Er zijn meer virussen dan sterren in het heelal. Waarom zijn er maar een paar die ons ziek maken?

Er leven meer dan een biljard afzonderlijke virussen op aarde, maar de meeste zijn niet in staat om mensen te infecteren. Lukt het om virussen te vinden die dat wel zijn?

vrijdag, 17 april 2020,
Door Katherine J. Wu
Op deze opname die gemaakt werd met een rasterelektronenmicroscoop is te zien hoe SARS-CoV-2 (ronde, goudkleurige ...

Op deze opname die gemaakt werd met een rasterelektronenmicroscoop is te zien hoe SARS-CoV-2 (ronde, goudkleurige objecten) bevestigd is aan de oppervlakte van in het lab gekweekte cellen. SARS-CoV-2 is het virus dat COVID-19 veroorzaakt.

Foto van NIAID-RML

Naar schatting bestaan er 10 quintiljoen (10 tot de 31e macht) afzonderlijke virussen op aarde. Om je een idee te geven: als je die zou verdelen over alle sterren in het heelal, zou elke ster er 100 miljoen krijgen.

Virussen zijn overal op onze planeet te vinden: ze dobberen in het zeewater, ze zweven in de atmosfeer en zitten in de kleinste korreltjes aarde. Deze pathogenen worden meestal gezien als niet-levende entiteiten, ze kunnen zich slechts voortplanten met behulp van een gastheer. Maar ze zijn wel in staat om alle soorten levende organismen te belagen, waaronder allerlei menselijke cellen.

Toch lukt het onze soort om het grootste deel van de tijd relatief gezond te blijven in deze wereld vol virussen. Dat komt niet zozeer door de weerstand van het menselijk lichaam tegen ziekten, maar dat heeft meer te maken met de biologische eigenaardigheden van de virussen zelf, vertelt Sara Sawyer die als viroloog werkzaam is aan de Amerikaanse University of Colorado Boulder. De ziektekiemen zijn buitengewoon kieskeurig als het gaat om de cellen die ze infecteren, en slechts een oneindig klein deel van de virussen die ons omringen vormen daadwerkelijk een gevaar voor mensen.

Zoals de huidige COVID-19-pandemie echter duidelijk aantoont, duiken er soms wel degelijk nieuwe mensenvirussen op - en dat is niet zo onverwacht als het lijkt.

Om dergelijke uitbraken beter te voorspellen en te voorkomen, proberen wetenschappers de eigenschappen te vinden die kunnen verklaren waarom sommige virussen het op mensen voorzien hebben, en andere niet. Sommige muteren relatief vaak, waardoor ze zich mogelijk gemakkelijker verspreiden naar nieuwe gastheren, terwijl andere worden geholpen door contacten van mensen met dieren, waardoor virusdeeltjes de kans krijgen om van de ene soort op de andere over te gaan.

Als het om epidemieën gaat “is er echt sprake van patronen,” vertelt Raina Plowright die als ecoloog onderzoek doet naar ziekten aan de Amerikaanse Montana State University. “En die patronen zijn voorspelbaar.”

De grenzen tussen soorten oversteken

De meeste nieuwe besmettelijke ziekten bereiken de mens op dezelfde manier als COVID-19: als zogenaamde zoönose, een ziekte die door dieren op de mens wordt overgebracht. Geschat wordt dat alleen zoogdieren en vogels al gastheer zijn voor circa 1,7 miljoen nog niet ontdekte typen virussen. Dat aantal bracht wetenschappers wereldwijd ertoe om in de dierenwereld op zoek te gaan naar een virus dat mogelijk de volgende pandemie voor onze soort zal veroorzaken. (Ook bacteriën, schimmels en parasieten kunnen van dieren op mensen overgaan, maar deze ziekteverwekkers kunnen zich over het algemeen voortplanten zonder dat een gastheer besmet raakt en virussen zijn vaak beter in staat om van de ene soort op de andere over te gaan.)

Om van de ene soort op de andere over te gaan, moet een virus een aantal biologische hordes nemen. De ziekteverwekker moet het ene dier verlaten en in contact komen met het andere, en vervolgens een besmetting veroorzaken in die tweede gastheer, vertelt Jemma Geoghegan die als viroloog aan de Australische Macquarie University werkt. Dit wordt spillover genoemd. Als het virus eenmaal een nieuwe gastheer heeft gevonden, moet het zich verder verspreiden naar soortgenoten van de gastheer.

Hoe vaak het precies gebeurt is moeilijk in te schatten, maar het overgrote deel van de spillovers van dieren naar mensen loopt waarschijnlijk met een sisser af, met een eenmalige besmetting die niet verder gaat dan die eerste persoon. Er moeten “zoveel factoren in elkaar grijpen” voordat een nieuw virus kan uitgroeien tot een epidemie, vertelt viroloog Dorothy Tovar van de Stanford University.

Controleurs nemen bloed af bij een kip voor een vogelgrieptest in Can Tho in Vietnam.

Foto van Lynn Johnson, Nat Geo Image Collection

Zo is het de vraag hoe vaak een virusdragend dier in contact komt met een mens, hoe het virus wordt verspreid, hoe lang een virus buiten een gastheer kan en in hoeverre een virus in staat is om het menselijk afweersysteem te ondermijnen, om maar enkele factoren te noemen. Als er ergens een kink in de kabel komt in de transmissieketen dan lukt het de ziekteverwekker waarschijnlijk niet om een nieuwe soort te besmetten. Zelfs factoren die op het eerste gezicht niet van belang lijken, zoals een overdaad aan regen of een lokaal gebrek aan voedsel, kunnen ervoor zorgen dat de contacten tussen mensen en dieren veranderen.

Bij een transmissie is het een van de grootste uitdagingen voor een virus om toegang te krijgen tot de cellen van de nieuwe gastheer. Daarin bevindt zich de noodzakelijke moleculaire machinerie waarmee de ziekteverwekker zich kan vermenigvuldigen. Meestal hecht een virus zich aan een molecuul dat op de buitenkant van een menselijke cel zit, een beetje zoals een sleutel in een slot past. Hoe beter het past, hoe groter de kans is dat de ziekteverwekker de cel weet binnen te komen. SARS-CoV-2, het coronavirus dat COVID-19 veroorzaakt, gaat een verbinding aan met het eiwit ACE2 om cellen in de luchtwegen van mensen binnen te dringen.

Voor iedere gastheer “is er een heel klein aantal ziekteverwekkers dat in staat is op deze manier cellen binnen te dringen,” aldus Sawyer. Het overgrote deel van de virussen waarmee we in contact komen komt onze cellen niet binnen en verlaat ons lichaam weer, als onschadelijke bezoekers.

De vele gezichten van virussen

Soms weet een ziekteverwekker echter wel in de cel door te dringen. Voor zover bekend zijn er ruim tweehonderd virussen die ervoor zorgen dat mensen ziek worden. Al die virussen zijn in staat om binnen te dringen in de menselijke cellen. Maar het is zo goed als zeker dat ze dat niet altijd al konden.

De gastheermoleculen waar de virussen zich aan vastklampen, receptoren genoemd, verschillen vaak aanzienlijk van soort tot soort, aldus Sawyer. “Een essentiële eigenschap van virussen die zoönosen veroorzaken is dat ze zich met slechts enkele evolutionaire stapjes weten aan te passen aan de menselijke versie van die receptor.”

Virussen met een grote genetische flexibiliteit, met name de soorten die hun genen coderen in de vorm van RNA in plaats van DNA, zijn zeer goed in staat om de grenzen tussen soorten over te steken. Vergeleken met virussen en cellen die gebruikmaken van DNA, gaan RNA-virussen slordig te werk bij het kopiëren van hun genetische code, waardoor er vaak en veel mutaties optredenSarah Zohdy, een ecoloog die aan de Amerikaanse Auburn University onderzoek doet naar ziekten legt uit dat er door dit foutgevoelige proces veel diversiteit in populaties van RNA-virussen ontstaat, waardoor die snel in staat zijn zich aan te passen aan nieuwe omstandigheden, zoals een nieuwe soort.

De ziekteverwekkers die de mens in de afgelopen tientallen jaren hebben besmet waren voor het grootste deel RNA-virussen, zoals Ebola, SARS, MERS, Zika, verschillende griepvirussen en SARS-CoV-2.

Sommige virussen zijn ook in staat hun genetische code te veranderen via een andere methode, die enigszins lijkt op geslachtelijke voortplanting. Als twee genetisch verschillende virussen dezelfde cel infecteren, kunnen ze segmenten van hun genenmateriaal met elkaar uitwisselen terwijl ze zich vermenigvuldigen. Daardoor ontstaan hybride virussen, die verschillend zijn van beide ‘ouders’. De op RNA gebaseerde griepvirussen behoren tot de virussen die zowel zelfstandig muteren als regelmatig hun genoom met elkaar vermengen. Die eigenschap heeft ertoe bijgedragen dat griep zich heeft weten te verspreiden onder een heel scala van wilde en tamme dieren, zoals varkens, walvissen, paarden, zeehonden, verschillende soorten vogels en natuurlijk mensen.

Het ‘perfecte’ pathogeen

Mutatie of het vermengen van virussen is echter geen garantie voor spillover. Bovendien kunnen virussen die geen van beide doen nog steeds veel gastheren besmetten.

Enkele jaren geleden ontdekten Geoghegan en haar collega's nog een hele serie andere eigenschappen die vaak voorkomen bij virussen en ervoor zorgen dat mensen ziek worden. Uit hun analyse bleek dat het voor virussen gunstig lijkt te zijn om zich lang in hun gastheer te verstoppen, zonder dat deze sterft. Hoe langer de besmetting duurt, hoe meer tijd deze sluipende ziekteverwekkers waarschijnlijk hebben om zich aan te passen en zich naar nieuwe soorten te verspreiden, legt ze uit.

Veel van de ziekteverwekkers die overspringen op mensen zijn afkomstig van knaagdieren, vleermuizen en primaten. Dat heeft vermoedelijk te maken met een combinatie van de mate waarin deze dieren voorkomen, hoe dicht ze in de buurt van mensen leven en in hoeverre ze op mensen lijken, aldus Zohdy. En natuurlijk vormen virussen die verwant zijn aan ziekteverwekkers voor de mens, zoals nieuwe griepsoorten en het nieuwe coronavirus, altijd een mogelijk risico. Hoewel veel van deze microben uiteindelijk onschadelijk zijn voor mensen, kunnen ze zich met enkele genetische veranderingen aanpassen aan onze cellen.

Eigenschappen van virussen zijn op zichzelf niet genoeg om pandemieën te kunnen voorspellen. Maar terwijl wetenschappers doorgaan met het in kaart brengen van de verschillende virussendie op onze planeet voorkomen, kan kennis over deze veelzeggende eigenschappen helpen bij het stellen van prioriteiten in het onderzoek naar ziekteverwekkers, aldus Tracey Goldstein, mededirecteur van het One Health Institute van de University of California. Als een kandidaatvirus in de buitenwereld wordt ontdekt, kan het naar het lab worden gebracht om uit te zoeken of het inderdaad in staat is om menselijke cellen te infecteren en zich te vermenigvuldigen.

Van oudsher werden veel van dergelijke onderzoeken gedaan door verschillende groepen wetenschappers. Sommige richtten zich op het nemen van monsters van virussen in de buitenwereld en andere hielden zich vooral bezig met het onderzoeken van de pathogenen in het lab, aldus Tovar. Maar de wetenschap kan geen volledig beeld krijgen van voor de mens mogelijk gevaarlijke ziekteverwekkers zonder dat die in de buitenwereld worden opgespoord, en er kan niet worden vastgesteld welke soort het grootste risico vormt zonder laboratoriumexperimenten.

“Dus we moeten alles samen laten komen, het is allemaal belangrijk,” zegt Plowright. Deze complexiteit kan gunstig uitpakken voor de mens: hoe meer spillover-factoren wetenschappers ontdekken, hoe meer mogelijkheden ze hebben om in te grijpen. Als er eenmaal genoeg informatie is, is het misschien mogelijk om epidemieën te voorkomen voordat ze uitbreken.

“Het is ongelooflijk hoeveel informatie we hebben weten te verzamelen in zo'n korte tijd,” stelt Zohdy. “Dat alleen al geeft mij hoop.”

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

lees verder

Hoe springen ziekteverwekkers als het coronavirus over van dieren op de mens?

Elk jaar worden miljoenen mensen gedood door ‘zoönoses’, oftewel zoönotische ziekteverwekkers die vanuit diersoorten overspringen naar de mens. Waar komen ze vandaan en hoe kunnen we ze vermijden?
Coronavirus

Achtergrond: Coronavirus

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

Coronavirus 101: wat je moet weten

Onze kennis over COVID-19, de ziekte die wordt veroorzaakt door het nieuwe coronavirus, evolueert dagelijks – maar deze belangrijke basics zijn wel bekend.
Lees meer