Cómo la sangre azul del cangrejo herradura nos está ayudando a detectar bacterias fuera de la Tierra

“Sangre azul de un cangrejo-arácnido en el espacio para detectar las posibles infecciones de un astronauta en plena misión galáctica”. Si esto no ha llamado tu atención: Houston, parece que tenemos un grave problema. Por muy disparatada que parezca esta primera idea, no intentaríamos que la curiosidad llamase a tu puerta sin un buen argumento. De hecho, la afirmación que acabas de leer es verídica y la sangre del animal al que hace referencia, mucho más importante de lo que parece.

Pese a su nombre, no te dejes engañar, que ni es un cangrejo, ni tiene forma de herradura. De hecho, puede que a primera vista se te parezca más a una especie pequeña de mantarraya con caparazón incorporado o incluso a uno de esos robots aspirador que dejan impoluto tu salón. Fácilmente podría formar parte del elenco de criaturas extraterrestres de 'Star Wars'. Como imaginarás, su forma queda lejos de lo que pensaríamos al hablar de un cangrejo convencional.

Inquietante a la par que desconcertante, esta podría ser la presentación y una primera toma de contacto con el Limulus polyphemus, conocido por sus allegados, efectivamente, como cangrejo herradura. "Existen cinco especies de estos animales, los más comunes se distribuyen por la costa atlántica de Estados Unidos y se les puede observar en los períodos de desove, en la arena, a las orillas del mar", explica a Xakata Begoña Sánchez Chillón, conservadora de artrópodos del Museo Nacional de Ciencias Naturales. "El resto de especies se distribuyen por el este y sudeste asiático, donde debido a su gran explotación corren un alto riesgo de extinción", añade.

Pero, entonces, ¿es o no un cangrejo? Como adelantábamos, no. Según este estudio, publicado en 2019 en la revista científica Systematic Biology, a pesar de pertenecer al grupo de los artrópodos, la familia del cangrejo herradura es más cercana a los arácnidos que a los crustáceos. Para hacerlo más visual: tira más a las arañas que a los cangrejos. "Eso sí, a diferencia de las arañas, tiene 6 pares de apéndices y un exoesqueleto o caparazón que constituye la unión de la cabeza y tórax", puntúa Sánchez.

"Actualmente, la comparación de miles de genes ha revelado esta nueva hipótesis", comenta a Xataka Jesús A. Ballesteros, investigador del departamento de Biología Integrativa en la universidad de Wisconsin-Madison (Estados Unidos) y uno de los autores del estudio. "Estos resultados requieren escrutinio y corroboración, pero revelan una parte de la complejidad del proceso evolutivo; los mismos procesos que han dado forma y continúan moldeando el árbol de la vida del que somos parte", añade.

Pero no es el nombre o la forma de este curioso animal lo que nos hace escribir hoy sobre él, sino su sangre, tanto por su aspecto como por sus aplicaciones médicas. Según Sánchez, las enzimas primitivas este animal atacan el material de las paredes celulares de la mayoría de las bacterias, por lo que se usan con frecuencia en pruebas para detectar las endotoxinas bacterianas en numerosos productos farmacéuticos.

¿Qué tiene de especial la sangre del cangrejo herradura?

Como si de un miembro de la realeza se tratase, la sangre de nuestro protagonista es azul. Mientras que la humana es roja por un pigmento de este color, la hemoglobina, y su correspondiente contenido en hierro; el análogo de la misma en este artrópodo hace que su hemolinfa adquiera una tonalidad diferente.

“La hemocianina (que contiene cobre en vez de hierro) es la que da color azul a la sangre del cangrejo herradura”, explica Xataka Susana Enriquez, investigadora del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología (ICML) de la Universidad Nacional Autónoma de México. “Pero el valor de la sangre de este bicho reside en unas células llamadas amebocitos, que funcionan como su sistema inmunológico: cuando entran en contacto con endotoxinas producidas por bacterias patógenas, se solidifican para “alertar” de que "hay trabajo por hacer” y empezar a contrarrestar una infección”.

“Estos compuestos [las endotoxinas] son muy abundantes en las membranas de las bacterias gramnegativas, que son la mayor parte de las que viven en el medio marino”, detalla a Xataka Gema Hernández-Milia, bióloga especializada en ecología alimentaria de mamíferos marinos. “Se podrían comparar con las piezas de un puzzle: las enzimas de sus células sanguíneas coinciden en forma con las endotoxinas y se unen a ellas, creando un coágulo que previene las consecuencias de la bacteria”, añade.

Desde que se estudia, la sangre de este cangrejo ha supuesto toda una revolución en el mundo de la medicina. De hecho, si alguna vez te has vacunado contra la gripe o conoces a alguien con marcapasos, le debes una al animal.

Según la página web Horseshoes Crab, desarrollada por el grupo de investigadores Ecological Research and Development, organización sin ánimo de lucro que lucha por conservar las cuatro especies de cangrejo herradura desde 1995, “la calidad de las vacunas, los medicamentos inyectables, las soluciones intravenosas y los implantes médicos se comprueba utilizando la sangre de este cangrejo”.

Además, la Food and Drug Administration (FDA) la utiliza desde 1970 (año hasta el que se utilizó sangre de conejo en esta tarea) para aprobar medicamentos, asegurándose de que están libres de endotoxinas. ¿Por qué? Te contamos su historia.

Aun siendo poco profundos, los fondos marinos arenosos en los que habita el artrópodo, a lo largo de la costa este norteamericana y América central, suelen estar plagados de bacterias. Su propio hábitat, por lo tanto, supone una amenaza en sí mismo: en otras circunstancias, estos microorganismos podrían causarle todo tipo de infecciones. He aquí la clave de supervivencia de nuestro protagonista de sangre azul.

El primitivo sistema inmune de este pariente lejano de los trilobites se basa en un mecanismo de coagulación de la sangre que le protege de las endotoxinas a las que está continuamente expuesto. “Las células sanguíneas del cangrejo herradura, los amebocitos, contienen proteínas que se liberan en respuesta a la presencia de organismos no deseados, como las bacterias gramnegativas. De esta forma, consiguen que su sangre se coagule alrededor de la lesión y las bacterias, protegiendo al animal”, explican los autores en la web.

Es decir, la bacteria queda atrapada e incapaz de seguir avanzando por su organismo.

Este mecanismo de defensa, del que se tuvo por primera vez constancia ya en 1885 y que se estudió en profundidad a partir de los años 50, se conoce bajo el nombre de lisado de amebocitos de Limulus (LAL). Su eficacia es tal que puede detectar la contaminación con endotoxinas de bacterias Gram negativas en concentraciones increíblemente bajas.

Pero, ¿qué tiene que ver la sangre azul con el espacio?

Volvemos al inicio, a nuestra excéntrica y primera afirmación: “Sangre azul de cangrejos-arácnidos en el espacio para detectar las posibles enfermedades de un astronauta en plena misión galáctica”. Por ahora, damos el okey al primer concepto, pero, ¿y el resto? ¿Qué tiene que ver esta sustancia con el espacio, los astronautas y la detección de enfermedades?

La NASA, a través de este artículo en su página web, nos pone en situación: “Imagina a un astronauta en una misión espacial con destino Marte, a mitad de camino desde la Tierra, que comienza a encontrarse mal. Le duele la garganta y parece que tiene fiebre, pero no quiere enfermar ni contagiar a sus compañeros. ¿Debería tomar un antibiótico? Y si es así, ¿de qué clase?”.

Como solución a esta pregunta, el Marshall Space Flight Center de la NASA desarrolló el LOCAD-PTS (Lab-on-a-Chip Application Development-Portable Test System), un dispositivo portátil que permite detectar rápidamente bacterias patógenas gramnegativas en el espacio gracias al LAL. ¿Cómo?

“Gracias a esta máquina, se puede detectar una posible infección mucho más rápido de lo que supondría esperar a los resultados de un cultivo en una placa Petri”, explica Enriquez. De acuerdo a la NASA; permite conocer si determinados tipos de bacterias están presentes en las superficies de las estaciones espaciales.

"La reacción se produce con las endotoxinas que se encuentran en la membrana de estas bacterias o de algunos hongos (lo mismo sucede con la profenoloxidasa del cangrejo Jonás) que permiten detectar bacterias grampositivas", explica a Xataka Hector Socas Navarro, físico en el Instituto de Astrofisica de Canarias y director del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife. "Estas enzimas van en diferentes cartuchos del sistema, con los que se hace reaccionar la muestra recogida", detalla.

Pero su utilidad no acaba aquí: el sistema no solo localiza una posible infección, sino que indica qué tipo de antibióticos serían necesarios para combatir tales bacterias. “Fue un avance interesante: las bacterias gramnegativas son de las más patógenas, responsables de muchas enfermedades respiratorias, urinarias y gastrointestinales en humanos”, comenta Enriquez. Además, añade, son las “resistentes”, las que causan más problemas en hospitales.

Esta prueba es útil para el astronauta que sienta que está empezando a tener problemas de salud. Gracias a ella puede comprobar las causas del malestar rápidamente y poner freno a la infección (si la hubiese) en etapas tempranas, mucho antes de que se desarrolle la enfermedad y él mismo fuese una fuente de bacterias para sus compañeros.

Según Enriquez, cuando la infección es todavía incipiente, el cultivo en placas Petri no es tan eficaz o, al menos, requiere de más tiempo para que el cultivo crezca y se confirme qué tipo de bacteria está creciendo. Como resultado, el diagnóstico llega más tarde, haciendo más probable que la infección sea mayor, no solo dentro de un astronauta, sino dentro de la nave para toda la tripulación. “Creo que sí es una herramienta potencialmente útil para frenar rápidamente el progreso de posibles infecciones por bacterias gram negativas”, concluye.

En palabras de Socas, este sistema también se empleó entre 2006 y 2009 para investigar la presencia de bacterias y hongos en diferentes lugares de la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés). Después, esta técnica dejó de utilizarse, dando paso a métodos más sofisticados (el PTS no permitía identificar qué microorganismos habían sido detectados, algo que sí es posible hoy día con tecnologías de análisis molecular).

"Actualmente se están haciendo experimentos con reacción en cadena de polimerasa (PCR, por sus siglas en inglés) que permiten amplificar cualquier trozo de ADN que se encuentre presente: hacer muchas copias del fragmento y facilitar su detección", adelanta Socas. Varios experimentos entre 2015 y 2016 han permitido conocer más sobre estas bacterias y hongos. "La población dominante de microorganismos está asociados con el microbioma humano, aunque también puede haber patógenos oportunistas".

Para evitar confusiones, Socas insiste en que hablamos de microbios terrestres arrastrados por las propias misiones y los astronautas que han ido a la ISS. "Su estudio es importante de cara a entender la posible extensión de microorganismos portados por humanos en futuras misiones y a la salud de los astronautas, especialmente teniendo en cuenta que parecen existir efectos sobre el sistema inmune de la permanencia prolongada en el espacio".

De hecho, el Consejo Nacional de Investigación de EEUU recomienda en la revisión decenal de su comité de ciencias biológicas y físicas del espacio que NASA establezca un programa a gran escala de observación microbiana en la ISS.

¿Sobrevive el cangrejo herradura tras su sangrado?

Para conseguir el oro líquido que supone la sangre del cangrejo herradura, las compañías capturan ejemplares adultos de esta especie, les extraen un tercio del total de su sangre y los liberan de nuevo. "Sin embargo, estas especies de xiphosuros han de pagar un precio muy elevado, ya que la muerte durante el proceso ocurre en alrededor del 15% de los individuos", expone Sánchez. Algunos informes indican, además, que esa mortalidad puede ser incluso mayor debido a las malas prácticas durante su recogida y transporte.

"Esto, unido a la influencia que está teniendo en los mares el cambio climático, hace que las cuatro especies que existen en la actualidad se encuentren en un grave y creciente peligro de extinción", añade.

Según el Ecological Research and Development Group, en 2016 la mortalidad asociada a la producción de LAL se situaba en torno a los 70.600 animales por año, lo que demuestra que la especie disminuye en todo el mundo dado su gran uso para pruebas biomédicas.

Para evitar la posible desaparición del cangrejo herradura, lo que supondría una gran pérdida por su interés ecológico, agroganadero y pesquero, además de biomédico, estudios como este, publicado en 2018 en la revista científica PLOS Biology, han investigado opciones similares, gracias a las que se podría disfrutar de una alternativa sintética a esta sustancia. A diferencia del LAL, la técnica (recombinant Factor C, rFC) utilizaría una proteína clonada del artrópodo como ingrediente activo.

“La eficacia comprobada de esta alternativa para detectar endotoxinas es una oportunidad para que la industria farmacéutica modernice sus procedimientos y contribuya a la conservación de los cangrejos herradura”, explican los autores en la conclusión de la investigación: utilizar el rFC supodría una reducción del 90% en la demanda de LAL. Es decir, la mortalidad del cangrejo herradura disminuiría, según la investigación, en unos 100.000 ejemplares anualmente tan solo en América del Norte. “Es un método más humano y más sostenible ecológicamente”, concluyen.