Op het moment dat ik dit stukje schrijf is het in mijn stad, Haarlem, niet aan te raden water uit de kraan te drinken. Hierin heeft zich namelijk een bacterie, genaamd Escheria coli (kortweg E. coli) gehuisvest. Wie dit water toch drinkt loopt het risico de komende dagen op de wc door te moeten brengen. Het kan erger: van een simpele verkoudheid tot griep of AIDS; de mensheid wordt geteisterd door virussen. Het gevecht tegen deze bedreigingen heeft ons naast allerlei beschermingsstrategieën belangrijke inzichten geleverd binnen de biologie maar ook tot nieuwe vragen geleid over de grens tussen leven en dood.
De cel is de bouwsteen van het leven; een waterig chemisch fabriekje omsloten door een membraan. In elke cel van ons lichaam ligt de genetische code voor het maken van een compleet nieuw mens. Bij dierlijke en plantencellen ligt die code, het DNA, verpakt in de celkern. We spreken van eukaryoten (Grieks: eu = goed en karyon = kern). Naast organismen die uit heel veel cellen bestaan zoals de eik of de mens (wij bezitten er zo’n 100 triljoen) zijn er naar schatting miljoenen soorten die slechts uit 1 cel bestaan; de micro-organismen. Wie met een microscoop in een druppel regenwater kijkt ziet ze langs zwemmen. Soms met een krans van trilhaartjes zoals het pantoffeldiertje, soms als Barbapapa-achtige verschijningen die voortdurend van vorm veranderen zoals de amoebe.
De kleinste ééncelligen zijn de bacteriën. Ze zijn gemiddeld 1 duizendste millimeter groot en bezitten uiteraard de genetische code waarmee een nieuwe bacterie gemaakt kan worden. Echter, in tegenstelling tot dierlijke of plantencellen missen ze een celkern om dat DNA in te verpakken; we noemen ze prokaryoten. Het eerste leven dat zo’n vier miljard jaar geleden op Aarde ontstond moet sterk op de huidige bacteriën hebben geleken. Hieruit zijn de eukaryoten ontstaan die behalve een celkern in het bezit zijn van verscheidene ‘organellen’ zoals de mitochondria; de energie fabriekjes van de eukaryotische cel. Zo’n organel bevat zijn eigen DNA en ging waarschijnlijk ooit als zelfstandige prokaryoot door het leven om circa anderhalf miljard jaar geleden te worden opgeslokt. Uit die veel complexere eukaryotische cellen konden uiteindelijk de hogere planten en dieren ontstaan.
Bacteriën vinden we nu op de meest onwaarschijnlijke plekken. In kokend hete bronnen, op ijzige bergtoppen, op plaatsen zonder zuurstof, in de zee en de woestijn, en… in onszelf. Het menselijk lichaam bevat meer bacteriën dan menselijke cellen. Verreweg de meeste van deze bacteriën zijn niet ziekteverwekkend maar helpen ons te overleven. Zo zijn bacteriën in onze darmen essentieel voor de vertering van voedsel en de aanmaak van vitaminen. Niet voor niets kunnen we flesjes bacteriën tegenwoordig in de supermarkt kopen voor ‘een goede darmflora’. Ook buiten ons lichaam doen ze uitstekend werk: bacteriën waren medeverantwoordelijk voor het ontstaan van de zuurstofrijke atmosfeer die zo’n 2 miljard jaar geleden leidde tot de revolutionaire omwenteling naar zuurstofverbruikende levensvormen en ze produceren nog steeds een belangrijk deel van de door ons ingeademde zuurstof. Omdat bacteriën in staat zijn zich met de vreemdste dingen te voeden, gebruiken we ze zelfs voor het opruimen van olieverontreinigingen en dankzij de moleculaire genetica beschikken we inmiddels over bacteriën die zo zijn gemodificeerd dat ze insuline produceren.
De bacteriën in onze darmen hebben het immuunsysteem zodanig opgevoed dat ze met rust worden gelaten maar andere soorten worden als indringers herkend. Soms moet het immuunsysteem de infectie rigoureus opruimen, zoals bij de tetanus bacterie die in straatvuil voorkomt en een neurotoxine aanmaakt dat onze spieren laat samentrekken in spasmen. Soms is in toom houden voldoende. We zien hoe belangrijk dit is als het immuunsysteem door chemotherapie of aanhoudende virale infecties onderdrukt is en huid- en longontstekingen de kop op steken.
Helaas overwint het immuunsysteem niet altijd. In die gevallen gebruiken we antibiotica, chemische stoffen zoals het penicilline dat door een schimmel gemaakt wordt, die de groei van bacteriën remmen of ze zelfs doden. Bacteriën hebben echter in hun lange bestaan geleerd zich te wapenen tegen allerlei chemische gevaren en een antibioticakuur selecteert feitelijk voor bacteriën die tegen dat antibioticum het best gewapend zijn. Het is daarom van belang dat een antibiotica kuur wordt afgemaakt om ook de allerlaatste (meest ‘resistente’) bacterie nog te doden. Het wordt echt vervelend als door (slordig) gebruik van verschillende antibiotica multiresistentie ontstaat. Ziekenhuizen waar veel antibiotica worden gebruikt, zijn notoir in dit opzicht. Dat dit verstrekkende gevolgen kan hebben blijkt wel uit het feit dat een multiresistente streptokok die in 1961 in een Engels ziekenhuis werd ontdekt, inmiddels wereldwijd een geschatte 50 miljoen mensen heeft gekoloniseerd.
Bacteriën zijn voor het opbouwen van resistentie overigens niet alleen afhankelijk van spontane mutaties die toevallig in het DNA optreden. Ze kunnen losliggende stukken DNA onderling uit wisselen waarop de code ligt voor resistentie tegen verscheidene antibiotica. Dit kan zelfs tussen bacteriën die evolutionair ver van elkaar af staan (alsof een paard aan een kip het vermogen om te hinniken zou geven). Door die flexibiliteit zal het ons waarschijnlijk nooit lukken echt af te rekenen met potentieel dodelijke bacteriën. In de westerse wereld voelen we ons dankzij de antibiotica veilig maar jaarlijks sterven nog altijd miljoenen mensen aan tuberculose en inmiddels zijn er al bijzonder hardnekkige gevallen van multiresistente tuberculose bekend. Het is zeker niet uitgesloten dat we het gevecht tegen de alsmaar resistenter wordende bacteriën verliezen.
Tegen virale infecties zijn antibiotica zinloos. Antibiotica blokkeren namelijk actieve processen zoals de aanmaak van de celwand of de productie van eiwitten. In tegenstelling tot bacteriën die dat soort zaken zelf regelen, doen virussen zelf haast niets. Een virusdeeltje bevat wel de genetische code voor het reproduceren van zichzelf maar alles wat daarvoor nodig is; het aflezen van die code, vertalen in de aanmaak van virale eiwitten, en het ophoesten van de energie en bouwstoffen die dat kost laat hij aan zijn gastheer over. Hij moet wel want hij mist de machinerie die daarvoor nodig is. Een virus is dan ook geen cel.
Virussen zijn moleculaire parasieten, ze vermenigvuldigen zich alleen in een gastheercel. Ze zijn bijna 100 keer zo klein als een bacterie en met een lichtmicroscoop niet te zien. Met een elektronenmicroscoop lukt dat wel door de veel kleinere golflengte van elektronen dan van licht. Nadat een virus in ons lichaam door een cel is opgeslokt valt zijn eiwitkapsel uit elkaar en komt zijn DNA vrij. De gastheercel, niet wetende dat het hier om een indringer gaat, maakt hier kopieën van en gebruikt het voor de productie van virale eiwitten. Nieuwe virussen worden geassembleerd, de gastheercel sterft en de virussen komen vrij om weer nieuwe cellen te infecteren. Soms vindt deze zogenaamde “lytische cyclus” niet plaats maar wordt het virale erfelijke materiaal ingebouwd in het DNA van de gastheercel. Op die manier kan het Herpes virus zich permanent in ons lichaam verschuilen om onder invloed van hormonen af en toe in de vorm van een koortslip op te duiken.
Bij sommige virussen bestaat het genetisch materiaal opmerkelijk genoeg niet uit DNA maar uit RNA, een variant die cellen gewoonlijk alleen gebruiken als tijdelijke intermediair in de vertaling van DNA naar eiwit. Zulke virussen coderen voor unieke enzymen die RNA ook kunnen kopiëren of zelfs kunnen vertalen in DNA. Dit is geheel tegengesteld aan het normale éénrichtingsproces in cellen van DNA, via RNA naar eiwit. Er wordt wel gedacht dat de allereerste primitieve levensvormen ook gebaseerd waren op RNA in plaats van DNA.
Net als een bacterie worden virussen aan de lichaamsvreemde eiwitten herkend door onze immuuncellen. We kunnen het immuunsysteem trainen om bij een bacteriële of virale infectie snel te reageren door vaccinatie met geïnactiveerde bacteriële eiwitten (zoals het miltvuur of antrax vaccin waarmee Amerikaanse soldaten geïmmuniseerd worden), toxinen (zoals de tetanus injectie) of virussen (zoals de poliovaccinatie of de griepprik). Helaas is men er nog altijd niet in geslaagd een effectief vaccin te ontwikkelen tegen sommige dodelijke virussen zoals HIV of ebola. Overigens weten virussen waarvoor dat wel het geval is door een hoge mutatie snelheid of het mixen van erfelijk materiaal van verschillende virussen voortdurend af te wijken van het vaccin. In het geval van het griepvirus coördineert de wereldgezondheidsorganisatie dan ook elk jaar opnieuw de samenstelling van het vaccin dat mensen moet beschermen tegen de dat jaar voorspelde golf van infecties. Van het verwante vogelgriepvirus bestaan varianten die ook mensen kunnen infecteren. In een horrorscenario leidt dit tot het mixen van het erfelijk materiaal van het vogelgriepvirus en het mensengriepvirus waaruit een variant ontstaat die tussen mensen overdraagbaar is en waartegen wij geen resistentie hebben: een ramp op wereldschaal.
Ondanks de relatieve eenvoud van een virus in vergelijking met een cel is zelfs het simpelste virus nog uitermate complex vergeleken met enkele meer recent ontdekte “parasieten”. Deze kunnen bestaan uit niet meer dan een enkel RNA molecuul of een enkel eiwit. De laatste noemen we ‘prionen’. Een prion is een infectieus, verkeerd gevouwen eiwit (ook wel PrPSc genoemd). Hoewel we nog niet goed begrijpen hoe, lijkt het de normaal voorkomende (correct gevouwen) PrPC eiwitten om te vormen tot de verkeerd gevouwen vorm. Dit leidt uiteindelijk tot de vorming van eiwit opeenhopingen die in het centrale zenuwstelsel een verwoestende uitwerking hebben. In koeien kan dit leiden dit tot BSE of “gekke koeien ziekte” en in mensen tot “Creutzfeldt-Jakob ziekte”.
Zo zijn we van de micro-organismen uitgekomen bij een schemerwereld op het grensvlak tussen levende en dode natuur. Als we de definitie van leven aanpassen en ook niet-cellulaire systemen zoals virussen als levend beschouwen, hoe zit het dan met prionen? Misschien verliezen we op termijn ondanks al onze creativiteit de wedloop tegen deze “nano-organismen”. Omdat sommigen van hen ons voor hun overleven nodig hebben zou dat dan in ieder geval een gezamenlijk afscheid zijn.
Tekst: Erik Danen (1965)
Relevante boeken
Worden in de loop van 2020-2021 toegevoegd (3 september 2020)
Homepage Bètacanon
(zondag 10 juni 2007)
