В эталонно-образцовом чумном бараке «Бриллиантовая Принцесса», который, по оценке западных эпидемиологов, представлял собой идеальный инкубатор инфекции, заражены оказались 17%. Из них около 40% были бессимптомные носители, а умерло 7(10) человек из 4061 находившихся на борту. По данным Голиковой, в России коронавирусное инфицирование протекает бессимптомно у 25% заразившихся. Смертность от коронавируса в России, как и на «Принцессе», в процентах измеряется знаками после запятой от общего числа инфицированных; то же самое в Германии.

Но инфекции бывают злее. Например, зимой 1984 - 1985 годов нас, студентов 6 курса медицинского института в Москве, на месяц снимали с занятий на «грипп». Я попал в детскую поликлинику, где на нашем участке было примерно 1000 детей при нормативе 800 на одного педиатра. Рекорд нашего участка был 113 (прописью – сто тринадцать) вызовов на дом в день на одного педиатра, и двух присовокупленных студентов. Неделю число вызовов держалось на уровне 90 – 100 в день, потом плавно пошло на спад. Т.е., даже с учетом повторных визитов и других заболеваний, в отличие от «Бриллиантовой Принцессы», инфицирование той зимой составило около 100%. Причем все 100% были с выраженной клинической картиной, так что мамашки вызывали врача на дом и брали больничный. Про смертность не скажу, наше дело было участковое, «уши» на шею, и сайгаками поскакали по вызовам, но вообще-то ранней весной 1985 года СССР лишился очередного Генсека КПСС. Черненко скончался от заболевания легких в детском, по нынешним временам, для политика возрасте, 69 лет.

А есть еще карантинные инфекции. При оспе смертность начинается от 40% и выше, при чуме без антибиотиков около 90%. Впрочем, и в эпоху антибиотиков смертность от чумы достигает около 10%. В случае легочной чумы антибиотики не помогают, потому что они просто не успевают подействовать, пациент уходит за несколько часов. Причем, если оспа считается официально ликвидированной (декларируют, что живые штаммы остались только в 2-х спец. лабораториях на планете Земля), то природные очаги чумы есть на территории России, и у соседей в Казахстане и Монголии.

В связи с чем возникает вопрос о биологической безопасности страны.

Автоматическая реакции на биологические угрозы

По логике, уж если для СУ-57 штучной выделки есть оптико-электронные системы слежения, позволяющие за сотни километров обнаруживать супостатов, то на входах/выходах метро или в Ашанах, где потоки составляют десятки тысяч человек в день на одну точку, сам Бог велел ставить детекторы. Как в той песенке про спецназ на Марсе - «магнитные волны тревогу дают». Которые при обнаружении какой-нибудь мерзопакости в толпе автоматически дают команду закрыть двери на вход и выход, остановить эскалаторы, пропустить проходящие поезда без остановок, и вызвать МЧС для проведения массовых карантинно-дезинфекционно-эвакуационных мероприятий. Потому что дешевле в жизнях, в здоровье и в деньгах тормознуть несколько тысяч человек, и обеспечить им качественный уход и присмотр, чем выпустить массовую гадость на волю.  

Есть и второй сценарий использования автоматической реакции на патогены, менее экстремальный, но зато регулярный. Для сезонных ОРВИ при достижении порогового числа срабатывания датчиков за фиксированную единицу времени можно объявлять запрет на вход без масок в общественный транспорт, магазины и на массовые мероприятия.

Если предыдущий вариант с карантинными инфекциями или токсинами массового поражения, дай Бог, никогда не понадобится, то идентификация в реальном времени сезонных возбудителей ОРВИ позволит запускать эпидемиологические и терапевтические мероприятия немедленно, не дожидаясь отчетности по обращениям от участковых врачей. Это и сохранит здоровье людей, и предотвратит экономические потери вследствие массовой нетрудоспособности.

Пределы современных систем на основе биотехнологий

На практике детекторы биологической опасности вроде как есть http://ntcpoisk.ru/pribory-sistemy-biologicheskoy-razvedki-i-kontrolya-i.... Однако нет завязанных на них систем автоматического реагирования в местах общественного пользования. И дело не в злокозненности власти. Просто таков уровень развития техники и медицины на планете Земля. Об этом уровне, и что с этим делать, и пойдет речь ниже.

Начнем в того, что современная микробиология в своей основе — это наука о вкусной и здоровой пище для самых маленьких. А микробиологическая лаборатория - ферма по откорму разнообразных мелких зверушек. Например, одни стафилококки любят кровушку, они коагулазоположительные, другие кровью брезгуют, они коагулазоотрицательные. Кишечная палочка и энтерококки устойчивы к желчи, потому что живут там, где она постоянно присутствует; других микробов от желчи плющит. Одни бактерии самогонщики, ферментируют сахара в спирт. Другие ведут трезвый образ жизни, поэтому их обзывают НГОБины, неферментирующие грамотрицательные бактерии. Синегнойная палочка не только не пьет, но вообще предпочитает санаторный образ жизни - морская вода, тепло и много свежего воздуха. Если пляжа нет, её устраивают дыхательные пути итальянских пенсионеров на искусственной вентиляции легких по случаю COVID-19 – там тоже тепло, влажно и много кислорода.

Т.е. идентификация патогенов в современной микробиологии завязана на биохимию. А вовсе не на микроскоп, как представляют себе люди, в школе слышавшие о Левенгуке (ну, иногда микробиологи тоже в микроскоп смотрят - для того, чтобы сориентироваться, какую биохимию запускать). Что тащит за собой сроки анализов – пока микробов вырастишь и выкормишь с учетом их гастрономических предпочтений, а потом еще устроишь геноцид на чашках Петри для определения чувствительности к антибиотикам, пройдет 3 – 4 дня, а то и до 10 для некоторых маленьких капризуль и приверед. Для вирусов ситуация еще хуже – им подавай культуру живых клеток, вместо бульончика или агара на махачкалинской кильке.

Понятно, что сроки, измеряемые сутками, никоим образом не годятся для автоматических систем экстренного реагирования.

Генодиагностика, она же в массовом применении ПЦР (полимеразная цепная реакция) на эксперсс-метод также не тянет, поскольку в её основе лежат все те же молекулярные биологические процессы, которые стандартно тянутся часами. Более редкий и быстрый вариант — это ПЦР на микрочипах, там обещают ответ через 20 минут. Что тоже не мгновенно - за это время в московском метро от пересадки на Парке Культуры человек добирается до пересадки на Площади Революции.

Теоретически иммунологические методы могут давать результат быстрей традиционных ПЦР, и тем более классической микробиологии. Например, тест на беременность с мочой срабатывает в течение 5 – 15 минут вместо нескольких часов. Но дальше возникают вопросы. Первый из них – а какую пробу исследовать? Ну не в баночку же заставлять писать толпу, прущую с утречка в метро из спальных районов. Воздух? Упомянутые выше приборы сигнализации биологической опасности долго и упорно прокачивают воздух через накопитель, чтобы получить достаточные концентрации биологического агента, будь то микроорганизм или токсин. Это имеет смысл в очагах интенсивного заражения. Но единственный зачумленный, прошедший за пару десятков секунд в толпе мимо входного отверстия пробозаборника, не создаст достаточных концентраций в общей кубатуре станции, чтобы сработали иммунологические методы. Наоборот, чем больше прокачки воздуха, тем размытей след от единственного инфицированного. И даже если дыхнуть прямо в пробозаборник, как в трубочку гаишника, то за 5 – 10 минут, необходимых для срабатывания иммунометодов, можно уехать за 3 станции.

Если суммировать, то даже лучшее из имеющегося для экстренного разового срабатывания на особо опасные карантинные инфекции – ПЦР на микрочипах – может быть пригодно по минимальным обнаруживаемым концентрациям, но в местах быстрого перемещения больших масс людей не обладает достаточной реакцией. Кроме того, ПЦР работает с геномом, и не ловит чистые токсины.

Если же вести речь о втором типе мониторинге – непрерывно в реальном времени с критическим порогом срабатывания на сезонные ОРВИ, то для этого вроде подходят существующие сигнализаторы на иммунных методах и/или на ПЦР при непрерывной прокачке воздуха.

Но! Для непрерывного мониторинга общегородского масштаба будут необходимы целые вагоны сменных картриджей, и система их замены и сопутствующей логистики. Что сразу ставит под вопрос экономическую эффективность мероприятия. Тогда уж проще объявлять эпидемию традиционно, по отчетности поликлиник о поставленных диагнозах. Благо сейчас всё в компьютерных базах данных со скоростью административной реакции 1 день, а не бумажные талончики, которые в советские времена несколько недель вручную обрабатывали кабинеты статистики в поликлиниках и районных орг-метод. кабинетах.

Следует отметить еще один момент – и иммунные методы, и ПЦР работают с заранее известными маркерами. Если патоген или токсин ранее не встречались, или были модифицированы их маркеры, то сигнализация о биологической опасности не сработает.

Системы на физических методах

Глядя на заторможенность систем на биотехнологиях, поневоле задумаешься о тех самых футуристических магнитных волнах, которые тревогу дают. Ну там посветил техномагическим фонариком на отдельного пациента, лазерами какими помигал, подвесил к потолку в вестибюле метро сетку из сканеров, которые сразу всю толпу охватывают чудо-лучами, вмонтировал рамку с излучателями и детекторами при входах в супермаркеты, прицепил искусственный интеллект на распознавание образов, и voila, ответ готов. Мгновенно, непрерывно, в реальном времени и безо всяких реактивов и движущихся частей, нуждающихся в смазке и ЗиПах.

Ненуачо, если за 200 километров обнаруживают самолеты супостата с площадью эффективного отражения 1 м², то с расстояния 1 метр рамки в метро должны ловить детали полмикрона, а с расстояния 1 см на чашке Петри или в накопителе при прокачке воздуха разрешение должна измеряться ангстремами. Резонансы опять же всякие на белки с генами и жирными кислотами и на продукты внутриклеточных химических реакций.

Дело за малым – найти корреляции между изменениями волшебных излучений, и конкретными микроорганизмами.

Система на физических методах первого этапа развертывания

Допустим, начали с самого опасного, с карантинных инфекций, по списку. Ну там чума, холера, сибирская язва, туляремия, желтая лихорадка, оспа. Токсины пакостные добавили до кучи. Почесали в затылке, разные типы гриппов неплохо бы ловить, чтобы знать, какую именно вакцину заранее готовить к сезону замены московской плитки на зимнюю коллекцию. Коронавирусы, опять же, 60+ штук, с прочими сцинтио- и аденовирусами. При входе в школы корь с краснухой хорошо бы отсекать. В общем, посветили техномагическим фонариком на соответствующие образцы, словили проекции, линейный сепаратор развесил коэффициенты искусственный интеллект распознал соответствующие образы. Разобрались с комбинациями, не впадая в факториальный вычислительный взрыв и ложные корреляции «всё влияет на всё на всех уровнях всех систем». И даже работает в натуре, игнорируя примеси в воздухе метро и супермаркетов.

Можно ставить в качестве системы первого этапа развертывания.

Почему первого? Вспоминаем принципиальное ограничение ПЦР и иммунных методов – они работают только с заранее известными маркерами.

То же самое с искусственным интеллектом. Обучили его переходить дорогу по сигналу светофора красный/желтый/зеленый. И вдруг светофор стал размахивать техасской бензопилой, фонтанировать соляной кислотой и орать «fuck you». Причем красный/желтый/зеленый исправно показывает. В такой ситуации трехлетка из младшей группы детсада соваться не будет, а искусственный идиот попрет в соответствии с лампочками. Потому что натаскан только на красный/желтый/зеленый, а для механических воздействий, pH и акустики у него даже датчиков нет.

Так и биологической опасностью на фоне бурного прогресса молекулярной генетики. Будет какой-нибудь аденовирус с типовым набором маркеров, на который натаскан ИИ. И в довесок молчащий ген продукции эрготонина из спорыньи, который перейдет в нормальную микрофлору кишечника (в кишечную палочку с начала 80-ых прошлого века вставляют ген человеческого инсулина для массового производства гормона). Аденовирус экстренную реакцию системы вызывает? Нет, он всего лишь для сезонного мониторинга ОРВИ. Спорынья есть? Нет. Эрготонин есть? Нет. Ген продукции эрготонина есть? Нет. А что есть при сканировании? На сканах с первичных датчиков типичный аденовирус плюс ХЗ что. Которое на самом деле какой-нибудь ген-прекурсор, который до встраивания в геном микрофлоры кишечника ничего не кодирует. А искусственный интеллект распознает типичный аденовирус без ХЗ, потому что ИИ не обучен ХЗ. В итоге в городе массовые случаи расчлененки и людоедства без сигналов о биологической опасности. Типа, духовные скрепы ослабли. Ага. Всего-то банальный зомби-апокалипсис.

Система на физических методах второго этапа развертывания

Ладно, допустим, извернулись с распознаванием ХЗ. Например, на первом проходе ИИ распознал то, что есть в библиотеке образов, затем вычел из скана с первичных датчиков уже известное в библиотеке. А то, что осталось, на втором проходе обозначил как ХЗ, для передачи специально обученным людям в специально оборудованных местах.

После чего система заверещит как недорезанная, без остановки.

Потому что в качестве ХЗ она начнет ловить стрептококки, стафилококки, энтерококки, кишечные палочки, пропионобактерии, лактобактерии и далее по списку нормальной микрофлоры человека, которой не обучена. Хотя это естественные сожители человеческого организма, и выполняют кучу полезных функций, от помощи в переваривании пищи до обеспечения колонизационной резистентности (чтоб чужая микробная братва не совалась к хозяину, типа, он наша корова, и это мы его кушаем). Если же мимо датчиков пройдет бомж в нестиранных 3 года штанах с соответствующим амбре, то с его промежности словят уже не только нормальную микрофлору человека. А вообще-то в определителе микроорганизмов Берджи 5 гигантских томов мелким шрифтом на тонкой бумаге, не дай Бог на ногу уронить.

То есть обучение системы второго этапа развертывания, способной ловить неведомое, нельзя ограничивать узким набором биологических угроз и тем, что подпало под сезонный/школьный эпидемиологический мониторинг. Систему надо обучать полноценной клинической микробиологии, которая имеет дело с максимально широким набором микроорганизмов. Там и безусловные патогены, и нормальная микрофлора человека, которая становиться опасной только в случае выхода за пределы своих экониш (как кишечная палочка в почках), и независимые обитатели окружающей среды, как синегнойная палочка (живет в теплом прибое, где влажно, тепло, и много кислорода, и те же условия в легких пациентов на интубации и на мокнущих ожоговых поверхностях). Ну а потом надо добавить микроорганизмы унавоженной почвы, пчелиных пасек, свиноферм и птицефабрик, и вообще, «меня укусила акула, когда я стоял в океане», а зубы у акулы не чищены. И это не шутка, фармкомпании ищут новые антибиотики и другие биологически активные вещества в том числе среди обитателей океана, от акул до микроорганизмов океанского дна, а ведь обитатели океана не только антибиотики продуцируют, там есть и рыба фугу…

Если методики техномагии будут натасканы в микробиологической лаборатории у «санитаров леса» в Склифе, в кровищще, гноищще и говнищще у пациентов в диапазоне от бомжей до ожидающих пересадок сердца, и сверх того все остальное, от микроорганизмов с виноградников и пасек до инфекций лососевых рыб, которые могут всплыть в Ашане, это резко расширит библиотеку распознаваемых образов. И столь же резко снизит вероятность ложноположительного срабатывания на неизвестные отклонения при сканировании толпы в метро.

Использование систем второго этапа в медицине и экономике

Если уж все равно приходится натаскивать систему на распознавание всей микробиологии, плюс ХЗ, то чисто утилитарная, в том числе экономическая, польза от системы с клинической микробиологией, плюс агрономической, ветеринарной, маринокультурной и прочей специализированной микробиологией будет намного выше, чем только мониторинг биологических угроз и сезонных инфекций.

Для иллюстрации, выше уже отмечалось, что сегодня клинической микробиологии надо 3 – 4 дня, чтобы обозвать патогена по имени-отчеству и дать рекомендации по его убийству наиболее эффективным способом с помощью антибиотиков. Причем возникают трудности в интерпретации находок – то ли этого микроба в мокроте из легких вытащили, то ли он просто прицепился к мокроте во рту, пока пациент в пробирку плевал, а к пневмонии не имеет никакого отношения. В любом случае, эти 3 - 4 дня пациента лечат эмпирически, исходя из предположений о наиболее распространенных патогенах и их чувствительности при данном заболевании в данном регионе/учреждении. Если же будет работать футуристическая «микробиологическая томография», то сразу немедленно прямо сейчас будет видно, кто из микроорганизмов злокозненно пробрался в легкие, кто в почки, а кто тихо сидит по своим традиционным эконишам на коже, в кишечнике и носоглотке, и добросовестно работает на благо себе и организму-хозяину. Резко ускорится подбор правильной терапии, улучшится лечение и сократятся его сроки. Причем если системы будут достаточно дешевы, то их можно будет ставить туда, где сейчас нет, и никогда не будет квалифицированных микробиологических лабораторий по причине отсутствия кадров, вплоть до районных больниц и поликлиник. Да и в полет на Марс такие системы можно будет отправлять, для микробиологического обеспечения экипажей без микробиологов. Ну, или по крайне мере, ставить на атомоходы и полярные станции.

Наверняка столь же яркие перспективы мгновенных автоматических микробиологических систем нарисуют и те, кто занимается пищевой, ветеринарной и агрономической микробиологией. Типа, куры на птицефермах соловьями поют, на вине хересная, а не помоечная плесень, лососи в прудах хвостиками бодро машут, кишечная палочка в кишечнике, а не в колбасе.

Организационно-финансовые комментарии

Основные усилия на первоначальном этапе разработки пойдут на подбор излучений и сенсоров, позволяющих физическими методами ловить биохимические реакции, белки, гены, мембраны и рецепторы в микробиологии. В дальнейшем усилия сместятся на обучение искусственного интеллекта системы в разных микробиологических и токсикологических областях.

Стоимость исследований и разработки прототипов междисциплинарной группой составит примерно 5 миллиардов рублей. Для ориентировки, только зарплата основной группы 15 человек по 150 тысяч рублей в месяц на 10 лет это 270 миллионов. Плюс внешние эксперты, опытное производство для разработки железа, ИТ-обеспечение, база по клинической микробиологии и антибиотикотерапии в том же Склифе, вовлеченные в проект лаборатории по генетике и биохимии микроорганизмов, по вирусологии, грибам и токсинам, командировки на свинофермы и лососевые хозяйства, налоги, офис, микроволновка холодильник чай кофе диван декретные…

Стоимость конечного оборудования пока предсказать невозможно, скорее всего, она будет зависеть от типов излучений и сенсоров. Если, как для электронной микроскопии, потребуется вакуум и магнитная фокусировка, то цена будет запредельной, и массовое развертывание системы в каждом супермаркете и районной поликлинике будет невозможно. Все остальное с учетом крупносерийного производства сможет иметь вменяемый ценник.