Wir ernten 450 Millionen Jahre

Pfeilschwanzkrebsblut hat Menschen seit den 1970er Jahren bei der Bekämpfung von Krankheiten geholfen, aber wenn wir es weiter überernten, ist möglicherweise keine dieser Krabben mehr übrig, um uns zu retten.

Timothy Fadek / Corbis über Getty ImagesBlaues Pfeilschwanzkrebsblut wird im Charles River Laboratory geerntet.

Was ist blau, undurchsichtig und äußerst kostbar? Es ist das Blut der Pfeilschwanzkrebs, eines Wasserarthropoden, der an den östlichen Ufern Nordamerikas und Asiens gefunden wurde. Pfeilschwanzkrebsblut ist ein wesentliches Element bei der Prüfung der Sicherheit neuer Medikamente und Impfstoffe.

Der Preis für Pfeilschwanzkrebsblut ist mit 15.000 USD pro Quart ebenfalls unglaublich hoch, was es zu einer teuren Ressource macht.

Durch die Überernte von Pfeilschwanzkrebsen ist die Art jedoch zunehmend vom Aussterben bedroht, was eine Gefahr für die Menschheit bedeuten könnte.

Die Vorteile von Pfeilschwanzkrebsblut

Wikimedia Commons Pfeilschwanzkrebse kommen häufig an den Ostküsten Nordamerikas und Asiens vor.

Pfeilschwanzkrebse werden oft als „lebende Fossilien“ bezeichnet, da ihre Arten 450 Millionen Jahre lang in irgendeiner Form auf der Erde überlebt haben. Sie sehen sogar aus wie Fossilien: Ihre Körper sind von harten Panzern bedeckt und ihre Merkmale sind nicht wie bei den meisten modernen Tieren deutlich entwickelt.

Trotz ihres Namens sind Pfeilschwanzkrebse keine Krebstiere. Sie sind Arthropoden und viel enger mit Skorpionen verwandt als Krabben.

Wie wurde Pfeilschwanzkrebsblut zu einem so kostbaren Gut? Alles begann mit der Forschung von Frederik Bang, einem Pathologen, der verstehen wollte, wie das Immunsystem des alten Meerestiers funktioniert.

Bang führte eine Reihe von Experimenten durch, um das Blut von Pfeilschwanzkrebsen und seine Eigenschaften zu testen. Er injizierte Bakterien aus Meerwasser direkt in eine Pfeilschwanzkrebs, um zu sehen, wie ihr Blut auf die infizierte Injektion reagieren würde. Was Bang fand, würde letztendlich zu einem der wichtigsten Elemente moderner medizinischer Sicherheitstests werden.

Bang fand heraus, dass das Hufeisenkrabbenblut, nachdem es mit Bakterien infiziertem Meerwasser injiziert worden war, zu „fadenförmigen Massen“ verklumpte. Die gleiche Reaktion trat auf, als er der Pfeilschwanzkrebs eine Bakterieninjektion injizierte, die vor dem Einsetzen fünf bis 10 Minuten lang gekocht worden war.

Mandy Cheng / AFP über Getty Images Ein Forscher zeigt auf den Unterbauch einer Pfeilschwanzkrebs, wo Blut für Labortests entnommen wird.

Bang vermutete, dass diese Blutgerinnung ein natürlicher Abwehrmechanismus war, um den Rest des Körpers der Pfeilschwanzkrebs vor einem eindringenden Krankheitserreger zu schützen. Er veröffentlichte eine Studie in einem Artikel von 1956 mit dem Titel "Eine bakterielle Krankheit des Limulus Polyphem ". Er identifizierte schließlich das Molekül, das für dieses hochwirksame Immunsystem verantwortlich ist, als Limulus-Amöbozyten-Lysat (LAL).

Bevor LAL in Pfeilschwanzkrebsblut identifiziert wurde, bestand die einzige Möglichkeit, die Toxizität neuer Impfstoffe zu testen, darin, Laborkaninchen zu injizieren und ihre Symptome zu überwachen. Mit der Entdeckung von LAL konnten Mediziner jedoch einfach einen Tropfen davon in ein experimentelles Medikament geben und sofort wissen, ob es für den Menschen toxisch sein würde.

Nach seiner Entdeckung arbeitete Bang zusammen mit einem anderen Pathologen namens Jack Levin an der Entwicklung einer standardisierten Methode zur Extraktion von LAL aus Pfeilschwanzkrebsblut im Laufe der nächsten anderthalb Jahrzehnte.

Eine Multimillionen-Dollar-Industrie wurde geboren

Timothy Fadek / Getty Images Jedes Jahr werden mehr als 400.000 Pfeilschwanzkrebse wegen ihrer wertvollen Ressource ausgeblutet.

In den späten 1970er Jahren begann die US-amerikanische Food and Drug Administration, Pharmaunternehmen zu erlauben, ihre Testkaninchen durch LAL-Kits zu ersetzen.

Die LAL gewann schnell an Popularität als Methode zur Prüfung von Toxinen in der neuen Medizin. Es wurde nicht nur als humaner Weg angesehen, die Sicherheit neuer Medikamente zu testen, sondern es war auch eine sehr bequeme Methode.

Wissenschaftler mussten einfach LAL zu dem getesteten Arzneimittel hinzufügen und einige Momente warten, um zu sehen, ob es fest wurde. Bald wurde die Ernte von Pfeilschwanzkrebsblut ein wichtiger Bestandteil der pharmazeutischen Industrie.

Die Extraktion von LAL erforderte jedoch immer noch die Verwendung von Tieren - in diesem Fall die Blutentnahme aus der nicht so kuscheligen Pfeilschwanzkrebs.

Jedes Jahr fangen Fischer Hunderttausende von Pfeilschwanzkrebsen, um sie an ihre Kunden zu versenden, wie das in der Schweiz ansässige Chemieunternehmen Lonza, das LAL verkauft.

Sobald die Tiere an produzierende Unternehmen geliefert wurden, werden sie von Seepocken gereinigt und an einer langen Montagelinie angeschlossen. Dann werden Nadeln in die Pfeilschwanzkrebse gesteckt, um Blut zu entnehmen.

Timothy Fadek / Corbis über Getty Images Pfeilschwanzkrebsblut ist aufgrund eines speziellen bakteriendetektierenden Moleküls namens LAL äußerst wertvoll.

Pfeilschwanzkrebsblut ist heute ein begehrtes Gut unter Medizinern und Pharmaunternehmen. Laut einem Bericht von The Atlantic ist ein Liter Hufeisenkrabbenblut bis zu 15.000 US-Dollar wert, während LAL-Kits bis zu 1.000 US-Dollar pro Packung kosten können.

Es wird geschätzt, dass jährlich 70 Millionen Endotoxintests durchgeführt werden, was die Ernte von Pfeilschwanzkrebsblut zu einer millionenschweren Industrie macht.

All dies war natürlich mit einem weiteren, weniger sichtbaren Preis verbunden: dem Rückgang der Population der Pfeilschwanzkrebse. Jährlich werden etwa 400.000 Pfeilschwanzkrebse für Arzneimittelprüfungen ausgeblutet. Zunächst wurde angenommen, dass die Blutentnahme keinen signifikanten Einfluss auf das Wohlbefinden der Pfeilschwanzkrebs hat.

Die Forschung der letzten Jahre hat jedoch etwas anderes nahegelegt.

Pfeilschwanzkrebsblut versus Synthetik

Marvin Joseph / The Washington Post über Getty ImagesJedes Frühjahr steigen Tausende von Pfeilschwanzkrebsen an der Küste der Delaware Bay ab, um zu laichen. Die Pfeilschwanzkrebse sind für das Küstenökosystem von entscheidender Bedeutung und tragen zur Erhaltung der Gesundheit des Menschen bei.

Der anhaltende Rückgang der Population der Pfeilschwanzkrebse wurde teilweise auf die Überfischung von Düngemitteln und Viehfutter im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert zurückgeführt. Nachdem das Fischen von Pfeilschwanzkrebsen in den 1960er Jahren eingestellt wurde, nahm die kommerzielle Ernte der Meerestiere Mitte der 1990er Jahre wieder zu, um sie als Köder für die Fischerei auf amerikanische Aale und Pusteltöpfe zu verwenden.

Die Verwendung von Pfeilschwanzkrebsblut in der Pharmaindustrie hat jedoch auch eine Rolle für den Rückgang gespielt. Während der Blutentnahme werden 30 Prozent des Bluts der Krabbe entnommen.

Obwohl die Tiere danach wieder in die Wildnis entlassen werden, schaffen es bis zu 30 Prozent von ihnen nicht einmal durch die Blutentleerung.

"In den ersten Tagen nach der Blutung sterben 10 bis 25 Prozent der Tiere", sagte Win Watson, Professor für Zoologie an der Universität von New Hampshire, der die Auswirkungen der Blutentnahme auf Pfeilschwanzkrebse untersucht hat.

Trotz der Schaffung eines synthetischen Ersatzes wird weiterhin Hufeisenkrabbenblut geerntet.

Darüber hinaus stellten Watson und sein Team fest, dass Pfeilschwanzkrebse nach der Blutung für einige Zeit desorientiert und schwach werden. Dies könnte schwerwiegende Folgen für weibliche Pfeilschwanzkrebse haben, die dann möglicherweise Probleme beim Laichen haben.

Wenn diese Praxis mit dieser Geschwindigkeit fortgesetzt werden darf, schätzen Experten, dass die Hufeisenpopulation in den USA in den nächsten 40 Jahren wahrscheinlich um 30 Prozent zurückgehen wird. Der Rückgang der Tierpopulation würde wahrscheinlich zu einem Mangel an Pfeilschwanzkrebsblut für Endotoxintests führen, was auch für den Menschen eine Katastrophe bedeuten könnte.

Die gute Nachricht ist, dass Wissenschaftler hart daran gearbeitet haben, einen synthetischen Ersatz für Pfeilschwanzkrebsblut für Drogentests zu schaffen. Der Biologe Jeak Ling Ding war einer der ersten, der das Gen, das Faktor C bildet, den spezifischen Teil von LAL, der bakterielle Toxine nachweist, erfolgreich reproduzierte.

Trotz ihrer erfolgreichen Schaffung eines synthetischen Ersatzes hat sich der Wandel nur langsam vollzogen. Die Hersteller von Endotoxintests sind aus Sicherheitsgründen und aus geschäftlichen Gründen immer noch beständig, von Pfeilschwanzkrebsblut auf Faktor C-Synthetik umzusteigen.

"Wir waren so begeistert wie Forscher, so glücklich, dass es funktioniert", sagte Ding. "Und wir dachten, der rekombinante Faktor C wird weltweit eingeführt und die Pfeilschwanzkrebs wird gerettet."

Tim Graham / Getty Images Pfeilschwanzkrebse, die sich im Darling National Wildlife Reserve von JN „Ding“ in Florida paaren.

Trotzdem wurden einige Fortschritte erzielt. Im Jahr 2016 fügte das Europäische Arzneibuch - eine wichtige Organisation für Arzneimittelstandards in Europa - den rekombinanten Faktor C als anerkannten Bakterientoxin-Test hinzu. Inzwischen haben eine Reihe anderer Pharmaunternehmen die Wirksamkeit von rekombinantem Faktor C und LAL untersucht.

Hufeisenkrabbenbrutstätten wie die Kap-May-Halbinsel, auf der sich die Tiere jeden Frühling zum Laichen versammeln, sind ebenfalls geschützt, da die Gefährdung der Krabben das Überleben anderer Arten wie des wandernden roten Knotens gefährden könnte, der sich von den Eiern der Pfeilschwanzkrebse ernährt.

In der Zwischenzeit werden die Bemühungen, Drogentests von der Verwendung von Pfeilschwanzkrebsblut auf Kunststoffe in Amerika zu verlagern, immer weiter fortgesetzt. Wenn der US-Markt endlich einen synthetischen Ersatz als Goldstandard einführt, wird es für die Pfeilschwanzkrebse hoffentlich nicht zu spät sein.