Dr. Banget nagyon érdekelték a gerinctelenek keringési rendszerei. Úgy vélte, hogy az olyan állatok tanulmányozása, amelyekben a keringést meg lehet figyelni, a gerincesek, például az emberek élettani folyamatainak jobb megértéséhez vezethet.
Az 1950-es évek elején, amikor a Maine állambeli Wood’s Hole-ban működő Tengerbiológiai Laboratóriumban dolgozott, Bang a patkósrák keringési rendszerét és a bakteriális fertőzésre adott válaszát tanulmányozta.
A friss tengervízből nyert baktériumokat különböző méretű patkósrákokba fecskendezte, és tanulmányozta a reakcióikat. Általában a vér egy kis vérrögöt képez, amely lezárja a fertőzött területet, és megakadályozza, hogy további baktériumok jussanak be.
Egy nap azonban Bang észrevette, hogy az egyik rákja egy ismeretlen fertőzésben pusztult el, amelynek következtében a rákban lévő vér majdnem teljes mennyisége félig szilárd masszává alvadt.
Ezt még soha nem látta korábban!
Ezért izolálta és tenyésztette a baktériumot az első állatból, és más patkósrákokba fecskendezte. Náluk is ugyanolyan vérrögképződést tapasztalt, és elpusztultak.
Közelebbről vizsgálódva megállapította, hogy csak a “Gram-negatív” baktériumok okozzák ezt a reakciót.
Note: In 1884, Hans Christian Gram invented a staining procedure for microscopy which came to be called The Gram stain. It stains the bacteria either red (Gram-negative) or violet (Gram-positive) depending on the chemicals they have in their cell walls.
A Gram-negatív baktériumok olyan fertőzéseket okoznak, mint a tüdőgyulladás és az agyhártyagyulladás. Amikor Bang az injekció beadása előtt hőkezelte a baktériumokat, még mindig ugyanazt az alvadási reakciót kapta. Ez azt jelentette, hogy nem volt szükség élő baktériumokra ahhoz, hogy a patkósrák vére megalvadjon.
Eredményeit 1956-ban publikálta, és kezdeti megfigyeléseit közel 10 évig félretette.
Megjelenik Jack Levin.
1963-ban, miközben Bang a patkósrák-projektjének adatait tárgyalta, egy kollégája felvetette, hogy egy hematológussal való együttműködés segíthetne megfejteni az alvadási rejtélyt. A kolléga a laboratóriumának egyik munkatársát, Dr. Jack Levint ajánlotta.
Levin nyulakon tanulmányozta a Shwartzman-reakciót – az endotoxinokra adott reakciót, amely vérrögképződést okoz az érben, és megváltoztatja a gerinces vérlemezkék működését is.
Az endotoxin minden Gram-negatív baktérium sejtfalának kulcsfontosságú összetevője; nehéz kimutatni, és ellenáll a gyógyszereknek.
Bang rábeszélte Levint, hogy töltsön egy nyarat a Woods Hole-i Tengerbiológiai Laboratóriumban, ahol a Limulus amebociták és az emberi vérlemezkék közötti hasonlóságokat tanulmányozta.
Gyorsan bebizonyította, hogy a patkósrákból származó sejtmentes plazma nem alvad meg, de amikor a vérsejteket tanulmányozta, gondot okozott neki, hogy a vér ne alvadjon meg.
Egy másik problémája is akadt. Azok a minták, amelyek rendben voltak, amikor éjszaka elhagyta a laboratóriumot, reggelre, amikor visszatért, megalvadtak, és a forgalomban lévő véralvadásgátlók egyike sem hozott változást.
A szerencsés véletlen egy Aha! Moment
Levin tanácstalan volt, és kezdett kissé kétségbeesni, hogy rájöjjön a dologra!
A baktériumok vagy a baktériumok valamelyik összetevője okozhatta ezt?
Azért, hogy ezt a lehetőséget tesztelje, új mintákat készített steril, endotoxinmentes üvegedényekben. Meglepő módon a vér nem alvadt meg!
Ekkor jött rá, hogy azonosított egy véralvadási mechanizmust, amelyet a gram-negatív bakteriális endotoxin jelenléte vált ki.
Elvégre sikerült kimutatnia, hogy a Limulusban a teljes véralvadási mechanizmus az amebocitákban található, és rendkívül érzékeny az endotoxinok jelenlétére.
Limulus polyphemus amebociták
“Azt hiszem, csak egy endotoxinnal foglalkozó kutatónak jutott volna eszébe az a lehetőség, hogy az endotoxin okozza a Limulus véralvadását” – mondja Levin.
Ez vezetett ahhoz, hogy Levin megalkotta és szabadalmaztatta a rendkívül érzékeny Limulus Amebocyte Lysate (LAL) tesztet, amellyel a patkósrák véréből bakteriális endotoxinokat lehetett vizsgálni.
Az egyetlen másik endotoxin-tesztet abban az időben a Rabbit Pyrogen Testnek nevezték. Abban az időben az USA Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala előírta, hogy minden injektálható gyógyszernek át kellett esnie a Pyrogen-teszten, mielőtt engedélyezték volna a használatát.
A Nyúl Pyrogen-teszt azonban költséges, nem hatékony és gyakran pontatlan eljárás volt.
A mintát nyulak egy csoportjába kell beadni. Ha ezek a nyulak lázat kaptak, a gyógyszer megbukott a teszten. Ha 4-6 órán belül nem lázasodtak be, akkor a gyógyszer megfelelt.
A gyógyszeripari vállalatoknak nyulak ezreit kellett elhelyezniük ahhoz, hogy ezeket a teszteket elvégezhessék.
A LAL-teszt mindössze 45 perc alatt ad eredményt, és az endotoxinok jelenlétét kevesebb, mint egy trillió rész per billió szintnél képes kimutatni.
Levin rájött, hogy egy nagyon érzékeny és gyors teszttel rendelkezik! Ez kemény konkurenciát jelentett a nyúltesztnek.
A LAL-teszt mindössze 45 perc alatt ad eredményt, és az endotoxinok jelenlétét kevesebb, mint egy rész per billió szintnél képes kimutatni.
Bár a LAL-tesztet 1965-ben írták le először, csaknem 20 évbe telt, mire a tesztet hivatalosan is jóváhagyta az FDA végtermék-endotoxin-tesztként!
Miért tartott ez ilyen sokáig?!
Mondjuk ki, az emberek nem szeretnek változtatni a dolgokon, a vállalatok pedig nagyon ellenállnak a változásoknak. Az új, érzékenyebb teszt átvétele azt jelentette, hogy a gyógyszergyártó cégeknek át kellett volna alakítaniuk és egy teljesen új gyártósort kellett volna felállítaniuk.
Ez idő és pénz!
De a tejszín végül felszáll a tetejére; ez a teszt volt a termés krémje, és még mindig az!
A LAL iránt ma már olyan nagy a kereslet, hogy a Föld egyik legértékesebb folyadékává vált, 2018 áprilisában jelentett ára gallononként 35.000 és 60.000 dollár között mozgott!
A LAL-teszt kiterjesztése
A LAL-tesztet a Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health a “100 legfontosabb közegészségügyi hozzájárulás” egyikének nevezte el.
Jack Levin szerint ez az endotoxinszennyezés standard szűrővizsgálata világszerte, évente körülbelül 17,5 millió mintát vizsgálnak (ami nagyjából 70 millió elvégzett vizsgálatot jelent). Kereskedelmi forgalomban az összes intravénás folyadék, parenterális gyógyszer és beültethető orvosi eszköz tesztelésére használják, mielőtt azokat a betegeknél használják.
Hogyan készül a LAL?
A patkósrákokat elfogják, és egy csövet szúrnak beléjük, hogy leszívják a vérüket (lásd a fenti képet). Ezután az összegyűjtött vért centrifugálják, hogy az amebocitákat koncentrálják. Ha vizet adnak a tömörített amebocitákhoz, azok szétesnek és felszabadítják a koagulációs fehérjéket (a lizátumot), amelyek reakcióba lépnek az endotoxinokkal.
A LAL előállításának ezt a módját úgy hirdetik, mint a rákok vérének nem halálos módszerét. De nem az. Mert nem minden rák éli túl!
Az Atlantic State Marine Fisheries Commission 2019-es Horseshoe Crab Stock Benchmark Stock Assessment and Peer Review Report című jelentésében az Atlantic State Marine Fisheries Commission szerint 600 000 patkósrákot fogtak be és véreztettek ki az éves LAL-igény kielégítésére.
A 600 000 rákból körülbelül 420-540 000 (70-90%) éli túl az eljárást. Ha ehhez hozzávesszük az élőhelyek elszaporodását, a globális felmelegedést, és évente további több mint 500 000 példányt halásznak ki és ölnek meg, hogy csaliként használják az angolna- és tőkehal-halászatban, akkor láthatjuk, hogy a patkósrák-populációk miért csökkennek.
Nem csak ez, de a rákokat májusban és júniusban szedik le, amikor tömegesen jönnek a partra, hogy párosodjanak, lerakják petéiket és remélhetőleg fenntartsák túlélésüket.
Ez nem fenntartható helyzet!
Vannak jobb módszerek a LAL előállítására?
“Az amerikai patkósrák túlélte a dinoszauruszokat, és négy korábbi tömeges kihalást is túlélt, de most a gyógyszeripar, a halászközösségek, az élőhelyvesztés, az éghajlatváltozás és legutóbb az Egyesült Államok keleti partjainál a vörös algák fojtogató áradata fenyegeti.” Jonathan Watts-tól a The Guardianban
Két fő törekvés van, amelyet e sajnálatos helyzet enyhítésének módjaként emlegetnek.
A gyógyszeripar által próbált egyik megközelítés a patkósrákok akvakultúrája.
A patkósrákok tenyésztésére tett kísérletek kezdetben nem voltak túl sikeresek. Úgy tűnt, hogy 3-4 hónapos tenyésztés után a hemolimfafehérje-koncentráció olyan szintre csökkent, amely mortalitást eredményezett. Úgy gondolták, hogy ezek az elhullások táplálkozási hiányosságokkal függtek össze.
Dr. Anthony Dellinger a Greensborói Észak-Karolinai Egyetem Idegtudományi Tanszékének professzora és a Kepley Biosystems Incorporated (Greensboro, NC) tudósa.
Dellinger és a KBI keményen dolgozott egy új, továbbfejlesztett akvakultúra-rendszer kifejlesztésén. Feltételezésük szerint “a LAL ellenőrzött és jól karbantartott patkósrákokból történő ellenőrzött gyűjtése az akvakultúrában növelheti a LAL-ellátás mennyiségét, biztosíthatja a fajok életképességét, és új klinikai innovációkat tesz lehetővé.”
Siker esetén a nagyobb mennyiségű LAL megbízható, fenntartható és gazdaságos előállítása mind a természet, mind az ipar számára előnyös lenne.
Dellinger és munkatársai a Frontiers of Marine Science című folyóiratban tavaly áprilisban megjelent tanulmányukban részletesen leírták, hogyan működik az akvakultúra-rendszerük.
Lássuk a tanulmány legfontosabb elemeit és eredményeit.
Először is optimalizáltak egy beltéri recirkulációs akvakultúra-rendszert, amely megbízhatóan tartja fenn a patkósrákokat. Céljuk az volt, hogy megkönnyítsék az ismétlődő LAL-begyűjtést az állatok jólétének fenntartása mellett.
A következő mérföldkő az volt, hogy elérjék az alacsony hatású, ismétlődő betakarítás módszerét. Ehhez sebészi úton egy katétert ültettek be a patkósrákba. Minden tesztjük azt mutatta, hogy a patkósrákok meglehetősen jól tolerálták ezeket a katétereket.
Itt egy gyors összefoglaló az eredményeikről.
Egy éven keresztül 24 rákot szedtek le és tartottak fenn 100%-os túléléssel. A patkósrákokat ellenőrizték LAL-aktivitás, petesejt- és spermakibocsátás és egyéb olyan jelek szempontjából, amelyek egészségkárosodásra utalhatnak. Ilyen jeleket nem észleltek.
A rákok havonta körülbelül háromszor véreztek a katéterekből, ami a 12 hónapos időszak alatt rákonként körülbelül 36 vérzést jelent. A beültetett katéterekből származó problémákat nem tapasztaltak ebben az időszakban.
Amikor kiszámították a felmerülő költségeket, az akvakultúra-rendszer kezdeti kialakításán kívül, a rákok fenntartása körülbelül 0,76 dollárra jött ki fontonként, ami nagyon kedvező összeg!
A legfontosabb kérdés, amelyre választ kellett adni, a következő volt:
Hogyan hasonlít a házon belül tartott patkósrákok LAL-ja a frissen szedett rákokéhoz?
Amint a tanulmányuk 6. ábrája mutatja, nem volt jelentős különbség a LAL endotoxin koagulációs aktivitásában az akvakultúrás és a vadon élő rákok között. És az 1., 16. és 23. napon vett vérzésekből származó aktivitásban sem volt valódi különbség.
Az eredmények alapján arra a következtetésre jutottak,
“…az akvakultúra több évig megfelelhetne az ipar igényeinek egy éves fogás 5-10%-ának megfelelő mennyiséggel, és ezután minden évben közel 600 000 HSC maradna a természetben. Valójában ezek az eredmények azt sugallják, hogy ∼60 000 akvakultúra HSC-t lehetne fenntarthatóan kivéreztetni évente 12-24 alkalommal, és ez meghaladná a jelenlegi orvosbiológiai LAL-igényt.”
A második megközelítés teljesen megszünteti a rákok szükségességét.
Jeak Ling Dingnek, férjével és kutatási partnerével, Bow Ho-val együtt Szingapúrban volt egy célja – teljesen megszüntetni a patkósrákok szükségességét.
A Carcinoscorpius rotundicauda nevű ázsiai fajt tanulmányozta, amely sokkal kisebb volt, mint az atlanti patkósrákok, és nem lehetett őket sokat véreztetni anélkül, hogy elpusztultak volna.
Ding LAL kutatásai során felfedezte, hogy egy C faktor nevű molekula felelős az alvadási hatásért. Ding izolálta a C faktor génjét, és vírus segítségével beültette a rovarok bélsejtjeibe. Ez lényegében kis gyárakká változtatta a bogarakat, amelyek C faktort termelnek.
A módosított rovarok elegendő mennyiségű C faktort állítanak elő, amelyet aztán rekombináns* C faktor (rFC) néven el lehetett adni a piacon, a LAL életképes helyettesítőjeként.
* Note: The word recombinant is a term used in molecular genetics to indicate a gene that has been isolated (cloned) and inserted into another organism's DNA so that organism makes the protein that gene specifies. Using a virus is one of many ways to accomplish this.
A patkósrákok betakarítása vagy akvakultivációja és kivéreztetése helyett mostantól nagy mennyiségű rovart tudnának termeszteni és izolálni az rFC-t.
A rFC-t használó gyógyszeripari vállalatok megerősítették, hogy ugyanolyan jól működik, mint a LAL, és az előállítási költségek is hasonlóak.
“Kutatóként annyira lelkesek voltunk, annyira örültünk, hogy működik” – mondta Ding. “És azt gondoltuk, hogy a rekombináns C-faktort világszerte elfogadják majd, és a patkósrák megmenekül.”
Az rFC sajnos ugyanolyan akadályokba ütközött a bevezetéskor, mint a LAL. Bár az rFC 2003 óta van a piacon, csak lassan tudott teret nyerni. De apránként leküzdi az FDA általi jóváhagyása előtt álló akadályokat. Eredetileg csak egy gyártó állította elő – a svájci székhelyű vegyipari vállalat, a Lonza Group.
2013-ban a Hyglos GmbH lett a második vállalat, amely rFC-t gyártott. Kevin Williams, a Hyglos vezető tudósa azt mondja, hogy szerinte az rFC elterjedése és engedélyezése már régóta esedékes volt. A Hyglos GmbH több európai szabályozó hatóságtól is engedélyt kapott a használatára.
A szakértők ma úgy vélik, hogy végső soron az rFC lesz az endotoxinok kimutatásának domináns módszere, ami teljesen kiengedi a patkósrákot az ipari termelésből.
Na ez az, amivel a patkósrákok együtt tudnak élni!
Note: In these times of COVID-19, I wouldn't be surprised to see the obstacles removed even faster. Taking and applying research knowledge to improve patient wellbeing is happening faster than ever before. And in cases like this, that's a really good thing!
Mivel elérkeztünk az utolsó kérdéshez, amellyel foglalkozni szeretnék:
Miért érdekel minket egyáltalán, hogy a patkósrákok túlélnek-e?
Nem csak ősi relikviák, amelyeket a modern ökoszisztémánk könnyen nélkülözhet? Rengeteg más faj is kihalt már, és a bolygó elég rendben van.”
Ez egy jogos kérdés, úgyhogy nézzük meg egy kicsit mélyebben.”
A térdre rogyó válasz: “persze, hogy meg akarjuk menteni őket!”. Van elég olyan élőlény ezen a bolygón, amely már veszélyeztetett vagy már kihalt. Egyszerűen nem engedhetjük meg magunknak, hogy még többet elveszítsünk.
Mint mondtam, ez inkább egy zsigeri reakció, nem egy válasz, amire fel lehet tenni a kalapunkat. A jobb válaszhoz meg kell néznünk, hogyan illeszkedik a patkósrák a nagy képbe.
Kezdjük azzal, hogy mit eszik, és mi eszi meg őket.
A felnőtt patkósrák kis puhatestűeket, például a kék kagylót és a szörfkagylót, valamint gyűrűsférgeket fogyaszt.
2017-ben a Stony Brook Egyetem Safina Központjának jelentése szerint a kék kagylók nincsenek komoly veszélyben. Ugyanez igaz mind a gyűrűs kagylókra, mind a szörfkagylókra.
A fiatal kagylók mind az algák, mind az állati eredetű anyagok apró részecskéivel táplálkoznak. Ahogy az állat mérete nő, úgy nő az általa elfogyasztott zsákmány is.
Az összességében úgy tűnik, hogy a patkós rákok nem gyakorolnak káros hatást zsákmányállataikra.
Oké, ez az érem egyik oldala. Mi a helyzet a másik oldallal? Mi eszi meg a patkósrákokat?
A patkósrák petéi számos élőlény számára jelentenek táplálékforrást.
Ezek közé tartoznak a parti madarak, néhány hal – csíkos sügér, csíkos gyilkoshal, süllő, lepényhal -, valamint a tengeri teknősök, rákok és kagylók. Kritikus táplálékforrást jelentenek 11 vándorló parti madárfaj számára. Ezeknek a tojásoknak az elvesztése tönkretenné ezeket a madárpopulációkat.
A patkósfejű tengeri teknősök és a part menti madarak, mint például a vörös csomó, függnek a patkósrákoktól.
Ezek a teknősök ezrei vonulnak nyáron a Chesapeake- és Delaware-öbölbe, hogy a rákokkal táplálkozzanak. Most úgy gondolják, hogy a Chesapeake-ben a patkósfejűek szenvednek a patkósrákok hiányától.
Néhány anekdota szerint a patkósrákok alligátorok és cápák gyomrában bukkannak fel.
A patkósrák-ivadékok szintén kulcsfontosságú táplálékot jelenthetnek a part menti táplálékhálózatban. A nyár és az ősz folyamán a lárvák és a korai életszakaszban lévő patkósrákok ellepik a sekély vizeket. Ezeket a falatokat kétségtelenül a halak és a parti madarak is felfalják.
És úgy tűnik, hogy sok más állat is nagyon ízletesnek találja őket, és nehéz lenne könnyű helyettesítőjüket találni.
Egy 450 millió éve létező élőlény esetében még korántsem teljes a tudásunk arról, hogy a Limulus polyphemus milyen szerepet játszik a part menti ökoszisztémában.
A patkósrák ökológiájával kapcsolatos ismereteink jelenlegi állása alapján nem tudunk véglegesen következtetéseket levonni arról, hogy mennyire lényeges a szerepük. Annyit azonban elmondhatunk, hogy mindenképpen olyan rést foglalnak el, amely komolyabb tanulmányozást igényel.
Még így is a megőrzésük szükségessége mellett szállok síkra! Ez az én “jobb félni, mint megijedni” hozzáállásom. Egyszerűen túl keveset tudunk ahhoz, hogy hagyjuk, hogy egy olyan faj, mint a Limulus polyphemus kicsússzon a kezünk közül, és eltűnjön, ha meg tudjuk akadályozni.
Szóval, lehet valamit tenni?
Ha történetesen olyan hely közelében lakik, ahová a patkósrákok tojások lerakására járnak, könnyen lehet dobni és segíteni. Léteznek rákmegfordító programok és ívó rákfelmérések, amelyek önkéntesekre támaszkodnak.
És végül, ne feledkezz meg a patkósorrú rákról, amikor orvoshoz mész. Bármit, amit befecskendeznek vagy beültetnek a testünkbe, még mindig a patkósrák véréből készült LAL-lal tesztelik a gram-negatív baktériumfertőzésre.
A következő alkalomig
Rich
Hé! Ha tetszett ez a cikk, akkor iratkozzon fel a hírlevelemre, és kap egy ingyenes ebookot!
A cikkhez felhasznált információforrások:
- A patkórák
- A patkórák akvakultúra, mint fenntartható endotoxin vizsgálati forrás
- A patkórák szerepe a biogyógyászati iparban és a faj fenntarthatóságát befolyásoló legújabb trendek
- A kékrákok utolsó napjai
- .Blood Harvest
- The Underwater Secrets of Horseshoe Crabs
- This crab could save your life – if humans don’t wipe out it first
- NJ megszüntette a patkósrákok betakarítását. Más államoknak is ezt kellene tenniük?
- A patkósrák oldal, készítette Kayla Westerlund
- Az atlanti patkósrák