Hoe mutaties van het coronavirus verspreiding volgbaar maken – en complottheorieën ontkrachten

Aan de hand van veranderingen in de ziekteverwekker kunnen wetenschappers het spoor van het virus volgen zonder grootscheeps te hoeven testen. Zo blijkt dat het virus geen biologisch wapen is.

maandag, 30 maart 2020,
Door Sarah Elizabeth Richards
Beeld van een transmissie-elektronenmicroscoop van een monster van het eerste Amerikaanse geval van COVID-19, wat eerder ...
Beeld van een transmissie-elektronenmicroscoop van een monster van het eerste Amerikaanse geval van COVID-19, wat eerder 2019-nCoV werd genoemd. De ronde, blauw gekleurde virusdeeltjes bevatten dwarsdoorsneden van hun genoom, die als zwarte puntjes te zien zijn.
Foto van CDC / Hannah A Bullock; Azaibi Tamin

Je kunt het open-source-project Nextstrain.org als een soort epidemie-museum zien. Laboratoria uit de hele wereld geven de genetische samenstellingen door van virussen die ze bij patiënten aantreffen. Nextstrain brengt aan de hand van die data de ontwikkeling van de epidemie in kaart. De organisatie maakt daarbij gebruik van wereldkaarten en fylogenetische grafieken, de stambomen van virussen.

Tot dusver heeft Nextstrain bijna 1.500 genomen van het nieuwe coronavirus ontrafeld. De gegevens laten nu al zien dat het virus gemiddeld elke vijftien dagen muteert, terwijl de COVID-19-pandemie nog over de wereld raast.

Hoewel dat misschien angstaanjagend klinkt, betekenen mutaties niet dat het virus schadelijker wordt. Deze subtiele veranderingen in de genetische code van het virus helpen onderzoekers juist om snel te kunnen achterhalen waar het is geweest. Ook kunnen zo mythen over de oorsprong van het virus worden ontkracht.

“Deze mutaties zijn totaal onschadelijk. Ze zijn van nut als puzzelstukje om te kunnen bepalen hoe het virus zich verspreidt,” vertelt Trevor Bedford. Hij is computerbioloog aan het Fred Hutchinson Cancer Research Center in de Amerikaanse stad Seattle en een van de oprichters van Nextstrain.

Deze op genen gebaseerde methode om het spoor van het coronavirus te volgen is een van de positieve berichten in de lawine van rampzalig voorpaginanieuws over de pandemie.Een soortgelijke wetenschappelijke aanpak bleek van grote waarde om inzicht te krijgen in eerdere epidemieën, zoals Zika en Ebola. Doordat de methodes voor het ontleden van DNA steeds goedkoper, sneller en efficiënter zijn geworden, is het volgens experts nu mogelijk dat een klein leger aan onderzoekers nu nog sneller kan bepalen wat het destructieve pad is dat het coronavirus heeft afgelegd. Dergelijke inzichten kunnen autoriteiten helpen bij de keuze voor de te volgen strategie, vooral op plekken waar te weinig kan worden getest.

“Tijdens het Ebola-virus van vijf jaar geleden duurde het proces een jaar, van het verzamelen van monsters tot de ontleding van het DNA en de publicatie, ” aldus Bedford. “Dat gaat nu veel sneller, het duurt twee dagen tot een week. Doordat we deze technieken nu realtime kunnen toepassen, kunnen we echt invloed uitoefenen op de uitbraak.”

Het spoor van de ziekte volgen via mutaties

Het laboratorium van Bedford volgt het nieuwe coronavirus, oftewel SARS-CoV-2, met behulp van genetisch onderzoek sinds de eerste Amerikaanse ziektegevallen in de staat Washington in februari en maart begonnen toe te nemen. Op dat moment waren de autoriteiten op het gebied van volksgezondheid erop gespitst te achterhalen waar patiënten op reis waren geweest. Ze probeerden bovendien uit te zoeken met welke mogelijk besmette personen ze in contact waren geweest.

Intussen begonnen Bedford en zijn team met het ontrafelen van de genetische code van het virus, door neusmonsters te analyseren van circa vijfentwintig patiënten. Dat leverde nuttige informatie op: door te reconstrueren hoe en waar het virus in de loop van de tijd was veranderd, kon Bedford aantonen dat SARS-CoV-2 al wekenlang onopgemerkt rondging vóór de eerste officiële melding van het eerste geval in Seattle op 21 januari. De patiënt was een 35-jarige persoon die niet lang daarvoor een bezoek had gebracht aan het oorspronkelijke epicentrum van de epidemie: Wuhan in China.

Bedford had dus wetenschappelijk bewijs dat mensen ongemerkt het coronavirus konden verspreiden, als hun ziekteverschijnselen mild waren en ze geen beroep op de gezondheidszorg deden, of als ze door de gewone controle-instanties over het hoofd werden gezien, omdat ze niet werden getest. Die kennis heeft geleid tot de wereldwijde strenge maatregelen van lockdowns, sluitingen en sociale onthouding, om te proberen de verspreiding van het virus te vertragen.

“Het is nu wel duidelijk dat genetische data veel meer inzicht biedt in de manier waarop de epidemie zich ontwikkelt,” aldus Bedford.

De visualisatie-tools van Nextstrain hebben ook bijgedragen aan de voorlichting van mensen die graag meer willen weten over de wetenschappelijke kennis over het coronavirus, vertelt Kristian Andersen. Hij werkt als computerbioloog bij Scripps Research in La Jolla in Californië. Dat laboratorium heeft ruim duizend genomen ingestuurd voor het project, waaronder dat van Westnijl- en Zikavirussen. 

Genetica 101
Wat is het genoom en hoe worden eigenschappen van generatie op generatie overgedragen? Ontdek hoe erwtenplanten bijdroegen aan de start van het genetica-onderzoek en hoe het onderzoeksveld zich in de loop van de tijd heeft ontwikkeld.

“Deze tools zijn geweldig. Heel lang waren het alleen nerds als ik die naar die stambomen keken, maar nu kan heel Twitter meekijken,” zegt Andersen. De open-source-ideologie van de website zorgt er ook voor dat onderzoekers over de hele wereld hun genomen willen delen. Ze bieden aan om monsters naar zijn laboratorium op te sturen of vragen om advies over hoe ze het virus kunnen ontleden. “Ze zien de weergave van de data en zeggen: ‘wij willen ook het DNA van het virus van onze patiënten ontleden.’”

Hoewel dergelijke grafieken en stambomen nuttig zijn om in grote lijnen te kunnen zien hoe de pandemie zich ontwikkelt, waarschuwt Andersen dat bezoekers van de site niet te snel conclusies moeten trekken, omdat ze geen inzicht hebben in de veel uitgebreidere achtergrondgegevens. Waar hij op doelt: Bedford moest op Twitter een bericht rectificeren waarin hij had gesteld dat uit de overeenkomst tussen de gegevens van een besmette Duitse patiënt in Italië en die van een patiënt uit München, die een maand eerder besmet was geraakt, bleek dat de Europese uitbraak in Duitsland was begonnen.

“Op basis van de stamboom lijkt het misschien alsof er een verband is, maar er ontbreken zoveel stukjes in de keten over overdacht dat er ook andere verklaringen mogelijk zijn,” stelt Andersen.

Op plekken waar maar beperkt kan worden getest en beperkt onderzoek kan worden gedaan naar individuele gevallen, blijft genetische data van belang om te kunnen zeggen of alle maatregelen voor sociale onthouding werken.

“We kunnen iets zeggen over de afname van de overdracht en antwoord geven op de vraag op we de teugels al kunnen laten vieren,” zegt hij.

Geen biologisch wapen

Bovendien konden onderzoekers, doordat ze de evolutionaire geschiedenis van het virus konden achterhalen, het ongelijk van complotdenkers aantonen, bijvoorbeeld dat SARS-CoV-2 in het geheim in een lab werd gemaakt om als biologisch wapen in te zetten.

In een artikel van 17 maart in Nature Medicine, waarvan Andersen coauteur is, worden de genetische eigenschappen van SARS-CoV-2 vergeleken met de meest daaraan verwante virussen, zoals SARS, MERS en virussoorten die bij vleermuizen en schubdieren werden aangetroffen.

Ten eerste lijkt de onderliggende structuur van SARS-CoV-2 niet op die van de coronavirussen die eerder in laboratoria werden bestudeerd. Het nieuwe coronavirus heeft daarnaast genetische eigenschappen die erop wijzen dat het te maken heeft gehad met het afweersysteem van een levend wezen, en niet is ontwikkeld in een petrischaaltje.

“Iemand die op zoek is naar het perfecte virus, zou dat niet zo hebben gedaan.”

door Kristian Andersen, Scripps Research

Bovendien zou de ontwikkelaar van een biologisch wapen een maximaal effect willen bereiken, en waarschijnlijk op zoek gaan naar iets dat in de geschiedenis effectief is gebleken. Maar het nieuwe coronavirus bevat kleine foutjes, die erop wijzen dat er sprake is geweest van natuurlijke selectie. Zo maken coronavirussen gebruik van zogenaamde spike-eiwitten, die eruit zien als broccoli-uitsteeksels, om zich te kunnen binden aan receptoren. Dat zijn een soort ‘poorten’ waardoor de virussen naar binnen kunnen en de cellen van dieren kunnen infecteren. Uit experimenten blijkt dat het nieuwe coronavirus zich sterk bindt met een receptor in mensen die ACE2 wordt genoemd, maar die interactie is niet optimaal, leggen de auteurs uit.

“Iemand die op zoek is naar het perfecte virus, zou dat niet zo hebben gedaan,” aldus Andersen. Al met al blijkt uit hun analyse dat het virus ergens in november oversprong van een dier naar een mens.

In de toekomst wordt genetische analyse van virussen zelfs nog belangrijker om lokale of regionale virale uitbraken te herkennen voordat ze zich kunnen verspreiden.

“Als er een potentieel virus de kop op zou steken in een Afrikaanse gemeenschap, bijvoorbeeld, zijn we nu in staat om monsters naar het laboratorium te brengen voor ‘shotgun’-analyse,” vertelt Phil Febbo. De arts staat aan het hoofd van de medische afdeling van Illumina, 's werelds grootste fabrikant van machines voor genetische analyse, gevestigd in San Diego in de Amerikaanse staat Californië. Met behulp van de shotgun-techniek kunnen onderzoekers random groepen genen analyseren, zodat ze een virus sneller kunnen herkennen. Dat stelt autoriteiten in staat eerder een beslissing te nemen over maatregelen om de overdracht van een virus een halt toe te roepen.

Er moet nog veel werk worden verzet voordat zo'n snelwerkend wereldwijd bewakingssysteem kan worden opgezet. Er moeten laboratoria worden gecreëerd. Overheden moeten meedoen. Er moeten medewerkers worden aangenomen en opgeleid om te werken met analyse-apparatuur en om de resultaten te analyseren.

“De technologie vormt geen beperking,” aldus Febbo. “Het is een kwestie van de schouders eronder zetten als internationale gemeenschap.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

lees verder

Wat is het coronavirus?

Wereldwijd hebben tienduizenden mensen COVID-19, de ziekte die wordt veroorzaakt door het nieuwe coronavirus. Dit is wat je erover moet weten.
Coronavirus

Achtergrond: Coronavirus

Blijf op de hoogte van de wetenschap en de verhalen achter de wereldwijde uitbraak van het coronavirus.

Nieuw coronavirus vond zijn oorsprong in dierenhandel

Terwijl er in meerdere landen gevallen van de ziekte zijn vastgesteld, kijken gezondheidsautoriteiten naar soortgelijke uitbraken in het verleden om een gemeenschappelijke rode draad te vinden.
Lees meer