Crabii potcoavelor sunt uneori numiți „fosile vii”, deoarece au existat într-o anumită formă de peste 450 de milioane de ani. a trecut prin mai multe epoci de gheață majore, un Great Dying, formarea și destrămarea ulterioară a Pangea și un impact asteroid care a ucis dinozaurii și cea mai mare parte a vieții de pe Pământ din nou. Cu alte cuvinte, crabii potcoavelor au văzut cu adevărat niște rahat. / p>
Cu toate acestea, aș presupune că unele dintre cele mai ciudate experiențe ale acestora trebuie să fi venit în ultimele decenii, ca unul dintre mamiferele cu corp moale care au venit după ce dinozaurii au început să-și folosească mâinile pentru a scoate crabi potcoave din ocean în masă. crabii curățați de balanțe, își împăturesc carapacele articulate și lipesc oțel inoxidabil acele într-un punct moale și slab, pentru a extrage sânge. Sângele de potcoavă este albastru și opac, ca antigelul amestecat cu lapte.
Și pentru ce anume au nevoie oamenii de sângele unei fosile vii? Un fel de vrăjitorie, ați putea spune, pentru că menține literalmente oamenii în viață. Sângele de potcoavă este extrem de sensibil la toxinele provenite de la bacterii. Este folosit pentru a testa contaminarea în timpul fabricării a oricărui lucru care ar putea intra în corpul uman: fiecare lovitură, fiecare picurare IV și fiecare dispozitiv medical implantat.
Industria biomedicală modernă este atât de dependentă de acest sânge, încât dispariția crabilor de potcoavă l-ar paraliza instantaneu. Și, în ultimii ani, crabii potcoavelor, în special în Asia, au fost supuși unui număr de amenințări: pierderea habitatului pe măsură ce digurile înlocuiesc plajele în care se reproduc, poluarea, pescuitul excesiv pentru utilizare ca hrană și momeală. Crabii potcoave sângerați pentru utilizarea biomedicală în Statele Unite sunt înapoiați în ocean, dar se estimează că 50.000 mor și în acest proces în fiecare an.
Există totuși un alt mod – o modalitate de a folosi mai degrabă tehnologia modernă decât sângele unui animal străvechi. Un înlocuitor sintetic pentru sângele de potcoavă este disponibil de 15 ani. Aceasta este o poveste despre cum oamenii de știință au reușit în liniște să depășească milioane de ani de evoluție și de ce a luat restul lumii atât de mult timp să ajungă din urmă.
Mai multe povești
Ling Ding spune că a fost „întotdeauna un șobolan de laborator” – genul de biolog care purta haine albe mai degrabă decât genul care pătrundea în noroi. Cu toate acestea, la mijlocul anilor 1980, ea s-a trezit cârlind prin noroi în căutarea crabilor de potcoavă. râul unde locuiau, își amintește ea într-un mod subestimat, „nu mirosea deloc foarte dulce”.
Ding, împreună cu soțul ei și cercetările partenerul Bow Ho, ajunsese la crabi potcoavă în mod circuit și scopul lor final era de a face animalele să nu mai fie necesare în cercetarea biomedicală. La acea vreme, ea era biologă moleculară la Universitatea Națională din Singapore, iar departamentul de fertilizare in vitro al unui spital venise la Ding și Ho cu o problemă: embrionii lor nu ar supraviețui suficient de mult – ar putea fi din cauza contaminării bacteriene ?
Un test standard la acea vreme – și acum – este LAL, care înseamnă lizat amebocit limulus. Limulus se referă la Limulus polyphemus, specia de potcoavă originară de pe coasta atlantică a Americii de Nord. Amebocitul se referă la celulele din sângele crabului. Și lizatul este materialul eliberat din celule odată ce au fost „lizate” sau rupte. Acesta este elementul extrem de sensibil la toxinele bacteriene.
Prima persoană care a aflat acest lucru despre LAL a fost Frederik Bang. Treizeci cu ani înainte de Ding – și la 9.000 de mile depărtare pe Cape Cod – și el strângea crabi de potcoavă pe țărm (din motive care nu sunt pe deplin înțelese, crabi de potcoavă se găsesc numai în jurul coastelor de est ale Americii de Nord și Asia.) Bang, un patolog, a fost interesat de sistemul imunitar primitiv al creaturii. El s-a stabilit pe un protocol de injectare a bacteriilor din apa de mare direct în crabi de potcoavă, care fac ca sângele lor să se aglomereze în „mase cu fir”.
Bang bănuia că această coagulare avea un scop. A imobilizat bacteriile, izolând restul corpului de potcoavă de un agent patogen invadator. În mod curios, sângele lor s-a transformat în gel, chiar dacă a fiert injecția cu bacterii timp de cinci sau 10 minute mai întâi. Acest lucru ar fi trebuit să distrugă bacteriile și să sterilizeze soluția injectată. Bang și-a dat seama că sângele era sensibil nu doar la bacteriile vii, ci la toxinele bacteriene care persistă chiar și după sterilizare.
Sistemul imunitar uman poate fi mult mai sofisticat decât un potcov, dar reacționează și la aceste toxine. Doctorii și-au dat seama pentru prima dată de acest lucru la sfârșitul secolului al XIX-lea, unde pacienții cărora li s-au administrat vaccinuri sterile au venit totuși cu „febră injectabilă” sau „febră salină”. În cele mai grave cazuri, toxinele pot provoca șoc septic și chiar moarte.
La momentul în care Bang făcea această cercetare în anii 1950, metoda standard de testare a toxinelor bacteriene a fost injectarea unei probe la iepuri. A fost necesar ca cineva să vină să verifice temperaturile iepurilor la fiecare 30 de minute timp de trei ore pentru a detecta semne de febră, ceea ce ar sugera contaminarea bacteriană.
microscop, celulele sanguine ale iepurelui au avut, de asemenea, tendința de a se aglomera în jurul toxinei, o asemănare pe care Bang a notat-o în lucrarea sa din 1956 despre sângele potcoavelor. În următorul deceniu și jumătate, el și un tânăr patolog numit Jack Levin au conceput o modalitate standardizată de a extrage LAL. Abia în 1977 însă, Administrația pentru Alimente și Medicamente a permis companiilor farmaceutice să-și înlocuiască marile colonii de iepuri cu truse LAL. Acum pur și simplu ați adăugat LAL la materialul testat și ați răsucit flaconul pentru a vedea dacă a devenit solid – mult mai rapid și mai convenabil. Testul LAL a necesitat în continuare utilizarea animalelor, dar procesul teribil de lipire a acelor în animale a devenit ascuns și externalizat într-o altă parte a lanțului de aprovizionare.
În momentul în care Ding căuta crabi potcoave în Singapore , LAL devenise o industrie de milioane de dolari. Un sfert de sânge de potcoavă ar fi valorat până la 15.000 de dolari. Și kiturile LAL de care avea nevoie pentru a testa contaminarea embrionilor FIV erau mult prea scumpe. Un kit, își amintește ea, a costat 1.000 de dolari pentru ea în Singapore.
Motiv pentru care s-a gândit să-și facă propriul lizat. Dar specia de potcoavă pe care o studia în Singapore, Carcinoscorpius rotundicauda, este mult mai mică decât crabii de potcoavă din Atlantic și nu ar putea fi sângerați mult fără să moară. Așa că Ding și-a propus să facă o alternativă la LAL care, în cele din urmă, nu ar necesita deloc crabi de potcoavă.
Ceea ce ar necesita a fost manipularea ADN-ului. Ideea ei a fost împărțirea genei de potcoavă responsabilă de capacitatea de vânătoare a toxinei LAL în celule care cresc ușor într-un laborator, cum ar fi drojdia. Biotehnologia ca domeniu se deplasa deja în direcția ADN-ului recombinant, ceea ce presupune preluarea ADN-ului de la o specie și punerea acestuia la alta. Cu câțiva ani mai devreme, în 1982, Eli Lilly a început să vândă insulină umană cultivată în cuve de bacterii.
Ding a avut un bun punct de plecare pentru alternativa sa LAL. Până atunci, oamenii de știință au identificat factorul C, molecula specifică din LAL care detectează toxinele bacteriene. Așa că a început să vâneze gena care face factorul C. Echipa ei de cercetare a preluat celule din crabi de potcoavă pe care le-au colectat și le-a sângerat minim. (De asemenea, au încercat, dar nu au reușit, să crească crabi potcoava într-un laborator și să-i reproducă prin FIV.)
Sensibilitatea crabului potcovar la toxinele bacteriene din păcate, de asemenea, a făcut o durere să studiezi. Se pare că toxinele sunt peste tot – în apă, în eprubete, în cutii Petri. „Trebuie să coaceți toate vasele de sticlă care se pot coace la 200 până la 220 de grade timp de câteva ore.” spune Ding. De asemenea, au fost nevoiți să cumpere apă specială care a fost tratată fără toxine bacteriene. Dacă nu ați fi atent, tubul de soluție s-ar putea transforma cu ușurință în gel.
Când Ding și Ho au identificat în cele din urmă gena pentru factorul C, au îmbinat-o în drojdie. Acest lucru a eșuat pentru că, în timp ce drojdia a făcut factorul C, nu a secretat molecula. „Drojdia a fost foarte dificil să se deschidă. A fost foarte impur și dezordonat ”, spune ea. Au încercat un alt tip de drojdie și celule de mamifere – și acestea au eșuat. La sfârșitul anilor 1990, Ding și Ho au participat la un curs în Statele Unite și au aflat despre sistemele vectoriale de baculovirus. Aici, un virus este folosit pentru a insera factorul C în celulele intestinale ale insectelor, transformându-le în mici fabrici pentru moleculă. Insectele și potcoavele au o descendență evolutivă comună: ambii sunt artropode. Și aceste celule au funcționat minunat.
În cele din urmă, la un deceniu și jumătate după ce a început, Ding avea o alternativă la LAL care funcționa fără a mai afecta crabi de potcoavă. S-a cooptat în bibliotecă pentru a studia brevetele și a redactat ea însăși cererea. Apoi a trimis-o și a așteptat ca lumea să se schimbe.
Lumea nu s-a schimbat, cel puțin nu pentru crabii potcoavelor. Au fost necesari trei ani pentru ca primul kit de testare a factorului C recombinant bazat pe brevetul Ding să apară în 2003, dar chiar și atunci companiile farmaceutice nu au manifestat niciun interes.
Companiile au avut mai multe motive. A existat un singur furnizor al kitului, o companie care astăzi face parte din compania de produse chimice din Elveția, Lonza. Companiile farmaceutice se fereau să se bazeze pe o singură sursă pentru o parte atât de importantă a producției lor. Dacă i s-a întâmplat ceva lui Lonza?Sau un dezastru natural a lovit fabrica de producție? Companiile care sângerează crabi, de asemenea, vor pierde mulți bani dacă factorul C devine adoptat pe scară largă. Dintre cele șase companii cu facilități de sângerare a crabului în Statele Unite, două interviuri au refuzat, una nu a răspuns la o cerere de interviu, iar două nu au practic nicio prezență publică. Al șaselea este Lonza, care vinde în prezent atât LAL, cât și factorul recombinant.
Lonza, la rândul său, a dat vina pe adoptarea lentă a reglementărilor. În Statele Unite, FDA le spune companiilor care efectuează teste de toxină bacteriană să urmeze Farmacopeia Statelor Unite, un manual care stabilește standardele medicamentelor. Într-o orientare din 2012, FDA a spus că companiile ar putea utiliza factorul C recombinant, care nu apare în farmacopeie, dacă ar efectua propriile teste de validare. „Riscul este, desigur, FDA poate să nu vă accepte validarea și nu puteți aduce produsul pe piață”, spune purtătorul de cuvânt al Lonza, Katrin Hoeck. „Companiile farmaceutice sunt averse față de risc.” Industria a durat zeci de ani pentru a trece de la iepuri la LAL.
Realitățile afacerilor au venit ca o adevărată dezamăgire pentru Ding. „Am fost atât de dornici ca cercetători, atât de fericiți că funcționează”, spune ea. „Și am crezut că factorul recombinant C va fi adoptat în întreaga lume, iar potcoava va fi salvată.”
Cu toate acestea, recent, câteva lucruri au schimbat calculul recent risc-recompensă pentru companiile farmaceutice. În primul rând, Lonza nu mai este singurul furnizor. În 2013, Hyglos a devenit a doua companie care produce factorul recombinant C. Kevin Williams, un om de știință senior la Hyglos, spune că vede ca o modernizare demult așteptată: companiile farmaceutice au încetat să se mai bazeze pe porci și au început să producă insulină în drojdie și celule bacteriene în urmă cu zeci de ani. De ce nu se poate aplica aceeași tehnologie chiar la testul utilizat pentru a verifica dacă insulina este sigură pentru injectare?
În ceea ce privește reglementarea, Farmacopeea Europeană a adăugat factorul C recombinant ca test acceptat al toxinei bacteriene în 2016, deschizând calea schimbării în Statele Unite. O serie de companii farmaceutice, în special Eli Lilly, au comparat eficacitatea factorului C recombinant și LAL.
Jay Bolden, expert în bacterii detectarea toxinei la Eli Lilly, își amintește că Lonza a venit în laboratoarele lor cu kitul de factor C recombinant acum mai bine de un deceniu. El a fost intrigat la acea vreme, dar nu era încă dispus să facă pasul. Punctul de cotitură a venit în 2013, când Eli Lilly a început să planifice o instalație de fabricare a insulinei în China, unde speciile native de potcoavă au scăzut. „Ați auzi lucruri despre cândva crabul potcoavă ar putea fi restricționat”, spune Bolden. În schimb, lanțul de aprovizionare pentru factorul recombinant C părea mai sigur atât cu Hyglos, cât și cu Lonza ca furnizori. LAL și factorul C sunt, de asemenea, comparabile în ceea ce privește costul.
Bolden spune că Eli Lilly a decis să „traseze o linie în nisip”: toate produsele noi după un anumit punct vor fi testate cu factorul recombinant C. Compania a prezentat recent la FDA prima sa cerere pentru un medicament – galcanezumab pentru prevenirea migrenelor – în cazul în care medicamentul final va fi testat de calitate cu factorul C. De asemenea, a analizat utilizarea factorului recombinant C în timpul procesului de fabricație pentru a testa apa și echipamentele, care reprezintă în prezent marea majoritate a utilizării LAL. Bolden spune că Eli Lilly a făcut lobby pentru Farmacopeia SUA pentru a include factorul recombinant C.
Joi, Bolden va vorbi la Cape May, New Jersey, la un eveniment organizat de Revive & Restore, un organism nonprofit cel mai bine cunoscut pentru activitatea sa de readucere la viață a speciilor dispărute. „Misiunea noastră este să folosim biotehnologia pentru conservare”, spune Ryan Phelan, cofondator și director executiv al Revive & Restore. Phelan l-a întâlnit pentru prima dată pe Ding când a călătorit în Singapore pentru o -conferința de biologie în 2017 și și-a dat seama că cercetările sale privind factorul recombinant C s-au așezat perfect în intersecția dintre conservare și biotehnologie.
Revive & Restore și partenerii săi de conservare – New Jersey Audubon, American Littoral Society și Delaware River Keeper Network – au ales locația Cape May, deoarece crabii potcoave vin aici în fiecare primăvară să reproducă. Nu mai puteți prinde potcoava crabi aici datorită importanței lor pentru o specie de păsări migratoare amenințate numită nod roșu. Aceste păsări apar și în primăvară. ouă de potcoavă. Plajele se înnegresc cu crabi, ei ei Vor face clic în timp ce femelele se luptă să-și depună ouăle, iar masculii să le fertilizeze.Nodurile roșii se luptă să mănânce. Ei aproape dublează în greutate pentru călătoria lor spre Arctica.
Este o sincronie antică între specii, una care a început cu mult înainte ca oamenii să înceapă recoltarea crabi de potcoavă pentru sânge și, sperăm, va dura mult după aceea.