Pfeilschwanzkrebse werden manchmal als „lebende Fossilien“ bezeichnet, weil sie seit mehr als 450 Millionen Jahren in irgendeiner Form existieren. In dieser Zeit hat die Erde durch mehrere große Eiszeiten, ein großes Sterben, die Bildung und das anschließende Aufbrechen von Pangaea und einen Asteroideneinschlag, der die Dinosaurier und den größten Teil des Lebens auf der Erde erneut tötete. Mit anderen Worten, Pfeilschwanzkrebse haben wirklich etwas Scheiße gesehen / p>
Ich würde jedoch vermuten, dass einige ihrer seltsamsten Erfahrungen in den letzten Jahrzehnten als eines der Säugetiere mit weichem Körper gemacht wurden kam, nachdem Dinosaurier angefangen hatten, Hufeisenkrabben mit ihren Händen massenhaft aus dem Meer zu schöpfen. Zeitgenössische Menschen töten die Hufeisenkrabben nicht absichtlich – ebenso wie frühere Jahrhunderte, in denen Bauern sie für Dünger fingen oder Fischer sie als Köder verwendeten. Stattdessen schrubben sie die Krabben frei von Seepocken, falten ihre Klapppanzer und kleben rostfreie Ste el Nadeln in eine weiche, schwache Stelle, um Blut zu ziehen. Pfeilschwanzkrebsblut läuft blau und undurchsichtig wie Frostschutzmittel gemischt mit Milch.
Und wofür genau braucht der Mensch das Blut eines lebenden Fossils? Eine Art Hexerei, könnte man sagen, denn sie hält die Menschen buchstäblich am Leben. Pfeilschwanzkrebsblut ist äußerst empfindlich gegenüber Toxinen von Bakterien. Es wird verwendet, um bei der Herstellung von Gegenständen, die in den menschlichen Körper gelangen könnten, auf Kontamination zu testen: bei jedem Schuss, bei jedem Infusionstropfen und bei jedem implantierten medizinischen Gerät.
Die moderne biomedizinische Industrie ist so auf dieses Blut angewiesen, dass das Verschwinden von Pfeilschwanzkrebsen es sofort lähmen würde. Und in den letzten Jahren sind Pfeilschwanzkrebse, insbesondere in Asien, einer Reihe von Bedrohungen ausgesetzt: Verlust des Lebensraums, da Meeresmauern die Strände ersetzen, an denen sie laichen, Verschmutzung, Überfischung zur Verwendung als Nahrung und Köder. Pfeilschwanzkrebse, die für den biomedizinischen Einsatz in den USA ausgeblutet wurden, werden in den Ozean zurückgeführt, aber jedes Jahr sterben schätzungsweise 50.000 Hufeisenkrabben.
Es gibt jedoch einen anderen Weg – einen Weg für die moderne Medizin Verwenden Sie moderne Technologie und nicht das Blut eines alten Tieres. Ein synthetischer Ersatz für Pfeilschwanzkrebsblut ist seit 15 Jahren erhältlich. Dies ist eine Geschichte darüber, wie Wissenschaftler es stillschweigend geschafft haben, Millionen von Jahren der Evolution zu übertreffen, und warum der Rest der Welt so lange gebraucht hat, um aufzuholen.
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Jeak Ling Ding sagt, sie sei „immer eine Laborratte“ gewesen – eine Art Biologin, die eher weiße Mäntel trug als die Art, die in Schlamm watete. Doch Mitte der 1980er Jahre quetschte sie sich auf der Suche nach Pfeilschwanzkrebsen durch den Schlamm Die Mündung, in der sie lebten, war, wie sie sich in unaufdringlicher Weise erinnert, „überhaupt nicht sehr süß riechend“.
Ding, zusammen mit ihrem Ehemann und ihrer Forschung Partner Bow Ho war umständlich zu Pfeilschwanzkrebsen gekommen, und ihr letztendliches Ziel war es, die Tiere für die biomedizinische Forschung nicht mehr notwendig zu machen. Zu dieser Zeit war sie Molekularbiologin an der National University of Singapore, und die In-vitro-Fertilisationsabteilung eines Krankenhauses war mit einem Problem nach Ding und Ho gekommen: Ihre Embryonen würden nicht lange genug überleben – könnte es an einer bakteriellen Kontamination liegen ?
Ein Standardtest zu dieser Zeit – und jetzt – ist LAL, was für Limulus-Amöbozyten-Lysat steht. Limulus bezieht sich auf Limulus polyphemus, die Art der Pfeilschwanzkrebs, die an der Atlantikküste Nordamerikas heimisch ist. Amöbozyten beziehen sich auf Zellen im Blut der Krabbe. Und Lysat ist das Material, das von den Zellen befreit wird, sobald sie „lysiert“ oder zerbrochen wurden. Dies ist das Material, das außerordentlich empfindlich gegenüber bakteriellen Toxinen ist.
Die erste Person, die dies über LAL herausfand, war Frederik Bang. Dreißig Jahre vor Ding – und 9.000 Meilen entfernt auf Cape Cod – sammelte auch er Pfeilschwanzkrebse am Ufer. (Aus Gründen, die nicht vollständig geklärt sind, kommen Pfeilschwanzkrebse nur an den Ostküsten Nordamerikas und Asiens vor.) Bang, ein Pathologe, interessierte sich für das primitive Immunsystem der Kreatur. Er entschied sich für ein Protokoll zur Injektion von Bakterien aus Meerwasser direkt in Pfeilschwanzkrebse, die dazu führen, dass ihr Blut zu „fadenförmigen Massen“ verklumpt.
Bang vermutete, dass diese Gerinnung einen Zweck hatte. Es immobilisierte die Bakterien und versiegelte den Rest des Körpers der Pfeilschwanzkrebs vor einem eindringenden Krankheitserreger. Interessanterweise verwandelte sich ihr Blut in Gel, selbst wenn er die Bakterieninjektion zuerst fünf oder zehn Minuten lang kochte. Dies hätte die Bakterien abtöten und die injizierte Lösung sterilisieren sollen. Bang erkannte, dass das Blut nicht nur gegenüber lebenden Bakterien empfindlich war, sondern auch gegenüber bakteriellen Toxinen, die auch nach der Sterilisation bestehen bleiben.
Das menschliche Immunsystem ist zwar viel ausgefeilter als das eines Pfeilschwanzkrebses, reagiert aber auch auf diese Toxine. Die Ärzte erkannten dies erstmals im späten 19. Jahrhundert, als Patienten, denen sterile Schüsse verabreicht wurden, dennoch an „Injektionsfieber“ oder „Salzfieber“ erkrankten. Im schlimmsten Fall können die Toxine einen septischen Schock und sogar den Tod verursachen.
Zu der Zeit, als Bang diese Forschung in den 1950er Jahren durchführte, bestand die Standardmethode zum Testen auf bakterielle Toxine darin, eine Probe in Kaninchen zu injizieren. Es war erforderlich, dass jemand drei Stunden lang alle 30 Minuten die Temperaturen der Kaninchen auf Anzeichen von Fieber überprüfte, was auf eine bakterielle Kontamination hindeuten würde.
Unter dem Mikroskopisch hatten die Blutzellen des Kaninchens auch die Tendenz, sich um das Toxin zu verklumpen, eine Ähnlichkeit, die Bang in seiner Arbeit über Hufeisenkrabbenblut von 1956 feststellte. In den nächsten anderthalb Jahrzehnten entwickelten er und ein junger Pathologe namens Jack Levin einen standardisierten Weg, um LAL zu extrahieren. Erst 1977 erlaubte die Food and Drug Administration Pharmaunternehmen, ihre großen Kaninchenkolonien durch LAL-Kits zu ersetzen. Jetzt haben Sie dem getesteten Material einfach LAL hinzugefügt und das Fläschchen umgedreht, um festzustellen, ob es fest geworden ist – viel schneller und bequemer. Der LAL-Test erforderte immer noch die Verwendung von Tieren, aber der grausige Prozess, Nadeln in Tiere zu stecken, wurde verborgen und an einen anderen Teil der Lieferkette ausgelagert.
Zu der Zeit suchte Ding in Singapur nach Pfeilschwanzkrebsen LAL war zu einer millionenschweren Industrie geworden. Ein Viertel Hufeisenkrabbenblut ist angeblich bis zu 15.000 US-Dollar wert. Und die LAL-Kits, die sie zum Testen der Kontamination von IVF-Embryonen benötigte, waren viel zu teuer. Ein Kit, erinnert sie sich, kostete in Singapur 1.000 US-Dollar.
Deshalb überlegte sie, ihr eigenes Lysat herzustellen. Aber die Hufeisenkrabbenart, die sie in Singapur studierte, Carcinoscorpius rotundicauda, ist viel kleiner als atlantische Pfeilschwanzkrebse, und sie konnten nicht viel geblutet werden, ohne zu sterben. Also machte sich Ding daran, eine Alternative zu LAL zu entwickeln, für die letztendlich überhaupt keine Pfeilschwanzkrebse mehr benötigt würden.
Dazu musste die DNA manipuliert werden. Ihre Idee war es, das Hufeisen-Krabben-Gen, das für die Toxin-Jagd-Fähigkeit von LAL verantwortlich ist, in Zellen wie Hefe zu spleißen, die in einem Labor leicht wachsen. Die Biotechnologie als Feld bewegte sich bereits in Richtung rekombinanter DNA, was bedeutet, DNA von einer Spezies zu nehmen und eine andere zu setzen. Einige Jahre zuvor, 1982, begann Eli Lilly mit dem Verkauf von Humaninsulin, das in Bakterienfässern gezüchtet wurde.
Ding hatte einen guten Ausgangspunkt für ihre LAL-Alternative. Bis dahin hatten Wissenschaftler Faktor C identifiziert, das spezifische Molekül in LAL, das bakterielle Toxine nachweist. Also begann sie nach dem Gen zu suchen, das Faktor C ausmacht. Ihr Forschungsteam nahm Zellen von Pfeilschwanzkrebsen, die sie gesammelt hatten, und blutete sie minimal aus. (Sie versuchten auch, Hufeisenkrabben in einem Labor zu züchten und sie durch IVF zu züchten.)
Die Empfindlichkeit der Pfeilschwanzkrebse gegenüber bakteriellen Toxinen Leider machte es auch das Lernen zum Schmerz. Es stellt sich heraus, dass die Giftstoffe überall sind – in Wasser, in Reagenzgläsern, in Petrischalen. „Man muss alle backbaren Gläser mehrere Stunden bei 200 bis 220 Grad backen.“ sagt Ding. Sie mussten auch spezielles Wasser kaufen, das so behandelt wurde, dass es frei von bakteriellen Toxinen ist. Wenn Sie nicht aufpassen, könnte sich Ihr Lösungsröhrchen leicht in Gel verwandeln.
Als Ding und Ho sich schließlich identifizierten Das Gen für Faktor C wurde in Hefe gespleißt. Das schlug fehl, weil die Hefe zwar Faktor C herstellte, das Molekül jedoch nicht absonderte. „Die Hefe war sehr schwer aufzubrechen. Es war sehr unrein und chaotisch “, sagt sie. Sie versuchten es mit einer anderen Art von Hefe- und Säugetierzellen – auch diese versagten. In den späten 1990er Jahren besuchten Ding und Ho einen Kurs in den USA und lernten etwas über Baculovirus-Vektorsysteme. Hier wird ein Virus verwendet, um den Faktor C in Insektendarmzellen einzufügen und sie in kleine Fabriken für das Molekül zu verwandeln. Insekten und Hufeisen haben eine gemeinsame evolutionäre Linie: Sie sind beide Arthropoden. Und diese Zellen funktionierten wunderbar.
Eineinhalb Jahrzehnte nach ihrem Beginn hatte Ding schließlich eine Alternative zu LAL, die funktionierte, ohne mehr zu schaden Pfeilschwanzkrebse. Sie schloss sich in die Bibliothek ein, um Patente zu studieren, und entwarf die Anmeldung selbst. Dann schickte sie es ab und wartete darauf, dass sich die Welt veränderte.
Die Welt änderte sich nicht, zumindest nicht für die Pfeilschwanzkrebse. Es dauerte drei Jahre, bis das erste auf Dings Patent basierende rekombinante Faktor C-Testkit im Jahr 2003 herauskam, aber selbst dann zeigten Pharmaunternehmen wenig Interesse.
Die Unternehmen hatten eine Reihe von Gründen. Es gab nur einen Lieferanten des Kits, ein Unternehmen, das heute Teil des in der Schweiz ansässigen Chemieunternehmens Lonza ist. Pharmaunternehmen waren vorsichtig, sich für einen so wichtigen Teil ihrer Herstellung auf eine einzige Quelle zu verlassen. Was ist, wenn Lonza etwas passiert ist?Oder eine Naturkatastrophe in der Produktionsanlage? Unternehmen, die Krabben bluten, verlieren auch viel Geld, wenn Faktor C weit verbreitet wird. Von den sechs Unternehmen mit Einrichtungen zur Blutung von Krabben in den USA lehnten zwei Interviews ab, eines antwortete nicht auf eine Interviewanfrage und zwei waren praktisch nicht öffentlich präsent. Die sechste ist Lonza, die derzeit sowohl LAL als auch den rekombinanten Faktor verkauft.
Lonza seinerseits machte die langsame Einführung von Vorschriften verantwortlich. In den USA fordert die FDA Unternehmen, die bakterielle Toxintests durchführen, auf, das United States Pharmacopeia zu befolgen, ein Handbuch, in dem Arzneimittelstandards festgelegt sind. In einer Leitlinie von 2012 sagte die FDA, dass Unternehmen rekombinanten Faktor C verwenden könnten, der nicht im Arzneibuch aufgeführt ist, wenn sie ihre eigenen Validierungstests durchführen würden. „Das Risiko besteht natürlich darin, dass die FDA Ihre Validierung möglicherweise nicht akzeptiert und Sie Ihr Produkt nicht auf den Markt bringen können“, sagt Lonzas Sprecherin Katrin Hoeck. „Pharmaunternehmen sind risikoavers.“ Die Branche brauchte Jahrzehnte, um auch von Kaninchen zu LAL zu wechseln.
Die Realität des Geschäfts war für Ding eine echte Enttäuschung. „Wir waren als Forscher so begeistert, so glücklich, dass es funktioniert“, sagt sie. „Und wir dachten, der rekombinante Faktor C wird weltweit eingeführt und die Pfeilschwanzkrebs wird gerettet.“
In letzter Zeit haben jedoch einige Dinge die jüngste Risiko-Ertrags-Rechnung für Pharmaunternehmen geändert. Zum einen ist Lonza nicht mehr der einzige Lieferant. 2013 war Hyglos das zweite Unternehmen, das rekombinanten Faktor C herstellte. Kevin Williams, leitender Wissenschaftler bei Hyglos, sieht darin eine längst überfällige Modernisierung: Pharmaunternehmen setzen seit Jahrzehnten nicht mehr auf Schweine und beginnen mit der Herstellung von Insulin in Hefe- und Bakterienzellen. Warum kann nicht dieselbe Technologie auf den Test angewendet werden, mit dem überprüft wird, ob Insulin für die Injektion sicher ist?
Auf der regulatorischen Seite fügte das Europäische Arzneibuch den rekombinanten Faktor C als akzeptierten Bakterientoxin-Test hinzu 2016 ebnet den Weg für Veränderungen in den USA. Eine Reihe von Pharmaunternehmen, insbesondere Eli Lilly, haben die Wirksamkeit von rekombinantem Faktor C und LAL verglichen.
Jay Bolden, Experte für Bakterien Der Toxinnachweis bei Eli Lilly erinnert sich, dass Lonza vor über einem Jahrzehnt mit dem rekombinanten Faktor C-Kit in ihre Labore gekommen ist. Er war damals fasziniert, aber noch nicht bereit, den Sprung zu wagen. Der Wendepunkt kam 2013, als Eli Lilly mit der Planung einer Insulinproduktionsanlage in China begann, in der die einheimische Hufeisenkrabbenart zurückgegangen ist. „Eines Tages würde man hören, dass die Pfeilschwanzkrebs möglicherweise eingeschränkt wird“, sagt Bolden. Im Gegensatz dazu sah die Lieferkette für rekombinanten Faktor C sowohl bei Hyglos als auch bei Lonza als Lieferanten sicherer aus. LAL und Faktor C sind auch hinsichtlich der Kosten vergleichbar / p>
Bolden sagt, Eli Lilly habe beschlossen, „eine Linie in den Sand zu ziehen“: Alle neuen Produkte würden nach einem bestimmten Punkt mit rekombinantem Faktor C getestet. Das Unternehmen reichte kürzlich bei der FDA seinen ersten Antrag für ein Medikament ein – Galcanezumab zur Vorbeugung von Migräne – wobei das endgültige Medikament mit Faktor C qualitätsgeprüft wird. Es wurde auch die Verwendung von rekombinantem Faktor C während des Herstellungsprozesses zum Testen von Wasser und Ausrüstung untersucht, was derzeit den größten Teil des LAL-Einsatzes ausmacht. Laut Bolden hat Eli Lilly beim US-Arzneibuch Lobbyarbeit geleistet, um den rekombinanten Faktor C aufzunehmen.
Am Donnerstag wird Bolden in Cape May, New Jersey, auf einer von Revive organisierten Veranstaltung sprechen. & Restore, eine gemeinnützige Organisation, die vor allem für ihre Arbeit bekannt ist, ausgestorbene Arten wieder zum Leben zu erwecken. „Unsere Mission ist es, Biotechnologie zum Schutz einzusetzen“, sagt Ryan Phelan, Mitbegründer und Geschäftsführer von Revive & Restore. Phelan traf Ding zum ersten Mal, als sie für einen Kunststoff nach Singapur reiste -biologische Konferenz im Jahr 2017, und sie erkannte, dass ihre Forschung zu rekombinantem Faktor C perfekt im Schnittpunkt von Konservierung und Biotechnologie lag.
Revive & Restore und seine Naturschutzpartner – New Jersey Audubon, American Littoral Society und Delaware River Keeper Network – haben sich für den Standort Cape May entschieden, da jedes Frühjahr Pfeilschwanzkrebse hierher kommen, um zu laichen. Sie können kein Hufeisen mehr fangen Krabben hier wegen ihrer Bedeutung für eine bedrohte Zugvogelart, die als roter Knoten bezeichnet wird. Diese Vögel tauchen auch hier im Frühjahr auf. Ihre Wanderung ist zeitlich so abgestimmt, dass Vögel, die von Südamerika in die Arktis fliegen, sich auf dem Kaviar fressen können Hufeisen-Krabben-Eier. Die Strände werden schwarz von Krabben, ihre sie Ich klackere, während die Weibchen sich bemühen, ihre Eier zu legen, und die Männchen, um sie zu befruchten.Die roten Knoten krabbeln zum Essen. Sie haben auf ihrer Reise in die Arktis fast das doppelte Gewicht.
Es ist eine uralte Synchronität zwischen Arten, die lange vor dem Beginn der Ernte von Pfeilschwanzkrebsen für Blut begann und hoffentlich noch lange anhält.