Του Εμμανουήλ Μπιμπή,
Το φύλο των Αρθροπόδων αποτελεί το πολυπληθέστερο ζώο, αριθμώντας ως και δέκα εκατομμύρια είδη, ενώ αποτελεί περίπου το 80% του ζωικού «βασιλείου». Σε αυτό το φύλο και συγκεκριμένα στην τάξη των Ξιφοσουριδίων, ανήκει και το καβούρι horseshoe, το οποίο υπολογίζεται πως πρωτοεμφανίστηκε περίπου 450 εκατομμύρια χρόνια πριν. Ζει στη Βόρεια Αμερική και το Μεξικό από την πλευρά του Ατλαντικού Ωκεανού και παρά το όνομα του, παρουσιάζει μεγαλύτερη συγγένεια με τις αράχνες και τους σκορπιούς, παρά με τα καβούρια, τα οποία ανήκουν στην τάξη των Καρκινοειδών.
Το σώμα τους είναι διαχωρισμένο σε τρία μέρη. Το πρώτο είναι το κεφάλι ή πρόσωμα που περιέχει ζωτικά όργανα, όπως η καρδιά και ο εγκέφαλος-γάγγλια, το δεύτερο είναι το οπισθόσωμα που περιέχει τα βράγχια, ενώ το τρίτο μέρος είναι η ουρά ή τέλσον, η οποία τα βοηθά να επανέλθουν σε περίπτωση που αναποδογυρίσουν και χρησιμεύει για την πλοήγηση στον πυθμένα του ωκεανού.
Παρότι περνούν το μεγαλύτερο τμήμα του χρόνου στους ωκεανούς, σε διαφορετικές στιγμές –ανάλογα με την περιοχή– βγαίνουν μαζικά στις ακτές για να αναπαραχθούν. Στις Η.Π.Α., το φαινόμενο αυτό παρατηρείται τον Μάιο και τον Ιούνιο στην ακτή του Delaware. Η γονιμοποίηση είναι εξωτερική, καθώς τα θηλυκά αποθέτουν τα ωάρια σε ομάδες των πέντε χιλιάδων, φτάνοντας και τις εκατό χιλιάδες κατά τη διάρκεια όλης της περιόδου αναπαραγωγής. Τα αρσενικά θα τα γονιμοποιήσουν και θα χρειαστούν τουλάχιστον δυο εβδομάδες για την ανάπτυξη και την εκκόλαψη τους.
Οι ενδοτοξίνες αποτελούν δραστικές ουσίες των αρνητικών –κατά Gram– βακτηρίων με υψηλή παθογονικότητα. Εντοπίζονται στο κυτταρικό τοίχωμά τους, ενώ, παρά τη λύση των κυττάρων και τον θάνατο τους, αυτές απελευθερώνονται και μπορούν να προκαλέσουν διάφορα συμπτώματα, όπως πυρετό. Τα ζώα αυτά αποτελούν πολύτιμο εργαλείο για τον ποιοτικό έλεγχο και εντοπισμό τους σε φαρμακευτικές ουσίες, σύριγγες, προσθετικά μέλη, ενώ, ακόμα, συμβάλλουν και στην ανάπτυξη εμβολίων. Το αίμα τους φέρει μπλε χρώμα, λόγω της ύπαρξης του χαλκού και όχι του σιδήρου στην αιμοσφαιρίνη τους, ενώ μόλις ανιχνεύσει τις βακτηριακές τοξίνες, δημιουργεί θρόμβους. Ταυτόχρονα, εμφανίζει την ικανότητα να εντοπίζει συστατικά και του μυκητιακού κυτταρικού τοιχώματος και συγκεκριμένα, τους πολυσακχαρίτες β-γλυκάνες.
Το L.A.L. (Limulus Amebocyte Lysate) test αποτελεί το διαγνωστικό εργαλείο που αξιοποιεί την ιδιαίτερη ικανότητα του αίματος αυτών των ζώων. Στην πράξη, αποτελεί ένα υδατικό εκχύλισμα από τα αμοιβαδοειδή (amebocyte) κύτταρα του αίματός τους, το οποίο περιέχει, μεταξύ άλλων, τους παράγοντες FC και FG για την ανίχνευση βακτηριακών και μυκητιακών συστατικών αντίστοιχα. Ανακαλύφθηκε το 1964 από τους Levin και Bang και το 1977 αδειοδοτήθηκε από τον FDA και θεωρείται η τεχνική με τη μεγαλύτερη ευαισθησία και ειδικότητα, δίνοντας ποσοτικά αποτελέσματα.
Πριν την πραγματοποίηση εντοπισμού ενδοτοξινών στο αίμα ασθενούς, αυτό θα πρέπει να επεξεργαστεί με κατάλληλο τρόπο. Συστατικά του αίματος, τα οποία μπορεί να επηρεάσουν τους παράγοντες του test είναι οι πρωτεάσες σερίνης (είναι οι αντίστοιχες ανθρώπινες όπως η θρυψίνη), ο παράγοντας Χ α-θρομβίνη, οδηγώντας σε ψευδώς θετικά αποτελέσματα, οι αναστολείς πρωτεασών σερίνης όπως η αντι-θρομβίνη ΙΙΙ, οδηγώντας σε ψευδώς αρνητικά αποτελέσματα και άλλες πρωτεΐνες ή πεπτίδια, τα οποία μπορούν να συνδεθούν στις ενδοτοξίνες και να δημιουργήσουν μη προσβάσιμα για τα ένζυμα σύμπλοκα, που θα επηρεάσουν τα τελικά αποτελέσματα. Για την αντιμετώπισή τους απαιτείται θέρμανση μετά από αραίωση ή απλή έκθεση σε χημικές ουσίες, όπως χλωροφόρμιο ή οξικό οξύ.
Παρότι το αίμα των καβουριών horseshoe έχει συμβάλλει σημαντικά στην πρόληψη και ανίχνευση ενδοτοξινών και μυκητιακών πολυσακχαριτών, με την προοπτική να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμα και σαν βιοδείκτης για τον εντοπισμό βακτηριαιμίας και μυκητιακών μολύνσεων, οι επιστήμονες παρατηρούν πως όλο και λιγότερα από αυτά βγαίνουν κάθε χρόνο για να αναπαραχθούν, καθώς με βάση μετριοπαθείς μετρήσεις 1 στα 3 πεθαίνει κατά τη διάρκεια των αιματαγγείσεων, δηλαδή σχεδόν 130.000. Επομένως, υπάρχει μεγάλη ανάγκη να βρεθεί κάποια εναλλακτική λύση.
Το 1997 έγινε η πρώτη προσπάθεια να βρεθεί κάποια συνθετική προσέγγιση από επιστήμονες του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης. Η βάση της προσέγγισης είναι η σύνθεση του βασικού παράγοντα FC στο εργαστήριο, έπειτα από κλωνοποίηση του DNA, που κωδικοποιεί για αυτόν δηλαδή η παραγωγή σε πολλά αντίγραφα της ίδιας αλληλουχίας και η έκφρασή της για την παραγωγή της επιθυμητής πρωτεΐνης.
Σε αυτό το test, η παρουσία της ενδοτοξίνης ενεργοποιεί τον παράγοντα FC να διασπάσει ένα μόριο που εκπέμπει σήμα, το οποίο μπορεί να ανιχνευφθεί. Η διαφορά του σήματος πριν και μετά την προσθήκη της ενδοτοξίνης οδηγεί στην ποσοτικοποίηση της συγκέντρωσης της ενδοτοξίνης στο δείγμα. Παρά την αρχική αισιοδοξία για αυτήν την προσέγγιση, δεν αντικατέστησε το συμβατικό L.A.L. test, κυρίως λόγο της έλλειψης γνώσης πάνω στην αποτελεσματικότητά του.
Ερευνητές από όλο τον κόσμο κατάφεραν να αποδείξουν την υψηλή απόδοση, ευαισθησία, αλλά και εξειδίκευση του συνθετικού παράγοντα FC για τον εντοπισμό ενδοτοξινών, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις αποδείχθηκε πως είναι καλύτερος από το L.A.L. test. Αυτό εξηγείται στην έλλειψη εξειδίκευσης του L.A.L. test στις βακτηριακές ενδοτοξίνες, που συχνά οδηγεί σε ψευδώς θετικά αποτελέσματα, λόγω της ανίχνευσης κυτταρίνης σε διάφορες ιατροφαρμακευτικές συσκευές.
Συμπεραίνοντας, η σημαντικότητα της έγκαιρης ανίχνευσης των βακτηριακών ενδοτοξινών περιορίζει ακόμα τη χρήση του συνθετικού παράγοντα FC σε σχέση με το L.A.L. test από πολλούς επιστήμονες και φαρμακευτικές εταιρείες. Παρόλα αυτά, το 2016, η Διεθνής Ένωσης για την Διατήρηση και Προστασία της Φύσης τοποθέτησε τα είδη του Ατλαντικού Ωκεανού στην κατηγορία των ευάλωτων προς εξαφάνιση ειδών, ενώ, ταυτόχρονα, υπολογίζεται πως τουλάχιστον έξι είδη αποδημητικών πουλιών συγχρονίζουν το ταξίδι τους προς την Αρκτική μέσα από τον Ατλαντικό Ωκεανό με την περίοδο αναπαραγωγής των καβουριών αυτών, καθώς τρέφονται με τα αυγά τους. Αυτό μας δείχνει πως η άμεση αντικατάσταση του L.A.L. test μπορεί να αντιμετωπίσει τα πιθανά οικολογικά και ιατροφαρμακευτικά προβλήματα που θα προκύψουν από την εξαφάνιση αυτών των ειδών.
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- Atlantic horseshoe crab, National Geographic. Διαθέσιμο εδώ
- Saving the horseshoe crab: A synthetic alternative to horseshoe crab blood for endotoxin detection, Plos Biology. Διαθέσιμο εδώ
- Outstanding Contributions of LAL Technology to Pharmaceutical and Medical Science: Review of Methods, Progress, Challenges, and Future Perspectives in Early Detection and Management of Bacterial Infections and Invasive Fungal Diseases, MDPI. Διαθέσιμο εδώ
