活鲎采血:现代生物医药为何仍依赖一种远古蓝血生物?

每年都有50万只鲎被活捉取血,来实现一种举世无双的生物医学技术。看到这种血,大家最先注意到的是颜色:它是淡蓝色的。鲎的血细胞 / 视觉中国然而,鲎血的神奇之处不在颜色,而是它血液中…

每年都有50万只鲎被活捉取血,来实现一种举世无双的生物医学技术。
看到这种血,大家最先注意到的是颜色:它是淡蓝色的。鲎的血细胞 / 视觉中国
然而,鲎血的神奇之处不在颜色,而是它血液中变形细胞所独有的一种化学物质,可用于检测细菌存在的蛛丝马迹,并且将它们困住。
医药公司打破含有这种“凝固酶原”的细胞,利用其生物特异性,检测任何需要与血液接触的溶液,判断溶液是否受到污染。若液体中存在危险的细菌内毒素——哪怕浓度只有万亿分之一,这种鲎血提取物也能发挥作用,使溶液变成“凝胶”(语出弗雷德·邦[Fred Bang],该物质发现者之一。)PBS《自然》节目做过一个跟鲎有关的纪录片。图为片中的一个画面。
“这种凝胶不会杀死细菌,但会使它们无法移动,”弗雷德·邦在1956年公布发现该物质的论文中写道。“这种凝胶十分稳固,室温下能保持数周。”
若没有细菌污染,凝固现象就不会发生,溶液就可以被判定为无菌。这种方法被称为美洲鲎试剂(LAL)测定法,是一种几乎立等可取的简单测定方法。
鲎试剂测定法取代了用一大群兔子做测试的骇人手段。后一种方法既耗时又昂贵,不受医药公司的青睐。
所以到如今,鲎血测定成了一个大产业。“美国食品药品监督管理局(FDA)认证的每一种药物,以及心脏起搏器和假体装置等手术植入物,都必须通过鲎试剂的测定,” 美国公共电视网(PBS)《自然》节目的一则纪录片指出。
一种让人转眼即忘的海洋生物,其血液中却潜藏着超能化学物质,这种物质被采集起来为人所用。所有的美国人只要是打过针,就都曾得益于它的保护。不知道各位读者任何感想,不过在我看来这实在有些难以置信。这竟然不是科幻,而是后现代技术。
但有一个问题:这些公司需要大量活鲎来采血。鲎生活在靠近海岸的海床上,交配时游上浅水滩。捕鲎人趁此机会,涉水捕捉。
“第一个吃螃蟹”的并非生物医学领域。早在美国的殖民地时期,人们就曾用“鲎肥”给土地增肥。但在20世纪,特拉华湾周围形成了这样一个有组织的产业。数以百万计的鲎被捕捉起来,碾成肥料,有的被用来喂猪。


1928年,被用作肥料生产原料的鲎。
随着鲎种群被赶尽杀绝,及至上世纪70年代,鲎肥产业逐渐式微,最后绝迹。但后来渔民们发现,以鲎作饵可以捕捉海螺。因此到90年代,捕获量再次走高。
也就是说,人们一直没有厚待这种动物。它们并不像小兔子那样惹人怜爱。在费雷德·邦以前,人们对鲎没有别的感情,充其量只是眼熟:像人类一样,它们也喜欢海岸线。
费雷德·邦就推测,正是因为这种富含细菌的栖息环境,让鲎进化出了这道神奇的化学防线。他们的循环系统不同于人类,而更类似蜘蛛。若我们吸入有害物质,我们的身体自有层层防线,就算有害物质深入肌体、进入我们的血液,也会遭到白细胞的围剿。但细菌只要钻进鲎的外骨骼,就能肆无忌惮地搞破坏了。
“鲎体内存在较大的窦,允许血液与组织直接接触,”伍兹霍尔海洋生物学实验室(Woods Hole Marine Biological Laboratory)在介绍鲎的历史时写道。“里面四通八达,细菌要是从鲎壳上某条缝中钻入,就能轻易驰骋于鲎的体内,而这可能是致命的。”
凝固酶原改变了鲎循环系统内部敞开的格局。鲎的血细胞一旦检测到入侵者,就会释放这些凝固酶原颗粒,成为一道胶状的物理防线,限制细菌运动,防止感染传播。最恰当的比喻也许是《X战警》中的冰人,只不过冰人用冰锁住敌人,鲎用的是神奇的化学物质。
这种能力是人类所不具备的,但对鲎而言,这也许是种不幸。
人们将鲎捕获,带回实验室,戳刺它心脏周围的组织,放出它体内30%的血液,从中提取鲎试剂。1夸特(约合0.94升)鲎试剂可以卖到1.5万美元。在美国,给活鲎采血的公司只有五家:Associates of Cape Cod、Lonza、Wako Chemicals、Charles River Endosafe和Limuli Labs。
为避免捉到刚放完血的鲎,人们在将鲎放归自然时,会选择距捕获地很远的地方。整个过程延续24至72小时。
该行业表示,因放血而死亡的鲎并不多。至于死于放血的鲎的比例,估计数字各不相同,从10%到30%不等。说不定就跟我们献血差不多,喝点苹果汁,吃点动物饼干,过几天就元气满满了。
但有人还是发现了问题。在生物医学捕鲎事业盛行的地区——比如马萨诸塞州宜人海湾(Pleasant Bay)——出来产卵的雌鲎越来越少了。放血即便不会要了它们的命,也可能搅乱它们的节律。
针对这一假设,新罕布什尔大学和普利茅斯州立大学的研究人员决定做个测试。他们给放过血的雌鲎连上了加速度计。
研究结果发表于《生物学通报》(The Biological Bulletin),论文题为“生物医学放血过程对美洲鲎行为和生理的亚致死影响”。放血似乎会让鲎无精打采、行动迟缓,相对于未放血的同伴,潮汐节律也没那么准确了。
“我们观察到了活动水平、运动速度和潮汐节律表现的变化,这些变化可能会干扰日常的鲎活动,这在产卵季节尤为明显。”他们写道。“雌性在产卵期间,需要多次前往潮间带,这个过程极耗体力,越大的雌性前往潮间带的次数越多,通常一周多次,因采血而引起的活动缺乏可能会影响到这些行程的数量或时机。就以时机为例,雌性可能会在休养期内延迟产卵活动,而这就有可能降低产卵量。”
简而言之,放血即便不会致命,也会让雌鲎降低交配机率。(在论文作者们追踪的鲎中,只有18%的鲎在放血后死亡。)
比起以前直接捕杀的做法,放血明显是种进步,然而该研究显示,采集鲎血并不是毫无代价的。
最该问的问题是:为什么时至今日,我们都没有开发出人工合成的鲎试剂?毕竟,治疗糖尿病的胰岛素早就不用生猪来提取了——我们使用编码胰岛素的DNA序列,借酵母来生产这种蛋白质。
其实,人工合成方案正在研发之中。若能避免的话,企业自然不希望自己产品的前体受制于渔业监管。
具体而言,新加坡国立大学生物学家(Ding Jeak Ling)用酵母生产出了一种关键的细菌检测酶,名为Facetor C。Lonza公司得到了这种生产工艺的授权,推出了名为PyroGene的产品。德国一家名为Hyglos的公司也在研究如何合成另一种内毒素检测剂。其他更先进的技术正在开发之中。
对鲎来说,这可是好消息。就像我们开采出原油的时候,抹香鲸就得救了。
不过,鲎可能被开了个天大的玩笑:过去30年,它成为新兴生物技术经济中的高价之宝:现在,它又要重新沦为渔民的饵料,被用来钓取海螺了。因为经济价值高昂,活鲎没少受罪;但没有经济价值那才叫惨呢。鲎是一种古老的动物,有5亿多年的历史。它们有自己的生存方式,这种方式被我们剥削了几十年。至于血液为什么是蓝色的:那是因为其中含有铜离子,其作用相当于人类血液中的铁离子。运载氧气的血红蛋白结合了铁离子,使人类血液呈现出红色;同样运载氧气的血蓝蛋白则结合了铜离子,使鲎血呈现出淡蓝色。
人类经过千万次的进化,在几十万年前形成当前的解剖形态。但愿我们在复制了鲎的远古科学智慧之后,不要让它们从此销声匿迹。

互动话题:
你有没有见过活的鲎?
每周评论区,被zan最多的评论者,将获得造就送出的礼品一份
加入社群:
添加小编微信(zaojiu12),发送暗号“进群”,带你进入神秘的造就官方群。

翻译 | 雁行;校对 | 其奇
来源 |The Atlantic
点击阅读原文,看「造就」更多演讲。

为您推荐

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注