Hoefijzerkrabben worden soms “levende fossielen” genoemd omdat ze in een of andere vorm al meer dan 450 miljoen jaar bestaan. In deze tijd heeft de aarde dat heeft meerdere grote ijstijden meegemaakt, een Great Dying, de formatie en het daaropvolgende uiteenvallen van Pangaea, en een asteroïde-inslag die opnieuw de dinosauriërs en het grootste deel van het leven op aarde heeft gedood. Met andere woorden, degenkrabben hebben echt wat rotzooi gezien. / p>
Toch zou ik vermoeden dat sommige van hun vreemdste ervaringen pas in de afgelopen decennia moeten hebben plaatsgevonden, als een van de zachtaardige zoogdieren die kwam nadat dinosaurussen hun handen begonnen te gebruiken om hoefijzerkrabben massaal uit de oceaan te scheppen. Hedendaagse mensen doden de hoefijzerkrabben niet opzettelijk – zoals eerdere eeuwen van boeren die ze vingen voor kunstmest of vissers die ze als aas gebruikten. In plaats daarvan schrobben ze de krabben. krabben ontdaan van zeepokken, vouwen hun scharnierende schilden en plakken roestvrij staal el naalden in een zachte, zwakke plek, om bloed af te nemen. Horseshoe crabbloed is blauw en ondoorzichtig, zoals antivries gemengd met melk.
En waar hebben mensen precies het bloed van een levend fossiel voor nodig? Een soort hekserij, zou je kunnen zeggen, want het houdt mensen letterlijk in leven. Horseshoe-crabbloed is buitengewoon gevoelig voor gifstoffen van bacteriën. Het wordt gebruikt om te testen op besmetting tijdens de vervaardiging van alles dat in het menselijk lichaam terecht kan komen: elk schot, elk infuus en elk geïmplanteerd medisch hulpmiddel.
De moderne biomedische industrie is zo afhankelijk van dit bloed dat het verdwijnen van degenkrabben het onmiddellijk zou verlammen. En in de afgelopen jaren zijn degenkrabben, met name in Azië, onder een aantal bedreigingen gekomen: verlies van leefgebied doordat zeeweringen de stranden vervangen waar ze paaien, vervuiling, overbevissing voor gebruik als voedsel en aas. Hoefijzerkrabben die in de Verenigde Staten voor biomedisch gebruik zijn gebloed, worden teruggestuurd naar de oceaan, maar naar schatting sterven er elk jaar ook 50.000 tijdens het proces.
Er is echter nog een andere manier: een manier waarop de moderne geneeskunde maak gebruik van moderne technologie in plaats van het bloed van een oud dier. Een synthetische vervanger voor hoefijzerkrabbloed is al 15 jaar beschikbaar. Dit is een verhaal over hoe wetenschappers stilletjes miljoenen jaren van evolutie hebben overtroffen, en waarom het de rest van de wereld zo lang heeft geduurd om bij te praten.
Meer verhalen
Jeak Ling Ding zegt dat ze altijd een laboratoriumrat was – het soort bioloog dat witte jassen droeg in plaats van het soort dat in de modder waadde. Toch merkte ze dat ze halverwege de jaren tachtig door de modder op zoek was naar degenkrabben. riviermonding waar ze woonden, herinnert ze zich op een ingetogen manier, helemaal niet zo zoet ruikend.
Ding, samen met haar man en onderzoek partner Bow Ho, was omslachtig naar hoefijzerkrabben gekomen en hun uiteindelijke doel was om de dieren niet langer nodig te maken voor biomedisch onderzoek. Op dat moment was ze moleculair bioloog aan de National University of Singapore, en de in-vitrofertilisatie-afdeling van een ziekenhuis was naar Ding en Ho gekomen met een probleem: hun embryos zouden niet lang genoeg overleven – zou het kunnen zijn vanwege bacteriële besmetting ?
Een standaardtest destijds – en nu – is LAL, wat staat voor limulus amebocyte lysaat. Limulus verwijst naar Limulus polyphemus, de soort hoefijzerkrab afkomstig uit de Atlantische kust van Noord-Amerika. Amebocyte verwijst naar cellen in het bloed van de krab. En lysaat is het materiaal dat vrijkomt uit de cellen nadat ze zijn “gelyseerd” of gebroken. Dit is het materiaal dat buitengewoon gevoelig is voor bacteriële gifstoffen.
De eerste persoon die dit ontdekte over LAL was Frederik Bang. Thirty jaren voor Ding – en 14.000 kilometer verderop op Cape Cod – verzamelde hij ook hoefijzerkrabben aan de kust. (om redenen die niet helemaal duidelijk zijn, worden hoefijzerkrabben alleen gevonden rond de oostkust van Noord-Amerika en Azië.) Bang, een patholoog, was geïnteresseerd in het primitieve immuunsysteem van het wezen. Hij kwam tot een protocol waarbij bacteriën uit zeewater rechtstreeks in degenkrabben worden geïnjecteerd, die ervoor zorgen dat hun bloed samenklontert tot “draderige massas”.
Bang vermoedde dat deze stolling een doel had. Het immobiliseerde de bacteriën en sloot de rest van het lichaam van de degenkrab af tegen een binnendringende ziekteverwekker. Het was intrigerend dat hun bloed in gel veranderde, zelfs als hij de bacterie-injectie eerst vijf of tien minuten kookte. Dit had de bacteriën moeten doden en de geïnjecteerde oplossing moeten steriliseren. Bang realiseerde zich dat het bloed niet alleen gevoelig was voor levende bacteriën, maar ook voor bacteriële toxines die zelfs na sterilisatie aanhouden.
Het menselijke immuunsysteem is misschien veel geavanceerder dan dat van een degenkrab, maar het reageert ook op deze gifstoffen. Artsen realiseerden zich dit voor het eerst aan het einde van de 19e eeuw, toen patiënten die steriele injecties kregen, toch injectiekoorts of zoute koorts kregen. In het ergste geval kunnen de gifstoffen septische shock en zelfs de dood veroorzaken.
Op het moment dat Bang dit onderzoek deed in de jaren vijftig, was de standaardmanier om te testen op bacteriële gifstoffen het injecteren van een monster bij konijnen. Er moest iemand drie uur lang elke 30 minuten de temperatuur van de konijnen komen controleren op tekenen van koorts, wat zou duiden op bacteriële besmetting.
Onder de microscoop, hadden de bloedcellen van het konijn ook de neiging om rond het toxine te klonteren, een gelijkenis die Bang opmerkte in zijn paper uit 1956 over hoefijzerkrabbloed. In de daaropvolgende anderhalf decennium bedachten hij en een jonge patholoog genaamd Jack Levin een gestandaardiseerde manier om LAL te extraheren. Het duurde echter tot 1977 voordat de Food and Drug Administration farmaceutische bedrijven toestond hun grote kolonies konijnen te vervangen door LAL-kits. Nu voegde u gewoon LAL toe aan het geteste materiaal en draaide u de flacon om om te zien of deze vast werd – veel sneller en handiger. De LAL-test vereiste nog het gebruik van dieren, maar het gruwelijke proces van het steken van naalden in dieren raakte verborgen en werd uitbesteed aan een ander deel van de toeleveringsketen.
Tegen de tijd dat Ding op zoek was naar degenkrabben in Singapore Was LAL een industrie van miljoenen dollars geworden. Een liter hoefijzerkrabbloed is naar verluidt maar liefst $ 15.000 waard. En de LAL-kits die ze nodig had om de besmetting van IVF-embryos te testen, waren veel te duur. Een kit, herinnert ze zich, kostte $ 1.000 voor haar in Singapore.
Daarom overwoog ze om haar eigen lysaat te maken. Maar de soort hoefijzerkrab die ze in Singapore bestudeerde, Carcinoscorpius rotundicauda, is veel kleiner dan Atlantische degenkrabben, en ze konden niet veel worden verbloed zonder dood te gaan. Dus ging Ding op zoek naar een alternatief voor LAL waarvoor uiteindelijk helemaal geen hoefijzerkrabben nodig waren.
Wat het nodig had, was het manipuleren van DNA. Haar idee was om het hoefijzerkrab-gen dat verantwoordelijk is voor het vermogen van LAL om op toxine te jagen, te splitsen in cellen die gemakkelijk groeien in een laboratorium, zoals gist. Biotechnologie als vakgebied bewoog zich al in de richting van recombinant DNA, wat inhoudt dat het DNA van de ene soort wordt genomen en het een andere. Een paar jaar eerder, in 1982, begon Eli Lilly met de verkoop van humane insuline, gekweekt in vaten met bacteriën.
Ding had een goed uitgangspunt voor haar LAL-alternatief. Tegen die tijd hadden wetenschappers factor C geïdentificeerd, het specifieke molecuul in LAL dat bacteriële toxines detecteert. Dus ging ze op jacht naar het gen dat factor C maakt. Haar onderzoeksteam nam cellen van degenkrabben die ze verzamelden en bloedde ze minimaal. (Ze probeerden ook, maar slaagden er niet in, hoefijzerkrabben te kweken in een laboratorium en ze te kweken via IVF.)
De gevoeligheid van de degenkrab voor bacteriële gifstoffen maakte het helaas ook lastig om te studeren. De gifstoffen, zo blijkt, zijn overal – in water, in reageerbuizen, in petrischalen. “Je moet al het bakbare glaswerk een aantal uren op 200 tot 220 graden bakken.” zegt Ding. Ze moesten ook speciaal water kopen dat was behandeld om bacterieel gifvrij te zijn. Als je niet oppast, kon je tube oplossing gemakkelijk in gel veranderen.
Toen Ding en Ho eindelijk ontdekten het gen voor factor C, ze splitsten het in gist. Dat mislukte omdat de gist weliswaar factor C maakte, maar het molecuul niet afscheidde. De gist was erg moeilijk open te breken. Het was erg onzuiver en rommelig ”, zegt ze. Ze probeerden een ander type gist en zoogdiercellen – die faalden ook. Eind jaren negentig volgden Ding en Ho een cursus in de Verenigde Staten en leerden ze over baculovirus-vectorsystemen. Hier wordt een virus gebruikt om de factor C in te brengen in darmcellen van insecten, waardoor ze in kleine fabriekjes voor het molecuul worden veranderd. Insecten en hoefijzers hebben een gedeelde evolutionaire afstamming: het zijn beide geleedpotigen. En deze cellen werkten geweldig.
Eindelijk, anderhalf jaar nadat ze was begonnen, had Ding een alternatief voor LAL dat werkte zonder nog meer schade te berokkenen hoefijzerkrabben. Ze sloot zich op in de bibliotheek om patenten te bestuderen en stelde zelf de aanvraag op. Toen stuurde ze het weg en wachtte tot de wereld zou veranderen.
De wereld veranderde niet, althans niet voor de hoefijzerkrabben. Het duurde drie jaar voordat de eerste recombinant factor C-testkit op basis van het patent van Ding in 2003 uitkwam, maar zelfs toen toonden farmaceutische bedrijven weinig interesse.
De bedrijven hadden een aantal redenen. Er was maar één leverancier van de kit, een bedrijf dat tegenwoordig deel uitmaakt van het in Zwitserland gevestigde chemiebedrijf Lonza. Farmaceutische bedrijven waren huiverig om voor zon belangrijk deel van hun productie op één enkele bron te vertrouwen. Wat als er iets met Lonza is gebeurd?Of heeft een natuurramp zijn productie-installatie getroffen? Bedrijven die krabben laten bloeden, zullen ook veel geld verliezen als factor C algemeen wordt toegepast. Van de zes bedrijven met faciliteiten voor het bloeden van krabben in de Verenigde Staten, weigerden twee interviews, één reageerde niet op een interviewverzoek en twee hebben vrijwel geen publieke aanwezigheid. De zesde is Lonza, dat momenteel zowel LAL als de recombinante factor verkoopt.
Lonza, van haar kant, gaf de schuld aan de langzame toepassing van regelgeving. In de Verenigde Staten vertelt de FDA bedrijven die bacteriële toxinetests uitvoeren, de United States Pharmacopeia te volgen, een handboek waarin medicijnnormen worden uiteengezet. In een richtlijn uit 2012 zei de FDA dat bedrijven recombinante factor C zouden kunnen gebruiken, die niet voorkomt in de Pharmacopeia, als ze hun eigen validatietests zouden uitvoeren. “Het risico is natuurlijk dat de FDA uw validatie niet accepteert en dat u uw product niet op de markt kunt brengen”, zegt Lonzas woordvoerder Katrin Hoeck. “Farmaceutische bedrijven zijn risicomijdend.” Het kostte de industrie ook decennia om van konijnen naar LAL te gaan.
De realiteit van het zakendoen kwam Ding als een echte teleurstelling. “We waren net zo enthousiast als onderzoekers, zo blij dat het werkt”, zegt ze. “En we dachten dat de recombinante factor C over de hele wereld zou worden overgenomen en dat de degenkrab zou worden gered.”
Onlangs zijn er echter een paar dingen veranderd in de recente risico-opbrengstberekening voor farmaceutische bedrijven. Ten eerste is Lonza niet langer de enige leverancier. In 2013 werd Hyglos het tweede bedrijf dat recombinante factor C maakte.Kevin Williams, een senior wetenschapper bij Hyglos, zegt dat hij ziet als een modernisering die veel had moeten plaatsvinden: farmaceutische bedrijven zijn niet meer afhankelijk van varkens en zijn decennia geleden begonnen met het maken van insuline in gist- en bacteriecellen. Waarom kan dezelfde technologie niet worden toegepast op de test die wordt gebruikt om te controleren of insuline veilig is voor injectie?
Aan de regelgevende kant heeft de Europese Farmacopee recombinant factor C toegevoegd als een geaccepteerde bacteriële toxinetest in 2016, dat de weg effent voor verandering in de Verenigde Staten. Een aantal farmaceutische bedrijven, met name Eli Lilly, hebben de effectiviteit van recombinant factor C en LAL vergeleken.
Jay Bolden, een expert in bacteriële toxine-detectie bij Eli Lilly, herinnert Lonza zich die meer dan tien jaar geleden in hun labs kwam met de recombinant factor C-kit. Hij was toen geïntrigeerd, maar nog niet bereid om de sprong te wagen. Het keerpunt kwam in 2013, toen Eli Lilly begon met het plannen van een insulineproductiefaciliteit in China, waar de inheemse soorten hoefijzerkrab aan het afnemen zijn. “Je zou wel eens horen dat de hoefijzerkrab op een dag beperkt zou kunnen worden”, zegt Bolden. De toeleveringsketen voor recombinant factor C zag er daarentegen veiliger uit met zowel Hyglos als Lonza als leveranciers. LAL en factor C zijn ook qua kosten vergelijkbaar. / p>
Bolden zegt dat Eli Lilly besloot “een streep in het zand te trekken”: alle nieuwe producten zouden na een bepaald punt worden getest met recombinante factor C. Het bedrijf heeft onlangs bij de FDA zijn eerste aanvraag voor een medicijn ingediend – galcanezumab om migraine te voorkomen – waarbij het uiteindelijke medicijn op kwaliteit zal worden getest met factor C. Het heeft ook gekeken naar het gebruik van recombinant factor C tijdens het fabricageproces om water en apparatuur te testen, wat momenteel verantwoordelijk is voor het overgrote deel van het gebruik van LAL. Bolden zegt dat Eli Lilly lobbyt bij de Amerikaanse farmacopee om recombinante factor C op te nemen.
Donderdag zal Bolden spreken in Cape May, New Jersey, op een evenement georganiseerd door Revive & Restore, een non-profitorganisatie die vooral bekend staat om zijn werk om uitgestorven soorten weer tot leven te brengen. “Onze missie is om biotechnologie te gebruiken voor natuurbehoud”, zegt Ryan Phelan, de medeoprichter en uitvoerend directeur van Revive & Restore. Phelan ontmoette Ding voor het eerst toen ze naar Singapore reisde voor een synthetische -biologieconferentie in 2017, en ze realiseerde zich dat haar onderzoek naar recombinante factor C perfect op het snijvlak van conservering en biotechnologie viel.
Revive & Restore en zijn conserveringspartners – New Jersey Audubon, American Littoral Society en Delaware River Keeper Network – kozen de locatie in Cape May omdat hier elk voorjaar degenkrabben komen om te spawnen. Je kunt geen hoefijzer meer vangen krabben hier vanwege hun belang voor een bedreigde trekvogelsoort die de rode knoop wordt genoemd. Deze vogels komen hier ook in de lente voor. Hun migratie wordt getimed zodat vogels die vanuit Zuid-Amerika naar het noordpoolgebied vliegen zich kunnen verdiepen in de kaviaarachtige Eieren van hoefijzerkrab De stranden worden zwart van de krabben, hun zij Klinkt als de vrouwtjes klauteren om hun eieren te leggen en mannetjes om ze te bevruchten.De rode knopen klauteren om te eten. Ze verdubbelen bijna in gewicht voor hun reis naar het noordpoolgebied.
Het is een eeuwenoude synchronie tussen soorten, een die begon lang voordat de mens begon met het oogsten van hoefijzerkrabben voor bloed en hopelijk lang daarna zal duren.