Детектор инфекций: почему человечеству важна кровь мечехвостов

Если для людей голубая кровь — это метафора на аристократические корни, то у мечехвостов на самом деле бледно-голубая кровь, и она очень ценится в фармакологии и спасает нам здоровье. Люди очень сильно зависят от этих древних животных, вернее, от синей крови мечехвостов, которую, среди прочего, используют для выявления чистоты медицинских препаратов, а теперь еще и для создания потенциальной вакцины от коронавируса.

Меган Оуинс вылавливает из воды мечехвоста и сгибает его твердый панцирь почти пополам, открывая мягкую белую мембрану. Вводит под нее иглу и забирает немного крови: «Видите, какая голубая?» – показывает она шприц на просвет. Действительно, голубая: жидкость сияет глубокой лазурью. Закончив демонстрацию, Меган выдавливает кровь мечехвоста обратно в контейнер. У меня едва не перехватывает дыхание: «Вы только что выбросили несколько тысяч долларов!» – и это не преувеличение.

Но сколько стоит кровь мечехвостов? Цена крови (точнее говоря, гемолимфы) этих членистоногих на американском рынке доходит до 15 тысяч долларов за кварту (0,9 литров). Эта голубая жидкость широко используется для обнаружения потенциально опасных бактерий в лекарственных средствах, на медицинской технике и имплантатах. Будь то раствор инсулина, искусственное колено или хирургический скальпель, гемолимфа мечехвостов позволяет почти моментально обнаружить инфекционный агент.

Это обеспечивает ей большой и неутолимый рыночный спрос. Каждый год для ее забора из океана вылавливают около 575 тысяч членистоногих. Это количество не может расти бесконечно, и среди специалистов все громче звучат голоса тех, кто озабочен столь варварской эксплуатацией животных, которым и без того угрожает вымирание. Обычно из мечехвостов выкачивают около трети крови, после чего отпускают в воду восстанавливаться. Подход считается гуманным, хотя на деле никто не знает, сколько представителей отряда хелицеровых выживает после такого вынужденного донорства. Этой проблемой и занимается Меган Оуинс вместе со специалистами в области физиологии животных Вином Уотсоном из Университета Нью-Гэмпшира и Кристофером Чеботом из Плимутского университета. Они пытаются оценить те испытания и сложности, с которыми сопряжены для мечехвостов операции по забору крови.

Эксперимент, который провели трое ученых, максимально точно копирует «производственный процесс». 28 мечехвостов, выловленных в Атлантике, близ устья реки Пискатака в Нью-Гэмпшире, поместили в контейнеры и «забыли» под солнцем, потрясли пару часов в автомобиле и оставили на целую ночь, затем взяли кровь и снова оставили в контейнерах до утра – так, как это делают работники предприятий, собирая гемолимфу в промышленных масштабах. Однако, прежде чем выпустить несчастных животных на волю, биологи закрепили на их панцирях акустические маячки.

Цвет крови мечехвоста зависит от содержания особых клеток в гемолимфе. Бактерии разделяются на две крупные группы в соответствии с методом, который датский микробиолог Ганс Кристиан Грам предложил еще в конце XIX века. Главное отличие между ними заключается в строении клеточной стенки. Грамотрицательные бактерии (например, кишечная палочка E. coli) по Граму не окрашиваются: их клеточная стенка имеет дополнительную защитную мембрану, которая содержит сложные липополисахариды и не пропускает внутрь анилиновые красители. А вот стенки грамположительных бактерий (например, стафилококков) устроены проще. Мембраны у них нет, краситель проникает в клеточную стенку и «застревает» в ней. При окраске по Граму такие клетки приобретают фиолетовый цвет.

Когда грамотрицательная клетка гибнет, липополисахариды высвобождаются, превращаясь в опасные для здоровья эндотоксины. Эти соединения неубиваемы, почти как зомби. Они переносят даже сильное нагревание и другие тяжелые условия, при которых идет производство и стерилизация медицинских препаратов и инструментов. Попав в организм, эндотоксины способны запустить иммунную систему на всю мощь, вызвав гиперактивацию вплоть до септического шока. Поэтому их так важно обнаружить заранее. Тут и вступает в дело гемолимфа мечехвостов Limulus: полученный из нее лизат амебоцитов (Limulus amebocyte lysate, LAL) свертывается при малейшем контакте с эндотоксинами.

И хотя многие участники рынка считают, что 15 тысяч долларов за литр – это слишком много, высокую стоимость LAL можно назвать своеобразной формой признательности за то значение, которое она играет в спасении человеческих жизней. По словам одного защитника природы, «каждый человек, каждый ребенок, каждое домашнее животное на нашей планете – все, кто прибегал к помощи медицины, так или иначе обязаны мечехвостам».

С животными суши легче: оценить воздействие на них человека зачастую можно невооруженным глазом. Мы часто не видим, а то и вовсе не желаем знать, как чувствуют себя обитатели морей. В море мы сбрасываем мусор, туда же сливаем сточные воды: что происходит на глубине – остается на глубине. Так же выходит и с мечехвостами. Никто не знает, насколько травматичен для них забор крови, способны ли животные перенести несколько или хотя бы одну из таких процедур. Впрочем, поводы для беспокойства имеются.

Международный союз охраны природы, который ведет список видов животных и растений, находящихся под угрозой исчезновения, еще в 2012 году организовал специальный подкомитет по оценке состояния мечехвостов. По итогам его работы эти животные были признаны находящимися в уязвимом положении. По сравнению с предыдущей оценкой 1996 года, они сделали шаг в сторону вымирания. Следующая остановка – «в опасности», и отчет подкомитета уже прямо на это указывает. По прогнозу ученых, к середине века численность мечехвостов упадет на треть. И это касается не только животных американского побережья.

Распространенные в азиатской части Тихого океана мечехвосты Tachypleus также широко вылавливаются для получения лизата амебоцитов (TAL). Из-за массового вылова они уже исчезают в водах Китая, Японии, Тайваня, Сингапура. Специалисты опасаются, что если Tachypleus пропадут вовсе, то производители лизата обратятся к мечехвостам, живущим в других регионах океана, неся гибель и этим популяциям.

Каждые 45 секунд установленные Меган Оуинс маячки выдают серию акустических сигналов, которые датчик может заметить с расстояния 300-400 метров. Каждый сигнал позволяет идентифицировать конкретную особь, определить глубину ее погружения и активность на протяжении предыдущих 45 секунд. Раз в неделю или две Оуинс и Уотсон выходят в залив, снимая записанные показания и перемещая датчики следом за медленными миграциями мечехвостов.

В центре залива глубина доходит до 20 метров, но животные стараются держаться ближе к мелководью. Через несколько минут плавания ученые вытягивают обросший водорослями трос, на котором закреплен один из датчиков. Меган подсоединяет к нему ноутбук по Bluetooth и начинает скачивать данные. С момента последнего посещения прибор записал около 19 тысяч сигналов передвижений мечехвостов. Устройство закрывается и снова отправляется в воду: ученым нужна лишь информация. Но вот о рыболовах этого не скажешь.

Квоты на добычу мечехвостов у Атлантического побережья США выделяет Комиссия по морскому рыболовству (ASMFC). Однако ее строгие указания распространяются лишь на животных, которые затем разделываются и используются при ловле угрей в пищу. Биомедицинские предприятия могут добывать сколько угодно, и вылов мечехвостов для этих целей быстро растет – от 130 тысяч в 1989 году до 483 тысяч в 2017-м. Кроме того, производители LAL получают и кровь членистоногих, которые идут на корм угрям: число таких животных в 2017 году составило, по разным оценкам, еще от 40,6 до 95,2 тысяч. Рыболовная комиссия ASMFC не уполномочена регулировать такую добычу. Эта сфера оказывает прямое влияние на здоровье населения, и для вмешательства в нее требуется участие могущественного Управления по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами (FDA). Однако производители LAL всеми силами стараются этого не допустить.

«Нам удалось освободить себя от квот, – признается бывший глава производящей LAL компании ACC Томас Новицки. – Мы лоббировали свою позицию в ASMFC, убедив их, что вреда мечехвостам никакого не наносится. Мы возвращаем их обратно, мы чрезвычайно важны для медицины, так что оставьте нас в покое со своим регулированием». Впрочем, даже весьма умеренные рекомендации ASMFC соблюдаются далеко не всегда, а у самого комитета недостаточно ресурсов для контроля за их исполнением. ASMFC допускает, что после забора крови и возвращения в море некоторое количество – не более 15% – животных погибает.

Однако за последние годы накапливается все больше данных о том, что эта цифра сильно занижена. По новым данным, смертность мечехвостов после забора гемолимфы составляет не менее 29%. Обескровленные животные ослаблены, менее активны и хуже ориентируются, а самки производят в среднем вдвое меньше икры. «Представители промышленности, конечно, хором заявляют, что соответствующие эксперименты проводились в лабораториях и их результаты могут не распространяться на животных в естественной среде, – говорит Новицки, – но эти аргументы не выдерживают никакой критики».

Синтетические альтернативы LAL, использующие рекомбинантный фактор С (rFC), известны уже более 15 лет, однако до сих пор не получили широкого распространения. Та же FDA до сих пор считает LAL-тесты «золотым стандартом» для обнаружения эндотоксинов. Поэтому производители медицинской техники и фармпрепаратов стараются опираться именно на них, чтобы не иметь лишних проблем при получении одобрения влиятельного агентства.

Единственным средством, получившим одобрение FDA с использованием тестов rFC вместо LAL, до сих пор остается препарат от мигрени Emgality (галканезумаб) компании Eli Lilly. По словам Кевина Уильямса из компании bioMerieux, продвигающей rFC-тесты, проблема состоит в активных попытках LAL-производителей саботировать новые методы, убеждая официальные лица и публику в их низкой эффективности. «Мне доводилось видеть целые полосы антирекламы rFC, уверяющей, что технология не работает, – говорит он. – А ведь данные показывают обратное. Они просто игнорируются».

Потеря значительного количества крови нелегко дается любому животному. Но испытания этим не исчерпываются: вылов и транспортировка также подвергают мечехвостов сильному стрессу. Вин Уотсон отмечает, что эти членистоногие могут выдержать на воздухе дольше рыб или крабов, но эта способность играет с ними злую шутку. Объемы вылова так велики, что не всегда удается разместить всех мечехвостов в наполненных водой контейнерах, и их просто бросают на палубе: переживут.

Но пребывание на воздухе само по себе снижает содержание в гемолимфе животных гемоцианина, аналога переносящего кислород гемоглобина нашей крови. Восполнение у мечехвостов происходит сложнее и дольше, чем восстановление после прямой потери заметного количества крови. «Представьте, что каждый раз после того, как вы подоили корову, ей требуется месяц на то, чтобы прийти в себя», – объясняет Уотсон.

Наконец, стоит помнить и о строгой адаптации мечехвостов к сменяющим друг друга приливам и отливам, следом за которыми животные перемещаются в поисках безопасных укрытий и пищи. Даже в лаборатории они демонстрируют тягу к движению каждые 12,4 часов, и потеря этого естественного ритма для мечехвоста может быть крайне тяжела. Все эти открытия должны учитываться при разработке новых, уже более жестких требований к добыче гемолимфы. К сожалению, пока производители LAL не склонны даже выслушать доводы биологов.

В заливе близ устья реки Пискатака установлены несколько десятков датчиков. Мечехвосты перемещаются под водой и за день могут преодолеть несколько километров, так что ученые регулярно переносят свои инструменты следом за ними. Каким-то пока плохо понятным образом животные великолепно ориентируются в заливе. К весне они переезжают на мелководье, где собирают придонных моллюсков и червей.

Одни и те же особи регулярно возвращаются на одни и те же места, где снова становятся добычей тех же рыболовов. Не стоит ли выпускать их где-то еще? Или так мы еще больше нарушим естественное, привычное течение жизни морских животных? И можно ли вести добычу зимой, когда мечехвосты уходят на глубину, с трудом переживая месяцы холодов? Так далеко под поверхностью датчики уже не различают акустических сигналов. Выловив один из них, Оуинс прислушивается к слабым пикающим звукам. Сигнал напоминает предупреждения о готовом сесть аккумуляторе.

* Печатается с сокращениями и изменениями.