een en een is twee zou je zeggen, maar keihard bewijs is dat niet. Om onomstotelijk aan te tonen dat al die mensen zijn gestorven door het gebruik van een zenuwgas moet je hard maken om welk zenuwgas het gaat.

“Zenuwgassen zijn heel reactief, waardoor je zelden het intacte gas nog terugvindt op de plaats van de aanval”, zegt Daan Noort, principal scientist bij de onderzoeksgroep CBRN Protection van TNO. CBRN staat voor Chemisch, Biologisch, Radiologisch, Nucleair. “Bovendien zijn zenuwgassen extreem giftig. Een zeer kleine hoeveelheid is al genoeg om slachtoffers te maken. Dat betekent een extra moeilijkheid bij het aantonen, want je hebt te maken met zeer lage concentraties.”

Het gebruik van biomedische monsters heeft nog een belangrijk voordeel, legt Noort uit. “De giftigheid van zenuwgassen zit in de verbindingen die ze vormen met eiwitten in het lichaam. Die verbindingen hebben een relatief lange levensduur van soms wel enkele weken. Je hebt dus meer tijd om de sporen terug te vinden. Ook als je niet meteen ter plaatse bent om monsters te nemen.”

Verlamming

Zenuwgassen, zoals sarin, tabun en VX, binden aan het enzym acetylcholinesterase (AChE). Dit enzym zorgt ervoor dat de communicatie tussen het zenuwstelsel en de spieren goed verloopt. De zenuwgassen blokkeren de werking van AChE, waardoor overstimulering van allerlei processen optreedt. Zoals van de speekselproductie. Slachtoffers van zenuwgassen hebben vaak schuim rond hun mond. De continue prikkeling van de spieren zorgt ervoor dat verlamming optreedt, waardoor ook de ademhaling stokt.

Bij blootstelling aan een hoge dosis kan de dood al binnen enkele minuten volgen. Het aangrijpingspunt van de zenuwgassen in AChE is bekend, namelijk een specifiek serine residu in het actieve deel van AChE. Serine is een aminozuur; een bouwsteen van eiwitten. Serine heeft een hydroxylgroep (-OH) aan zijn ‘staart’, die relatief gemakkelijk verbindingen aangaat met zogenaamde elektrofiele stoffen. Dit zijn stoffen die graag een elektron opnemen.

De zenuwgassen zijn organofosfaten; ze bevatten een elektrofiel fosforatoom (P). Bovendien is in het geval van sarin het fosfor gebonden aan een fluoratoom (F). De P-F binding is heel reactief en verbreekt gemakkelijk. Zodra sarin in contact komt met AChE ‘vertrekt’ het fluoratoom, na een ‘aanval’ door de -OH groep van serine. Het gevolg: AChE bevat nu een zeer herkenbare sarin-staart, waardoor het zijn normale functie niet meer kan uitvoeren. Zo’n gemodificeerd eiwit heet ook wel een adduct. Noort: “Ieder zenuwgas geeft een eigen specifiek adduct en we weten welk gas welk adduct levert. Daar kunnen we dus heel gericht naar zoeken.” Dat zoeken is overigens niet eenvoudig. Zoals eerder aangegeven zijn zenuwgassen al bij heel lage dosering giftig en bovendien reageren ze niet alleen met AChE, maar met meerdere eiwitten en andere moleculen in het lichaam.

Ondertussen werken ze bij TNO volop door aan verbetering van de analysemethoden. “Wat we nu doen is het aantonen van het specifieke adduct dat ontstaat nadat het zenuwgas heeft gereageerd met BuChE. Wij gaan nog een stap verder en maken het peptide adduct na en gebruiken dat als referentiestandaard. Als dan de piek in de MS meting precies op dezelfde plek komt en dus hoger wordt in het geval van additie aan een blootgesteld monster, dan weet je helemaal zeker dat je de juiste verbinding hebt aangetoond.”

Even een zijstap, maar hoe testen ze eigenlijk hun methoden? Daarvoor heb je toch proefmonsters nodig die je laat reageren met het zenuwgas in kwestie? Hoe kom je daaraan? “Die mogen we hier maken”, vertelt Noort. “We hebben een ontheffing van de OPCW en nationale instanties om hier, in een streng beveiligd laboratorium, kleine hoeveelheden zenuwgassen te maken voor onderzoek.” Helaas is dit High-Tox lab door een verbouwing tijdelijk niet te bezoeken. Jammer, want de hilarische beelden uit de film The Rock waarin Nicholas Cage een chemische wapensexpert speelt, maken toch nieuwsgierig. Noort kent de film ook. “Zo spannend is het hier echt niet. Wat je daar ziet is wel heel erg fictie.”

Snelle testkit

Een andere vraag in het actuele onderzoek is of en hoe je de analyse van biomedische monsters in de conflictsituatie zelf kunt inzetten. Een zogeheten _Point of Care_-toepassing. Denk hierbij aan een draagbaar apparaat waarmee hulpverleners, inspecteurs of militair personeel heel snel weten waar ze mee te maken hebben. Noort laat een voorbeeld zien van een staafje voor het aantonen van cocaïne en opiaten, ontwikkeld door een Duits bedrijf. Het ziet eruit als een zwangerschapstest.