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鲎的蓝色血液提取物是救命药LAL

2018-07-06 浏览: 3,214 评论:0

摘要: 鲎(Limulidae),读音hòu,亦称马蹄蟹,出现在3亿年前的泥盆纪 ,这个时期经历了多个冰川时期、物种大灭绝、板块漂移、小行星撞地球等地球大事件,但至今,它仍保留其原始而古老的样貌,是阅尽地球历史长河的生物之一,被称为现代活化石。 鲎(图片来源:Wik...

鲎(Limulidae),读音hòu,亦称马蹄蟹,出现在3亿年前的泥盆纪 ,这个时期经历了多个冰川时期、物种大灭绝、板块漂移、小行星撞地球等地球大事件,但至今,它仍保留其原始而古老的样貌,是阅尽地球历史长河的生物之一,被称为现代活化石。

鲎(图片来源:Wikipedia)

鲎(图片来源:Wikipedia)

但是在最近的几十年里,它们却成了人类的救命药。鲎的血液可以制成专用于细菌内毒素检测的试剂LAL,目前这已发展为庞大的产业,由美国食品药品监督管理局(FDA)授权生产的每种药物,都必须经过LAL测试。

捕获它,获得的是蓝色血液

其实,捕获鲎并不是那么难。在得到美国自然资源部授权后,渔民在美国卡罗莱纳州的浅滩将其拾起,放入渔船中即完成了捕获。

图片来源: Andrew Tingle图

图片来源: Andrew Tingle图

渔民在捕获鲎之后并不会马上杀死它们,而是将其擦洗干净,把身上的藤壶、沙子清除掉,然后把甲壳剥离开。

图片来源:Andrew Tingl

图片来源:Andrew Tingl

最后将其固定在工作台上,用不锈钢针刺入鲎的心包(心包是一个圆锥形双层纤维浆膜囊)以提取鲎的血液。

和其他动物不同,鲎的血液是蓝色的,这是因为在它们的血液中含有铜离子。这种蓝色血液并不是澄澈的蓝,而是像混了牛奶的蓝莓汁。

图片来源:Andrew Tingle

图片来源:Andrew Tingle

人类为什么需要这种蓝色血液?

其实,上文提到的救命药主要都在这种蓝色血液里了。在鲎血液的循环阿米巴样细胞中,有一种裂解物叫作鲎阿米巴样细胞裂解物( Limulus Amebocyte Lysate,下文简写为LAL ),它可以被用于检测革兰氏阴性细菌细胞壁的成分脂多糖(内毒素)。

使用 LAL 进行内毒素检测来源于 Frederik Bang的发现。

Frederick B。 Bang(图片来源:by unidentified photographerblack and white photograph)

Frederick B。 Bang(图片来源:by unidentified photographerblack and white photograph)

在Bang发现之前,检测细菌毒素的标准方法是将样品注射到兔子体内。这要求有人每隔30分钟检查一次兔子的体温,在3小时内是否有发热迹象,如果有则表明有细菌毒素。在显微镜下,兔子的血细胞也倾向于聚集在毒素周围。

在1956年发表这项研究后的十五年半的时间里,Bang 观察发现, Limulus polyphemus 革兰氏阴性感染后导致致命性的血管内凝聚。后来Bang与一位名叫杰克莱文(Jack Levin)的年轻病理学家共同发现,这种凝结现象是内毒素与鲎血中的循环阿米巴样细胞中的一种可凝结蛋白相互作用的结果。因此,Levin 和 Bang 从洗涤后的阿米巴样细胞中制备了一种裂解物,该裂解物是内毒素的一种非常敏感的指示剂。

不过,直到1977年,美国食品和药物管理局(FDA)才允许制药公司用LAL试剂盒替换低效的兔子毒素测试试验。

图片来源:https://kepleybiosystems.com/hcrbi/

图片来源:https://kepleybiosystems.com/hcrbi/

如今,你只需要将LAL添加到测试材料中,然后将小瓶翻过来,查看它是否变成固体,就可以知道其是否含有毒素。

图片来源:http://www.lalendotoxin.com/lal-reagent/gel-clot-lal/limulus-amebocyte-lysate-assay-lal-reagent.html

图片来源:http://www.lalendotoxin.com/lal-reagent/gel-clot-lal/limulus-amebocyte-lysate-assay-lal-reagent.html

濒临灭绝的鲎,用它的血液制成的LAL都有啥作用?

LAL可以准确、快速地检测人体内部组织是否因细菌感染而致病;在制药和食品工业中,可用它对毒素污染进行监测血液中的变形细胞(少量,离心得到沉淀白色物)甚至被带上外太空,侦测有机体及保护太空人免于疾病伤害。鲎的血液在现代生物产业也有举足轻重的作用,其功能价值在较长一段时间内都具有不可替代性。

因此鲎如果一旦消失,对现代生物医学将会有巨大的冲击。很不幸的是,现有的鲎的生存情况并不好,特别是生活在亚洲地区的鲎:海堤的建设,导致其产卵的海滩面积逐步缩减;海洋的污染、过度捕捞都成了鲎数量不断减少的原因,我国广东 、广西 、福建等省已将其列入二级保护动物。

在美国,虽然用于生物医学用途的鲎最后会被运回海洋,但送回去之后还是会面临死亡,据估计,每年有5万只鲎在被运回沙滩后死去。

被放回海洋的鲎(图片来源:Andrew Tingle)

被放回海洋的鲎(图片来源:Andrew Tingle)

现在,LAL已经成为一个价值数百万美元的行业。据报道,1夸脱(1夸脱约为0.946升)马蹄蟹血液价值高达15,000美元,而一套试剂的价格高达1000美元。昂贵的试剂价格以及濒危的数量都成为了科学家寻找替代LAL的动力。

图片来源:Timothy Fadek / Corbis / Getty

图片来源:Timothy Fadek / Corbis / Getty

替代LAL,科学家想出了这个方法

现在我们已经知道,C因子导致了鲎的血液有凝结性,只需要找到其相关的基因片段即可。科学家想通过转基因的技术,将鲎可以与毒素相结合的基因剪切出来,转移到在实验室容易生长的酵母细胞中。

这个思路听起来很简单,但试验的难度是非常大的。因为鲎对细菌毒素极其敏感,在实验室环境下鲎血动不动就会在试管凝结,因为在正常环境下毒素无处不在,所以制造一个彻底的无菌实验室就极其必要了。

而有一位科学家克服了这些困难。丁玲是新加坡国立大学的分子生物学家,从上个世纪80年代开始,通过十余年的努力,基于转基因技术终于开发出了LAL的替代品,第一个非鲎血指试剂测试盒在2003年问世。

但即使这样,最初制药公司对此也没有多大兴趣,究其原因,是这项技术是基于丁玲的个人专利,并且只允许了一家瑞士化学公司Lonza供应这种合成试剂。将来如果Lonza这家供应商倒了怎么办?其他制药企业不是跟着倒大霉了吗?

在南卡罗来纳州查尔斯顿的查尔斯河实验室,马蹄蟹被运送出血 (图片来源:Timothy Fadek / Corbis / Getty)

在南卡罗来纳州查尔斯顿的查尔斯河实验室,马蹄蟹被运送出血 (图片来源:Timothy Fadek / Corbis / Getty)

然而最近一些事情正在发生改变。首先,Lonza不再是唯一的供应商。在2013年,Hyglos成为第二家生产合成因子C的公司。其次,在监管方面,欧洲药典于2016年增加了因子C作为公认的细菌-毒素测试,这也为蓝血试剂的变革铺平了道路。现在,越来越多的制药企业加入合成毒素指示剂的制造中。

也许你会想,鲎这一存活了数亿年的古老物种终于可趴在沙滩上,晒着太阳安详地生活了。但即使制药企业不再需要鲎,渔民又会将它们用作捕捉蛾螺的诱饵,它们的悲惨命运似乎没有尽头。

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