Jop Kempkes – 27 maart 2020 (geüpdatet: 07-04-’20)
De COVID-19-pandemie heeft de maatschappij op zijn grondvesten doen schudden. Als mensen zijn we gewend bovenaan de voedselketen te staan: geen dier hoeven wij op dagelijkse basis te vrezen. Sinds wij onszelf met technologie immuun hebben gemaakt voor aanvallen van roofdieren, liggen we echter in toenemende mate onder vuur op het allerkleinste schaalniveau des levens. Hoe zit dit microscopische oerwoud in elkaar? Hoe kan het dat mensen gebukt moeten gaan onder virussen en bacteriën? Met geen Rotterdamse Diergaarde om te bezoeken, is het de hoogste tijd dat deze vragen aangekaart worden.
Ondode moordenaars: virussen
Aan het coronavirus zelf willen we niet al te veel woorden spenderen, dat gebeurt al genoeg. Hoewel op dit moment ook andere diersoorten tegen het licht worden gehouden, is het zeer waarschijnlijk dat deze pandemie is begonnen op een voedselmarkt waar vleermuizen verhandeld werden. Als reactie op deze crisis heeft China eindelijk de voedselhandel in wilde dieren permanent in de ban gedaan: hoe dan ook een goede keuze, maar ook andere maatregelen zullen getroffen moeten worden om toekomstige pandemieën in de kiem te smoren. De vernietiging van leefgebied dwingt dieren immers om voortaan op zoek te gaan naar eten in steden en bij landbouwgebieden, wat net zo goed een virushaard vormt. Daar komt nog eens bij kijken dat haaienvinnensoep en kwakzalverij met slagtanden en tijgerhuiden nog niet verboden zijn.
Vleermuizen hebben een ietwat negatieve reputatie op het gebied van ziektes: ze staan immers ook bekend als bron van rabiës, ebola, MERS en SARS. Sterker nog, in ’97 werd de gehele Blijdorpse nijlroezet-kolonie gedood wegens (foutieve) verdenking van hondsdolheid. Dit alles heeft met hun levenswijze te maken: in volle vlucht loopt de lichaamstemperatuur van een vleermuis op tot wel 40 °C, wat voor de meeste virussen een doodsvonnis is. De virussen die overblijven, kunnen klaarblijkelijk wel tegen een stootje (lees: koorts) en vormen dus al snel een gevaar voor mensen. De vleermuizen zelf hebben daar overigens geen last van, want zij hebben een bijzonder goed cellulair verdedigingsmechanisme. Dat was een evolutionaire noodzaak, want anders zou hun DNA binnen de kortste keren het slachtoffer worden van hun exceptionele metabolisme.
Dat sommige virussen van dieren op mensen kunnen overslaan, heeft te maken met hoe een virus in elkaar zit. Virussen hebben geen eigen stofwisseling en leven derhalve niet: ze zijn niets meer dan ronddwalende capsules met daarin DNA. Vermeerdering doen ze door een gastcel binnen te dringen en de mechanismen in de cel te dwingen om de virale genetische code af te lezen. Vaak komt die code neer op ‘kopieer’, soms gevolgd door een bevel tot cellulaire zelfmoord. Essentieel in dit alles is dat het virus zich kan binden aan de gastcel. Dit valt of staat met de kenmerkende eiwitten die op de buitenkant van het virus zitten: alleen als zij als een sleutel passen op de externe eiwitten van de gastcel, wordt de koppeling mogelijk. De ervaring leert dat er vaak maar een paar kleine mutaties (of zelfs geen!) nodig zijn voor virussen om de sprong van dier naar mens te maken.
Vleermuizen zijn niet de enige bron van menselijke ziektes. De recordhouder der moderne pandemieën, de griep-pandemie van 1918, werd veroorzaakt door een type varkensgriep (mogelijk met een vogelsoort als ’tussenstap’). Toen kwamen vijftig miljoen mensen om het leven voordat de ziekte weer verdween, maar het is belangrijk om te snappen dat dat virus toen niet zomaar uitgeroeid was. Wanneer virussen mensen voor het eerst binnendringen, wordt een immuunreactie in werking gezet. Over de exacte werking van het immuunsysteem kunnen boeken geschreven worden, maar in essentie worden die kenmerkende eiwitten van het virus meegenomen door bloedcellen. Zij gaan in de loop van dagen of weken op zoek naar lichaamscellen die het recept voor gepaste antistoffen kennen: totdat dat lukt, wordt de ziekte erger.
Als je uiteindelijk van het virus geneest, trekt het lichaam lering uit de ervaring: er worden geheugencellen gevormd die voor jaren, soms wel een leven lang, inactief blijven. Als hetzelfde virus ooit voor een tweede keer toeslaat, kunnen deze geheugencellen direct opschalen: je bent immuun. Dit is eveneens het trucje waar vaccinaties gebruik van maken: door een flink verzwakte variant van hetzelfde virus preventief toe te dienen, worden die geheugencellen alvast aangemaakt. Er is dankzij decennia aan deskundig onderzoek slechts een heel klein groepje mensen dat niet veilig gevaccineerd kan worden: zij met een dusdanig zwak immuunsysteem dat zelfs verzwakte ziekteverwekkers een gevaar vormen. Ook zij genieten dankzij vaccinaties echter een enige mate van veiligheid: kudde-immuniteit is het principe dat virussen nooit ver verspreid kunnen worden als het merendeel van de bevolking gevaccineerd is. Een randvoorwaarde voor het verwerven van immuniteit is dat die kenmerkende eiwitlabels niet te snel mogen muteren. Deze eigenschap is wat het maken van vaccinaties tegen onder andere verkoudheid en HIV zo lastig maakt. Hetzelfde geldt voor die andere ziekteverwekkers: bacteriën.
Afbeelding: pixabay.com. Virussen zijn in feite capsules met wat uitstekende eiwitgroepen.
Wederopstanding der demonen: bacteriën
Bacteriën hebben een bijzondere plek in het totaalplaatje des levens. Ze waren de eerste levensvormen die 4 miljard jaar geleden ten tonele verschenen en hebben zich sindsdien vermeerderd tot een geschatte vijf quintiljoen (dertig(!) nullen) individuele cellen wereldwijd. Dat zijn bacteriën namelijk: vettige capsules met daarin hun DNA en organellen, meestal een micrometer (een duizendste van een millimeter) groot in totaal. Het goede nieuws is dat de meeste bacteriën veel te druk zijn met hun eigen micro-wereld om zich te bekommeren om meercellige dieren, planten en schimmels. Het slechte nieuws is dat de kwalijke 1% van bacteriën dus alsnog talrijk is.
Vroeger stond het oplopen van een bacteriële infectie in een klein wondje gelijk aan de dood. Vaak zijn het niet de bacteriën zelf die zoveel schade aanrichten, maar de gifstoffen die ze uitscheiden door het gehele lichaam. Met de pandemie van 1918 in het verschiet vond er in de vorige eeuw echter grootschalig onderzoek plaats naar medicatie en per abuis stuitte men op een zeker stofje genaamd Penicilline: het allereerste antibioticum. Al snel nam de lijst van ontdekte antibiotica toe en opeens hoefde de mens niet langer bang te zijn voor bacteriën. Antibiotica zijn de reden dat bacteriën tegenwoordig geen gevreesde monsters meer zijn, maar het grootschalige gebruik van deze medicatie in zowel ziekenhuizen als in de bio-industrie heeft een keerzijde: de opkomst van resistentie. Wanneer een horde bacteriën onder vuur ligt door antibiotica, bestaat de kans dat door willekeurige mutaties één bacterie niet geschaad wordt door het specifieke stofje. Mocht deze bacterie ontkomen, zich elders vermeerderen en weer terugkeren, haalt hetzelfde antibioticum opeens niets meer uit. Herhaal dit voor een aantal decennia en je hebt opeens een ‘superbacterie’: hij is resistent tegen vrijwel iedere behandeling. Het is een evolutionaire wapenwedloop en bacteriën winnen de strijd: tegen 2050 zouden superbacteriën meer doden op hun geweten kunnen hebben dan kanker als de huidige trend doorzet.
Terwijl het welbekende Penicilline tegenwoordig steeds minder nuttig is, staan stoffen als Colistine bekend als ‘super-antibiotica’: wanneer geen enkel ander medicijn meer helpt tegen een specifieke bacteriesoort, kunnen zij als uitermate krachtig middel worden ingezet. Het toedienen hiervan is echt een wanhoopsdaad: om te voorkomen dat bacteriën ook resistent tegen Colistine worden, mag het alléén gebruikt worden als er écht geen andere opties meer zijn. Tenminste, dat was het idee. In 2015 kwam echter het schrikbarende nieuws uit China dat, door extensief gebruik in de bio-industrie, er een bacterie gevonden is die nu ook resistent is tegen Colistine. Het is een bedroevende realisatie: nu deze laatste verdedigingslinie doorbroken is, dreigen de dagen waarin eenvoudige bacteriële infecties tot de dood konden leiden, terug te keren.
Afbeelding: ook Q-koorts is het resultaat van een bacteriële infectie.
De kleinste grootste oorlog: bacteriofagen
Bacteriën zijn historisch gezien de plaaggeest der mensheid geweest, maar het zijn niet de meest dodelijke wezens op de planeet. Die titeldrager doodt namelijk al sinds het begin der tijden miljoenen per dag: bacteriofagen, op de afbeelding hiernaast te zien. Nee, fagen zijn ondanks hun uiterlijk geen nano-robots of UFO’s, maar virussen die zich specialiseren in de jacht op bacteriën. Van alle bacteriën in de zee sterft iedere dag één op de drie aan hen. Wanneer ze met hun landingsgestel ‘landen’ op de bacterie, pompen ze hun genetische info vanuit hun ‘kop’ de bacterie in. Wat volgt is feitelijk hetzelfde als wat andere virussen bij dieren en planten doen. Het cruciale verschil is echter dat fagen enorm kieskeurig zijn: een specifieke fagensoort kan alleen iets uithalen bij een specifiek type bacterie. De celstructuur van dieren, planten en schimmels is te verschillend en de miljoenen fagen die te allen tijde over (en in) je lichaam verspreid zijn, leven dan ook totaal langs ons heen. Dat maakt fagen een interessant alternatief voor antibiotica.
Het voelt wellicht tegenstrijdig om je in te laten enten door een armada van ’s werelds meest geraffineerde killers, maar de voordelen spreken voor zich. Net als andere virussen, zijn fagen onderhevig aan mutatie en evolutie. Het is dus onwaarschijnlijk dat bacteriële infecties ooit níet meer behandelbaar zijn. In het scenario dat bacteriën de fagen weten te verslaan, is er alsnog geen reden voor paniek. Uit vroege testen is namelijk gebleken dat wanneer bacteriën zich wapenen tegen virussen, hun verdediging tegen antibiotica daaronder te leiden heeft. Gezien de voorzichtige houding van de medische wereld tegenover nieuwe geneesmiddelen, zal het nog wel even duren voordat deze aanpak gemeengoed wordt, maar het begin is gemaakt.
Slot
Aan virussen en bacteriën zijn weliswaar geen dierentuinen besteed, maar ook dit aspect van de natuur kunnen we niet negeren. Dit is immers een strijd die gevochten werd sinds het ontstaan van het leven en virussen en bacteriën zullen nooit uitgeroeid kunnen worden. Met een beetje kennis en kunde kunnen wijzelf echter de lachende derde zijn in deze wereld vol monsters en mensen.
Meer lezen?
