Мечехвост кровь для чего используется
Зачем людям голубая кровь?
Когда речь заходит о голубой крови, то первое, о чем нужно вспомнить – это кровь подковообразного краба мечехвоста. Эта голубоватая жидкость широко используется в медицине начиная с 1970-х годов, так как помогает бороться с разными болезнями и является важным элементом в тестировании безопасности вакцин и новых лекарств. Литр крови подковообразного краба стоит 15 000 долларов, что делает ее одним из самых дорогих ресурсов в мире. Однако даже несмотря на запредельную стоимость, охота на мечехвостов поставила этот удивительный вид на грань исчезновения. Синий цвет крови обусловлен наличием в ней меди, однако это не самая интересная ее особенность.
Голубая кровь этих странных крабов спасает сотни и тысячи жизней
Самые древние животные на Земле
Мечехвосты – самый древний вид на нашей планете, за что и получил звание “живого ископаемого”: в той или иной форме эти подковообразные крабы, которые обитают у восточных берегов Северной Америки и Азии, существуют не менее 450 миллионов лет. Мечехвосты не являются ракообразными, но принадлежат к отряду членистоногих и больше связаны со скорпионами, чем с крабами. Но как кровь этих животных стала настолько ценным ресурсом?
Если мечехвосту угрожает опасность, его кровь превращается в желе. Именно это ее свойство помогает спасать жизни. Причем все намного серьезнее, чем может показаться – вся современная система проверки медицинских препаратов завязана на крови мечехвостов. Жизни тысяч человек в прямом смысле этого слова находятся в их руках.
Патологоанатом Фредерик Бэрнс хотел понять, как работает иммунная система этого животного. Чтобы изучить свойства крови мечехвостов он провел серию экспериментов, например, ввел бактерии из морской воды в кровь мечехвоста, чтобы посмотреть, как животное на это отреагирует. Оказалось, что после того, как в кровь мечехвоста попала вода, зараженная бактериями, кровь превратилась в желейную массу. То же самое произошло после того, как ученый ввел мечехвосту в кровь воду с бактериями, которую перед этим кипятили 5-10 минут. В результате патологоанатом пришел к выводу, что это загустение крови – естественный механизм, который предназначен для защиты остальной части тела подковообразного краба от инородного патогена.
Теперь понятно кем вдохновлялся Риддли Скотт, создавая «Чужого»
Чтобы всегда оставаться в курсе последних научных открытий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram
Фредерик Бэрнс установил, что за высокую эффективность иммунной системы мечехвостов отвечает специальный свертывающий агент, который используется для приготовления смеси под названием Limulus amebocyte lysate или LAL. До появления LAL у ученых не было простого способа узнать, заражена ли вакцина или медицинский инструмент бактериями, например кишечной палочкой или сальмонеллой. Каждый год медицинская промышленность вылавливает около 600 000 подковообразных крабов.
Как добывают кровь мечехвостов
Будучи очень древними существами, мечехвосты способны без вреда для себя «отдавать» определенное количество крови. В лаборатории обученные сотрудники втыкают под панцирь членистоногого полую, цилиндрическую палочку, которая выкачивает кровь, пока морское животное это позволяет. Выглядит все это так:
Так проходит сбор крови мечехвостов
В целом мечехвосты дренируют 30% своей крови, однако до 30% крабов не доживают до конца этого процесса. Выживших животных исследователи возвращают в воду, однако никто толком не знает выздоравливают ли они. В 2016 году Международный союз охраны природы США назвал подковообразного краба уязвимым видом – то есть на одну ступень ниже находящегося под угрозой исчезновения. Если ситуация не изменится, их популяция в США продолжит сокращаться на целых 30% на протяжении следующих 40 лет.
Последние полученные данные, как пишет Business Insider, говорят о том, что многие мечехвосты не выживают. После забора крови от 10% до 25% животных умрут в течение первых двух дней. Из-за процедуры крабы становятся слабыми и дезориентированы в пространстве на некоторое время. Отмечается, что у самок могут возникнуть проблемы с нерестом. Между тем, благодаря голубой крови мечехвостов миллионы пациентов могут без опаски принимать лекарства каждый день.
Еще больше новостей из мира науки и высоких технологий ищите на нашем канале в Яндекс.Дзен. С недавних пор Hi-News.ru входит в список социально значимых ресурсов по версии «Минкомсвязи». Это означает, что вы можете читать наши статьи даже при отрицательном балансе.
Учитывая угрозу исчезновения этих потрясающих животных, ученые пытаются найти синтетическую альтернативу, которая поможет снизить нагрузку на популяцию подковообразных крабов. Ну а нам с вами остается надеяться, что у них получится и эти древнейшие существа продолжать спасать тысячи жизней.
Кровавый урожай
by Alexis C. Madrigal, The Atlantic
Каждый год до полумиллиона крабов-мечехвостов отлавливаются и истекают кровью в целях создания уникальной биомедицинской технологии.
Кадр из документального фильма PBS Nature — Катастрофа двух видов
Первая мысль которая приходит по поводу крови мечехвоста — она голубая, небесно-голубая.
Но самая замечательная черта крови мечехвостов — это не цвет. Это химическое соединение найденное только в амебоцитах клеток их крови, которое способно определить следы пребывания бактерий и захватить их в необратимый тромб.
Чтобы использовать данную биологическую идиосинкразию, фармацептические компании расщепляют клетки содержащие данное вещество, называемое коагулоген. Далее они могут использовать коагулоген в качестве детектора загрязнения в любом растворе, который может контактировать с кровью. Если встречаются опасные эндотоксины бактерий в жидкости — даже если их концентрация будет одна часть на триллион — экстракт крови мечехвоста примется за работу, превращая раствор в то, что ученый Фред Бэнг, соавтор открытия, называл «гель».
«Это иммобилизует бактерии но не убивает их.» — писал Бэнг в 1956 году в работе, описывающей субстанцию. «Гель или сгусток был стабилен и вязок и оставался таковым в течение нескольких недель при комнатной температуре.»
Тест LAL заменил довольно большое количество ужасающих исследований на всевозможные загрязняющие субстанции (большие колонии кроликов). Фармацевтические компании не любят работать с кроликами, кроме прочего потому что это медленный и дорогостоящий процесс.
На сегодняшний день тестирование с помощью крови мечехвоста превратилось в крупный бизнес. «Каждый медпрепарат, сертифицируемый FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, US Food and Drug Administration), должен быть протестирован с помощью LAL.» — говорится в документальном фильме от PBS Nature, «в том числе хирургические имплантанты, такие как например кардиостимуляторы и протезы.»
Я не знаю как насчет вас, но меня мысль, что каждый человек в Америке, которому когда либо делали инъекцию, был защищен от бактерий потому что мы собираем кровь незаметных морских существ со скрытой химической суперспособностью — от этой мысли мне немного не по себе. Это даже не из сценария для sci-fi фильма, это постмодернизм.
Единственная проблема состоит в том, что компаниям нужны большие объемы крови мечехвоствов. Мечехвосты обитают на морском дне, около береговой линии. Когда они желают спариться, они плывут на мелководье, и ловцы крабов, стоящие на дне, выхватывают их из родной среды обитания.
Ловцы, работающие на биомедицинские компании — не первые кто придумал ловить мечехвостов. Возвращаясь во времена колониальной Америки, «удобрение из панцирей» использовалось для обогащения полей. В 20 веке в заливе Дэлавер даже появилась организованная индустрия. Панцири мечехвостов выпаривались и затем закапывались для подкормки сельхозполей. Прочие шли на корм для свиней. Количество выловленных крабов исчислялось миллионами.
сбор мечехвостов для производства удобрений, 1928 год. (Государственный архив Дэлавера)
Ввиду того что мы медленно уничтожили популяцию мечехвостов, к 1970м годам индустрия производства удобрений из их панцирей сократилась и сошла на нет. Но вылов возобновился в 1990е, когда рыбаки сообразили что они могут использовать мечехвоста в качестве наживки для лова. В том числе и крупных моллюсков, буксионов и речных угрей.
Другими словами, эти животные не ощутили дружелюбия людей. Они не были избалованы тем типом привязанности, которым мы одарили к примеру ручных кроликов. В глазах людей до работ Фреда Бэнга, единственным достоинством мечехвостов была их доступность. Они любят морской берег, как и мы.
И из-за высокого уровня бактерий в этой среде обитания, по предположению Бэнга, мечехвосты приобрели свою удивительную химическую защиту. Их кровеносная система более походит на кровеносную систему пауков, чем на нашу. Если мы вдыхаем что-либо плохое, эта штука проходит через наше тело и кровеносные вены, имея неприятные последствия общения с белыми кровяными тельцами на всем своем пути. Но если бактерии проделывают свой путь через экзоскелет мечехвоста, они могут свободно перемещаться нанося вред.
«Присутствие больших пазух позволяет крови напрямую контактировать с тканями», — объясняет историю краба Океанографический институт в Вудс-Хоул. «Есть большое количество обширных открытых полостей и бактерии, проникая в щели в панцире мечехвоста, легко попадают во внутренние области краба, являя потенциально убийственный сценарий.»
Коагулоген меняет пропускной режим в кровеносной системе мечехвоста. Когда кровяные тельца краба чувствуют вторжение, они выпускают гранулы с химикатом, который становится клейким физическим барьером движению бактерий, предохраняя от распространения инфекции. Наилучшей метафорой будет суперсила Человека-льда из фильмов Люди Икс, но вместо использования холода для устранения своих врагов, мечехвост использует свои удивительные химические способности.
Эти способности, к сожалению мечехвостов, отсутствуют у человека.
После того как сборщики крабов доставляют их в лабораторию, они прокалывают ткани в районе сердец животных и собирают до 30 процентов крови животного. Экстракт амёбоцитов (LAL) получают из крови, его возможная стоимость на рынке доходит до 15 000 долларов за кварту. Только пять компаний берут кровь у крабов: Associates of Cape Cod, Lonza, Wako Chemicals, Charles River Endosafe, и Limuli Labs (у которых нет веб-сайта)
Мечехвосты возвращаются в океан далеко от того места, где были пойманы — чтобы предупредить обескровливание животных. Весь процесс занимает от 24 до 72 часов.
Представители индустрии сообщают, что гибнет малое количество животных. Однако, около 10-30 процентов от общего количества пустивших кровь животных, на самом деле гибнут. Это можно сравнить с тем как мы сдаем кровь. Крабы принимают яблочный сок, едят сладкое печенье и вскоре приходят в норму.
Но некоторые специалисты отмечают проблемы. В районах, где мечехвосты добываются в больших количествах для биомедицинских целей, таких как Плэзант бэй и Массачусетс, самки все реже и реже мечут икру. Возможно отбор крови, выражаясь технически, портит их, если даже не приводит к гибели.
Исследователи в Университете Нью-Хэмпшира и Государственном Университете Плимута решили проверить эту гипотезу. Они прикрепили акселерометры к самкам мечехвоста, которые пролили кровь во имя блага нашего общества.
мечехвост снабженный акселерометром
Процесс забора крови, как оказалось, делает обескровленных животных более апатичными, медленными и менее желающими следовать приливам, как это принято у их сородичей.
«Изменения, которые мы наблюдаем в степени подвижности, быстроте передвижения, и подверженности приливным ритмам, могут нести вредное воздействие на повседневную активность L. polyphemus, которое в частности связано с сезоном метания икры.» — сообщили они. «Икрометание обуславливает необходимость в нескольких энергетически затратных миграциях к полосе прилива, это в большей степени относится к самкам, которые могут путешествовать к полосе прилива по нескольку раз в неделю. Дефицит активности, к примеру вызванный забором крови, может влиять на количество таких миграций или их продолжительность. В последнем случае, самки могут отложить икрометание на время восстановления сил, и это может уменьшить их нерестовый выход.»
Логичным вопросом будет: почему синтетическая замена для лизата амебоцитов еще не изобретена? В конце концов это не то же самое, когда мы все еще извлекаем инсулин для диабетиков из свиней. Мы используем дрожжи для его выработки, используя последовательность ДНК, которая кодирует белок.
Вот что выясняется: компании работают над таким решением. Они не хотели бы чтобы добыча составляющих их продукции регулировалась Национальным рыбопромысловым планом, если они могут этого избежать.
В частности, биолог Динг Джек Линг из Национального Университета Сингапура успешно выработал бактериальный детектор энзимов, известный как Factor C. Он продал лицензию на производство компании Lonza, которая вывела его на рынок как продукт под названием PyroGene. Немецкая компания Hyglos работает над новым синтетическим детектором эндотоксинов. И другие, еще более совершенные технологические решения на подходе.
Итак, хорошие новости для мечехвостов! Это как бы мы открыли месторождение нефти, а кашалоты это начали праздновать (по крайней мере в воображении карикатуриста Vanity Fair).
Шутка космических масштабов может быть в том, что мечехвосты, которые последние 30 лет были весомой частью новой биотехнологической экономики, вернут свой прежний статус рыболовной наживки на хищных улиток. Представлять собой ценность во всех случаях невыгодно мечехвостам. Но не иметь никакой экономической ценности в итоге — хуже всего.
Мечехвосты — древние животные с историей более полумиллиарда лет. Они имеют уникальные повадки и образ жизни, в то время как мы наблюдаем их десятилетия. Их голубая кровь? Это из-за того что медь в их крови играет ту же роль, что железо играет в нашей. Основанные на железе, переносящие кислород молекулы гемоглобина в нашей крови, дают красный цвет; основанные на меди, переносящие кислород молекулы гемоцианина в их крови, делают ее голубой.
Наш собственный вид появился в тысячи раз позднее, придя в настоящий анатомический вид пару сотен тысяч лет назад. Давайте будем надеяться, что мы не уничтожим мечехвостов после того, как закончим клонировать их древнюю химическую мудрость.
Почему у мечехвостов голубая кровь?
Голубая кровь — далеко не всегда признак высокого происхождения. Ведь её реальные обладатели, мечехвосты, скорее походят на хедкрабов, чем на монархов.
Свою кровь наш доисторический друг (как никак, живёт на земле уже 450 миллионов лет!) перекрасил не по приколу. У мечехвостов роль гемоглобина в крови, переносящего кислород, выполняет гемоцианин, в котором содержится много меди. Так вот, из-за ядрёной концентрации этого металла в организме кровь животин и становится голубой.
Как бы выглядели наши короли и королевы, если бы их выбирали по голубизне крови.
В условиях донной жизни этот самый гемоцианин, видимо, справляется лучше гемоглобина. Ведь помимо мечехвостов он есть у осьминогов и моллюсков. Но мечехвост выгодно выделяется среди своей доисторической компашки. Ведь его кровь не только голубая, но ещё и целебная!
На самом деле, внутри тела кровь животных прозрачная. Голубой она становится тогда, когда происходит реакция с воздухом. Медь окисляется и даёт синий оттенок.
Помимо меди, придающей голубизну, учёные также обнаружили в крови мечехвоста особое химическое соединение – коагулоген. Эта штука определяет наличие бактерий в организме и тут же сворачивается, если обнаруживает какую-то бяку. Благодаря этому соединению мечехвост не болеет инфекционными заболеваниями. Вообще. При этом живёт он рекордно долго для существа с простейшей организацией — по 15-20 лет!
Медики быстро взяли это вещество на вооружение. Теперь мечехвосты регулярно сдают кровь. Способ не больно гуманный, но без голубых кровей этого древнего существа проводить внутривенные инъекции, увы, уже невозможно. Фармкомпании тестируют лекарства при помощи этого чудо-соединения. Ведь именно благодаря коагулогену в препаратах находят бактериальные токсины.
Сейчас медики пытаются воссоздать коагулоген в лабораторных условиях. Но, пока что, этого сделать не удаётся.
Скажем большое спасибо мечехвостам, и будем надеяться, что учёные покумекают, и найдут синтетический аналог коагулогена. Ведь для того, чтобы собрать целебную голубую кровь этих животин вылавливают миллионами.
Мечехвосты и их голубая кровь : как и для чего ее собирают
В мае и июне на пляжах атлантического побережья США яблоку негде упасть. Но не от соскучившейся по солнечным ваннам публики. Будьте бдительны, внимательно смотрите под ноги! В это время из воды выползают на песок тысячи существ длиной около полуметра. Они чем-то похожи на допотопные танки времен первой мировой войны. Это мечехвосты – одни из самых архаичных членистоногих животных на нашей планете. Членистоногие выползают на сушу, чтобы продолжить свой древний род. Ему не менее 350 млн лет.
За этот фантастический срок мечехвосты почти не изменились: тот же хитиновый защитный панцирь, тот же хвост, давший им название. И вправду смахивает на меч, но не представляет никакой опасности для окружающих. Хвост нужен мечехвосту, чтобы рулить в воде и вставать на ноги, если волна перевернет его на спину.
Мечехвосты – последние представители класса древних членистоногих – меростомовых; иногда их сближают с хелицеровыми, куда относят пауков и скорпионов. Три их вида живут у берегов Юго-Восточной Азии, один – у восточного побережья США. Его латинское название – Limulus polyphemus. Ученого, давшего это имя, явно вдохновила «Одиссея» Гомера. Как у мифического Полифема, органы зрения мечехвоста – два близко посаженных глаза – расположены «на лбу» (в центре панциря).
Но ослепленный хитроумным Одиссеем циклоп был одноглазым, а у мечехвоста 10 светочувствительных органов! И у каждого свое назначение.
Два уже упомянутых срединных глаза и один теменной «нацелены» на светила. Они различают солнечный ультрафиолет, отраженный свет Луны и помогают мечехвостам вовремя выбираться на сушу для размножения, пик которого приходится на полнолуние и новолуние. По бокам панциря расположены два сложных глаза, образованные множеством отдельных глазков-омматидий – с их помощью мечехвосты высматривают партнеров во время брачного периода. Фоторецепторы, расположенные на хвосте, передают в мозг сигналы о смене дня и ночи. С нижней стороны, возле рта, находятся два брюшных «глаза» – вероятно, для ориентации при движении. Наконец, за каждым из функционирующих боковых глаз прячется по одному рудиментарному.
В 1920-х годах мечехвостами заинтересовался американский биофизик Холден Кеффер Хартлайн. Он начал изучать электрические импульсы, идущие по зрительным нервам к мозгу животного. Но зачем нам вообще что-то знать о зрении этого существа? По словам Хартлайна, «взаимосвязи в его сетчатке с одной стороны достаточно интересны, а с другой достаточно просты для изучения». Зрительный нерв мечехвоста можно расщепить до одного-единственного волокна, и оно будет успешно работать – проводить сигналы. При этом процессы практически те же, что и у высших позвоночных. Мечехвост помог биофизикам понять многие принципы функционирования нашего собственного зрительного аппарата. За что Кеффер Хартлайн и еще двое ученых, занимавшихся этим вопросом, в 1967 году получили Нобелевскую премию.
Но не только этим обязаны мы мечехвостам. Не будь их, применение внутривенных препаратов и вживление имплантантов в человеческий организм представляло бы серьезную опасность. Избежать ее помогает реагент на основе крови мечехвоста.
Уже довольно давно было установлено, что кровь мечехвоста при попадании в нее бактерий тут же сворачивается. Так мечехвост борется с инфекциями: вредоносные микроорганизмы изолируются образующимися вокруг них сгустками крови. За свертывание крови у мечехвоста отвечают клетки-амебоциты. Эту реакцию удалось повторить в пробирке и выделить реагент LAL (Limulus Amebocyte Lysate). Он помогает медикам определить наличие бактериальных токсинов в том или ином лекарственном препарате.
Особо должны быть благодарны мечехвостам кролики. Ведь до получения LAL чистоту лекарств в лабораториях проверяли на них.
На фото Вы можете увидеть как берут кровь в медицинской лаборатории. Кроме этого сотрудники лаборатории заявляют, что практически никакого вреда этот процесс не наносит.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Мечехвост — животное с голубой кровью
Эти прекрасные и одновременно ужасные представители морских глубин являются одними из самых древних существ в мире.
Трудно в это поверить, но мечехвосты (Xiphosura) появились задолго до динозавров около 480 млн. лет назад. Раньше видов мечехвостов было очень много, но дожили до наших дней лишь четыре вида, чья популяция ежегодно стремительно сокращается.
Название этого существа на английском языке дословно звучит как «краб-подкова» — «Horseshoe crab». Мечехвост на самом деле дальний родственник крабам и даже паукам.
А еще за свой почтенный возраст существования на планете, его частенько называют «живым ископаемым». Ведь внешний вид мечехвоста не изменился практически совсем.
В крови мечехвоста переносящим кислород элементом является не гемоглобин, а гемоцианин. В своем составе он содержит высокую концентрацию меди. Вот почему кровь мечехвоста благородно голубого цвета.
Почему голубая кровь мечехвостов способна помогать человеку?
Ещё буквально несколькими годами ранее мечехвостов массово ловили для удобрений. Рыбаки получали за это огромные деньги, а фермеры хороший урожай. Вскоре популяция морских существ стала уменьшаться.
Во времена колониальной Америки, а особенно в XX веке их добывали тоннами. Только для того, чтобы переработать на удобрение (оно называлось cancerine), в котором аграрии ценили прежде всего азотистые вещества. Для переработки чаще всего использовались панцири. Их выпаривали, сушили, перемалывали, а затем удобряли получившимся субстратом сельхозполя.
Все остальное — то есть, собственно, мягкое тело мечехвоста и его внутренности — шло на корм свиньям. Иногда, впрочем, в удобрения перерабатывалось и тело: для этого ему давали сгнить (просто раскладывая мертвых животных на солнцепеке), а затем перемешивали эту протухшую массу с опилками, соломой, листьями или коровьим навозом — получался отличный компост. Им удобряли особенно обедненные почвы.
К счастью, учёным удалось способствовать тому, чтобы охота на бедных мечехвостов прекратилась. Однако их спокойные деньки продлились не так уж и долго. В 1990-х годах возросла потребность в этих животных.
В Японии мечехвостов использует в качестве еды для домашних питомцев, то есть, из них делают корм. А вот в некоторых странах Азии представителей морских глубин употребляют в пищу. Что в принципе совершенно неудивительно.
С каждым годом количество этих необычных животных стремительно сокращается.
А еще не так давно удалось выяснить, что кровь мечехвостов можно использовать в медицинских целях.
Коагулоген, находящийся в составе крови мечехвоста, способен определить следы пребывания бактерий где бы то ни было и тут же «захватить» их в тромб (то есть кровь, соприкасаясь с бактериями, тотчас же сворачивается).
Такое оригинальное свойство организма мечехвостов помогает им мгновенно спасаться от любых инфекций (что, вероятно, обеспечивает высокую продолжительность жизни — 19–20 лет), а фармкомпаниям — тестировать препараты на «чистоту» (то есть определять, нет ли в них бактерий). Это очень быстрый и простой метод.
Несмотря на то, что после извлечения крови, мечехвостов отпускают на свободу – большинство сильно ослабевает и умирает.