Quante vite umane ha salvato il sangue blu dei granchi a ferro di cavallo?

I Limulus polyphemus, che negli Stati Uniti chiamano granchi a ferro di cavallo (anche se mi dicono che granchi non sono, ma chelicerati), hanno qualcosa di speciale nel sangue. Qualcosa che li ha aiutati a sopravvivere per almeno 450 milioni di anni e che più di recente ha aiutato anche noi: la medicina moderna non sarebbe possibile senza il loro sanguigno contributo. Hanno un sistema semplice ed efficace per rallentare e uccidere i batteri. Nel sangue pattuglie di amebociti, cellule di difesa dalla forma ovale, fanno la ronda a caccia di intrusi. Quando incontrano un batterio, emettono il cosiddetto coagulogeno, una miscela di composti che trasforma la porzione di sangue in cui è immerso il batterio in una specie di bolla gelatinosa semi-solida. L’invasore è così intrappolato e immobilizzato, in attesa che altri elementi intervengano per eliminarlo. La reazione degli amebociti si può osservare al microscopio: i granuli che contengono il coagulogeno scoppiano come popcorn, rilasciano il proprio contenuto all’esterno della cellula e creano un grumo attorno ai batteri. Questo semplice e antico sistema di difesa è straordinariamente efficace perché è sensibile non solo ai batteri vivi, ma anche alle tossine batteriche che possono persistere anche dopo una sterilizzazione. Fra i primi a studiare questa reazione, Fred Bang, alla Johns Hopkins University, nel 1956. È possibile che questo sistema sia un adattamento alla vita sul fondo dell’oceano e al carapace, il guscio esterno dell'animale, fatto di chitina. Nel fondo oceanico ci sono molti batteri, e un guscio chitinoso si fora più facilmente di uno di carbonato di calcio. Se il guscio di un granchio di ferro di cavallo si buca e le tossine batteriche entrano nei tessuti molli e nel sangue, gli amebociti attaccano istantaneamente i batteri grazie alle sostanze in grado di far coagulare il sangue. È una capacità apprezzatissima dalle aziende farmaceutiche e, seppure inconsapevolmente, da ognuno di noi. Ogni farmaco iniettabile, nel corso della preparazione, rischia di essere contaminato dalle endotossine batteriche. In tal caso i pazienti sviluppano febbri altissime e a volte muoiono. Un tempo si testava ogni singolo lotto di acqua farmaceutica con i conigli: si iniettava una dose in un orecchio e se al coniglio veniva la febbre, il lotto veniva scartato. Qualcuno doveva misurare la temperatura dei conigli ogni 30 minuti. Ma a volte ai conigli veniva la febbre per motivi diversi da un’eventuale contaminazione. Insomma, questo test non era particolarmente affidabile, a costo di un numero grandissimo di conigli. A James Cooper, giovane studente di dottorato alla Johns Hopkins University a Baltimora alla fine degli anni Sessanta, viene assegnato un compito: trovare qualcosa di meglio dei conigli per testare le possibili contaminazioni di endotossine batteriche dei farmaci. Più o meno nello stesso periodo un professore della stessa università, Jack Levin, ha appena pubblicato un articolo in cui dimostrava che in principio il sangue dei granchi a ferro di cavallo avrebbe potuto essere usato per testare la presenza di endotossine batteriche nel sangue degli esseri umani. Cooper e Levin sviluppano il test, pubblicano il metodo nel 1971, l’industria farmaceutica si butta a capofitto. Ecco come il coagulogeno estratto dal sangue del granchio a ferro di cavallo è diventato una componente maggiore del modo in cui testiamo le sostanze da iniettare nel nostro corpo. La sostanza a base del test è chiamata limulus amebocyte lysate (LAL), un estratto acquoso degli amebociti del granchio a ferro di cavallo atlantico. Il LAL reagisce con i lipopolisaccaridi delle endotossine batteriche, presenti nella membrana dei batteri gram-negativi. Il test è ampiamente utilizzato sia in laboratorio, sia nella preparazione di sostanze per l’industria farmaceutica: verifica se ci sono endotossine batteriche e in quale quantità. Se camminate in una corsia di ospedale, non potete fare un passo senza incontrare una quantità di sostanze e prodotti che vengono a contatto con il sangue dei pazienti. Dagli anestetici per la chirurgia agli antidolorifici, gli antibiotici e gli antivirali, i fluidi per idratare, i vaccini, l’insulina per i diabetici, i chemioterapici per i malati di tumore, ma anche i mezzi di contrasto per la risonanza magnetica, i traccianti per la PET, gli stent per il cuore, i pacemaker, le protesi per le articolazioni e per la cataratta: tutti questi prodotti sono stati testati per la presenza di endotossine con la sostanza estratta dal granchio a ferro di cavallo. Per tutta questa sicurezza bisogna fare in modo che i granchi a ferro di cavallo ogni anno ci donino, per così dire, un po’ del loro sangue. Ciò significa andare a giugno sulle spiagge dell’oceano Atlantico dove i granchi si radunano in grandi quantità per l’accoppiamento, prenderli in prestito per qualche ora, grazie alla collaborazione dei pescatori, estrarre loro circa un terzo del sangue e rimetterli in acqua. Diverse società fanno questo lavoro, una delle maggiori è la Charles River.

La riproduzione e la deposizione delle uova dei granchi a ferro di cavallo a giugno in Delaware (foto USFWS).

Una volta prelevato il sangue, gli amebociti vengono separati dal siero mediante centrifugazione e sono quindi posti in acqua distillata, che li fa gonfiare e scoppiare per lisi. Questo procedimento rilascia le sostanze chimiche dall'interno della cellula (il "lisato"), che viene quindi purificato e liofilizzato. Durante il test LAL un campione che potrebbe contenere endotossine batteriche viene miscelato con questo lisato e acqua: se le endotossine sono presenti si verifica la coagulazione. Tutto questo risparmia miliardi di vite umane, ma ha un sapore un po’ vampiresco e medievale. Ogni anno circa 500.000 granchi sono sottoposti a questa procedura. Dopo il prelievo gli animali rimessi in acqua sembrano essere più lenti e letargici di quelli a cui non hanno tolto il sangue, e si stima che circa il 15% muoia. Fra l’altro, se i granchi a ferro di cavallo patiscono, patisce anche il piovanello maggiore. Uno splendido uccello color cannella e dal lungo becco, ha bisogno di mangiare migliaia di uova di granchi a ferro di cavallo per completare la propria migrazione, una delle più lunghe al mondo, dall’Antartide al Nord del Canada in 5 mesi. Il granchio a ferro di cavallo non suscita tanta passione e tenerezza, ma il piovanello ha numerosi estimatori: i bird-watchers si sono attivati.

Piovanelli maggiori si nutrono di uova di granchio a ferro di cavallo Delaware (Gregory Breese/USFWS, Wikipedia).

Jeak Ling Ding, una ricercatrice all’Università di Singapore, già nel 1997 aveva isolato il gene per il fattore C, la proteina più importante per la reazione di coagulazione del sangue di questi granchi. La ricercatrice non poteva permettersi il costoso prodotto industriale per il test LAL e aveva cercato di fabbricarsi un’alternativa casalinga.

Almeno due aziende, la Lonza e la Hyglos, hanno iniziato a produrre una versione biotecnologica del lisato di sangue del granchio a ferro di cavallo. Il test sostitutivo è disponibile dal 2003. Inizialmente le industrie farmaceutiche non ha avuto un serio incentivo a lasciare il vecchio per il nuovo: sostituire un test collaudato e usato su così grande scala comporta costi notevoli. Più di recente, però, alle pressioni di animalisti e appassionati di uccelli si sono sommate altre preoccupazioni. I cambiamenti climatici, il riscaldamento globale, l’innalzamento livello dei mari potrebbero modificare l’habitat dei granchi, mettendo a rischio la fornitura del prezioso sangue blu (un litro vale circa 15.000 dollari).

La PBS ha prodotto un documentario sul sangue dei granchi a ferro di cavallo e sulla sua importanza in medicina.

Cosa succederà ai granchi a ferro di cavallo quando potranno godere del meritato riposo? Prima che fossero impiegati dalle aziende farmaceutiche, venivano uccisi per ottenere concime ed erano usati come esca per la pesca: all’inizio degli anni ’90 circa 3 milioni di granchi a ferro di cavallo erano imbarcati ogni anno sui pescherecci. Torneremo a questo? Rimpiangeremo il tempo in cui toglievamo loro un terzo del loro sangue?

Resti di granchi a ferro di cavallo usati all’inizio del Novecento per ottenere concime (Wikipedia).

P.S. Perché il sangue dei granchi a ferro di cavallo è blu? Nell’emocianina, l’equivalente della nostra emoglobina, la molecola che trasporta l’ossigeno dai polmoni al sangue, hanno il rame al posto del ferro.

Per scrivere questo post ho ascoltato Baby Blue Blood Drive su Radiolab (29(8/17) a cura di Damiano Marchetti, Lulu Miller, Annie McEwen, Matt Kielty e Liza Yeager. Ho consultato Ian Frazier, Blue Blood, The New Yorker (14/4/14); Sarah Zhang, The Last Days of the Blue-Blood Harvest, The Atlantic (9/5/18) e Deborah Cramer, Inside the Biomedical Revolution to Save Horseshoe Crabs and the Shorebirds That Need Them, Audubon Magazine (estate 2018). L’immagine in apertura è tratta da Alphonse Milne-Edwards, Recherches sur l'anatomie des Limules (1835-1900).

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