En kemisk vapenattack som dödade mer än 80 människor, inklusive barn, utlöste Trump-administrationens senaste missilangrepp mot den syriska regeringen. Användningen av illegala nervmedel – uppenbarligen av Assad-regimen – bröt mot internationell lag; President Trump sa att han blev rörd att agera av bilder av offrens hemska dödsfall.

Men det finns en annan väg för att minska risken med kemiska vapen. Denna väg ligger inom vetenskapens domäner - samma vetenskap som producerade kemiska vapen från början. Forskare i USA och runt om i världen, inklusive här vid University of Washingtons Institute for Protein Design, utvecklar de verktyg som behövs för att snabbt och säkert förstöra nervämnen – både i lagerlokaler och i människokroppen.

Nervmedel, en klass av syntetiska fosforhaltiga föreningar, är bland de giftigaste ämnen som är kända. Kortvarig exponering för de mest potenta varianterna kan leda till döden inom några minuter. När nervämnen kommer in i kroppen, de hämmar irreversibelt ett livsviktigt enzym som kallas acetylkolinesteras. Dess normala uppgift inom nervsystemet är att hjälpa hjärna och muskler att kommunicera. När ett nervgift stänger av detta enzym, klasser av nervceller i det centrala och perifera nervsystemet blir snabbt överstimulerade, leder till kraftig svettning, kramper och en plågsam död genom kvävning.

Kemiska vapen förknippas ofta med krig från föregående århundrade – senapsgas under första världskriget, Zyklon B under andra världskriget. Men den värsta sorten, nervmedel, var aldrig utplacerade i världskrigen, även om nazistiska forskare utvecklade den första generationen av dessa föreningar. Gerhard Schrader, nervgifternas så kallade fader, började inte livet som nazistisk vetenskapsman – han utvecklade nya bekämpningsmedel för att bekämpa världens hunger när han av misstag syntetiserade det första organofosfor-nervmedlet. Senare, han ledde forskargruppen som producerade sarin, eller GB, den giftigaste av alla så kallade nervämnen i G-serien. Den amerikanska regeringen uttalade med "mycket hög tillförsikt" att sarin användes i den senaste attacken nära Idlib, Syrien.

Från och med 2013, team från Organisationen för förbud mot kemiska vapen åkte till Syrien och, med hjälp av danskarna, norska, ryska, kinesiska och amerikanska regeringen, förstörde alla deklarerade lager av syriska kemiska vapen. Det verkar som att antingen inte alla Assads lager faktiskt deklarerades och förstördes, eller att nya nervgiftar anlände till Syrien – antingen via den svarta marknaden eller kemisk syntes – under de mellanliggande åren.

Rensa kemiska vapen

Kemister från det tjugoförsta århundradet, biokemister och datavetare arbetar just nu för att ta bort kemiska vapen av deras skrämmande kraft genom att designa motmedel som säkert och effektivt förstör dem.

Sarin som sitter i en behållare – till skillnad från i en människokropp – är relativt lätt att förstöra. Den enklaste metoden är att lägga till en löslig bas och värma upp blandningen till nära-kokande temperaturer. Efter flera timmar, den stora majoriteten – mer än 99,9 procent – ​​av den dödliga föreningen kan brytas isär genom en process som kallas hydrolys. Det är så utbildade specialister gör sig av med kemiska vapen som sarin.

Nervämnen som tar sig in i kroppen är en annan historia. Till att börja, du kan helt klart inte lägga till en nästan kokande bas till en person. Och eftersom nervämnen dödar så snabbt, all behandling som tar timmar att fungera är en nonstarter.

Det finns kemiska ingrepp för att avvärja döden efter exponering för vissa kemiska vapen. Tyvärr, dessa ingrepp är kostsamma, svåra att dosera rätt och är i sig ganska giftiga. De kemiska motgiften pralidoxim och det billigare atropinet användes efter de senaste attackerna i Syrien, men läkarna i området oroar sig för att deras krympande förråd ger lite skydd mot eventuella framtida attacker.

För att en medicinsk intervention ska fungera efter exponering för nervgas, det måste fungera snabbt. Om en första responder administrerar en sarin-förstörande molekyl, varje terapeutisk molekyl måste kunna bryta ner genom hydrolys hundratals nervmedelsmolekyler per sekund, en efter en.

Enzymer, biologins genetiskt kodade katalysatorer, är redo för en sådan uppgift. Kända enzymer inkluderar laktas, som bryter ner mjölksocker hos de som är laktostoleranta. En annan känd som RuBisCO är avgörande för processen för kolfixering i växter. De mest effektiva enzymerna i din kropp kan utföra en miljon reaktioner per sekund, och gör det under kemiskt milda förhållanden.

Bortsett från deras häpnadsväckande hastighet, enzymer uppvisar ofta en lika imponerande selektivitet. Det är, de reagerar med endast ett litet antal strukturellt liknande föreningar och lämnar alla andra föreningar ifred. Selektivitet är användbar i samband med den kemiska soppan som är cellen men problematisk när det kommer till främlingsfientliga läkemedel:de föreningar som är främmande för ens biologi. Konstgjorda organofosfater som sarin är främlingsfientliga. Det finns inga enzymer som hydrolyserar dem bra – eller så trodde vi.

När bönder sprejar bekämpningsmedel, mycket av det hamnar på marken. Jordbakterier som lever i närheten utmanas av höga doser av dessa potenta främmande kemikalier. Det visar sig att effektiva avgiftande enzymer nyligen har utvecklats inuti några av dessa mikrober som ett resultat.

Forskare har identifierat och isolerat ett litet antal av dessa enzymer och testat dem på en rad otäcka föreningar, inklusive nervmedel, som strukturellt liknar vissa bekämpningsmedel. Ett fåtal utvalda visade verkligen hydrolytisk aktivitet.

Bättre på upptäckten

Forskare har tagit dessa naturligt förekommande enzymer som råvara. Sedan, använder datormodellering och kontrollerad evolution i labbet, vi har stärkt effektiviteten hos de ursprungligen hittade enzymerna mot nervmedel. Enzymer som från början endast visade blygsam aktivitet har förvandlats till potentiella terapeutiska medel mot VX – en kemisk kusin till sarin och det giftigaste nervgiftet av alla.

I en proof-of-concept-studie genomförd gemensamt av forskare i Tyskland och Israel i slutet av 2014, marsvin under narkos exponerades för dödliga doser av VX, följt av optimerade VX-förstörande proteiner. Låga doser av proteinläkemedlet, även efter 15 minuters försening, resulterade i överlevnad för alla djur och endast måttlig toxicitet.

Trots dessa lovande framsteg, Det finns ännu inget enzym som är tillräckligt effektivt för livräddande användning hos människor. Forskare förfinar dessa mikroskopiska maskiner, och nya paradigm inom datorstödd proteinteknik låser upp dörren till denna och andra tillämpningar av biomolekylär design. Vi kanske bara är några år ifrån att utveckla den typ av terapi som skulle göra kemiska vapen till ett bekymmer från det förflutna.

När världen sörjer över de senaste attackerna i Syrien, det är värt att komma ihåg vetenskapens fantastiska och ofta komplexa kraft. I ett försök att bekämpa hunger, man kan av misstag uppfinna flytande död. När man studerar markmikrober, man kan upptäcka ett verktyg för att förhindra illdåd.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.