Bacterie in schaapskleren

In 1992 ontstond in Madras in India een cholera-epidemie, veroorzaakt door een nieuwe bacteriestam. Ook mensen die al eens cholera hadden gehad werden er ziek van. Onderzoekers van het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne in Bilthoven hebben genen in de nieuwe stam ontdekt die ervoor zorgen dat eerder opgebouwde afweer tegen de cholerabacterie vrijwel niet meer werkt.

Cholera wordt veroorzaakt door bacteriën van de soort Vibrio cholerae. Daarvan bestaan meer dan 150 serotypen, wat wil zeggen dat de afweer van zoogdieren (mensen en dieren) er verschillend op reageert. Cholera komt in een aantal gebieden, zoals de Gangesdelta in India, al sinds mensenheugenis voor. Nu en dan ontstaat er een variant die een wereldwijde epidemie veroorzaakt. Sinds 1880, toen de bacterie is gekarakteriseerd, zijn er drie van zulke pandemieën geweest. Ze werden allemaal veroorzaakt door twee varianten van het serotype O1, de klassieke en de El Tor. Iemand die al eens met een O1 besmet is geweest, wordt daar niet opnieuw ziek van. Cholera is daardoor in de gebieden waar cholera van nature voorkomt vooral een kinderziekte.

Andere Vibrio-typen dan O1, genummerd van O2 tot inmiddels O155, veroorzaken soms misselijkheid en diarree maar geen cholera. Dat is een ziekte waarbij de patiënt een levensbedreigende diarree krijgt veroorzaakt door een toxine uit de bacterie dat de darmwandcellen tot het afscheiden van water en zouten stimuleert. In de diagnostiek wordt daarom in de regel alleen onderscheid gemaakt tussen O1- en non-O1-stammen. Een non-O1-stam is meestal onschuldig.

Die situatie is sinds 1992 veranderd. De nieuwe epidemie in India werd tot schrik van de choleradeskundigen door een non-O1-type veroorzaakt, door een O139.

Dr. Frits Mooi en NWO-promovenda drs. Elisabeth Bik, verbonden aan de unit moleculaire microbiologie van het RIVM in Bilthoven, onderzoeken de mogelijkheid van een choleravaccin. Dat lijkt geen eenvoudige zaak. Het RIVM produceerde ooit zo'n vaccin, maar het werkte nauwelijks. Andere vaccinproducenten zijn er evenmin in geslaagd een succesvolle kunstmatige afweer tegen vibriobacteriën op te bouwen. Het RIVM concentreert zich bovendien op kindervaccins die in Nederland worden gebruikt.

Grootste struikelblok is dat de afweer tegen de bacterie en zijn toxine in de darm moet worden gevormd. Een in te slikken (oraal) vaccin met levende niet-ziekteverwekkende cholerabacteriën zou uitkomst bieden. Maar een Vibrio zonder toxinegenen veroorzaakt toch diarree kort nadat iemand daarmee is geïmmuniseerd. Bik en Mooi bestuderen de genen op het cirkelvormige chromosoom van Vibrio-bacteriën om meer inzicht te krijgen in de manier waarop Vibrio ziekte en cholera veroorzaakt.

Bik: 'Toen we de O139-stam in huis kregen maakte ik een 'fingerprint' van het DNA met een methode waarmee we hier op het lab O1-stammen goed van non-O1-stammen kunnen onderscheiden. Daarbij bleek dat deze nieuwe O139 genetisch heel sterk lijkt op de O1-El Tor, maar door het menselijk afweersysteem als sterk afwijkend wordt gezien.'

Aan de hand van een ontbrekend streepje in de 'fingerprint' vond Bik al snel een stuk DNA van 15.000 baseparen dat in O1 wel, maar in O139 niet aanwezig is. Op dat stuk hadden Australische onderzoekers de genen gevonden die ervoor zorgen dat de buitenkant van de O1-Vibrio-stammen van lange suikerstaarten worden voorzien. Mooi: 'Ons afweersysteem herkent bacteriën aan die suikerstaarten. Een ontbrekend of ander type suikerstaart betekent dat ons afweersysteem de bacterie niet meer herkent.'

O139 mist dan wel een fragment van 15.000 baseparen, Bik ontdekte dat er een fragment van 11.000 baseparen voor in de plaats was gekomen dat in de O1-stammen ontbreekt. Bik: 'Waarschijnlijk bepaalt de verwisseling van die twee fragmenten het grote verschil met de O1-El Tor-stam. Deze O139-stam is in wezen een O1, waarin 15.000 van de in totaal 3.000.000 baseparen zijn vervangen door 11.000 baseparen die niet in O1-stammen voorkomen.' Bik zocht vervolgens in zestig verschillende O-typen naar dat fragment en vond het in de typen O69 en O141.

Waarschijnlijk is het zo gegaan: een O1-El Tor-Vibrio-bacterie wisselde in een brak kustwatertje nabij Madras een kleine stukje ringvormig DNA (plasmide) uit met een O69-bacterie, of nam dood materiaal van een O69 op. Met deze horizontale transmissie veranderde de O1-El Tor in een wolf in schaapskleren. Het pakket toxinegenen draagt de bacterie nog bij zich, maar hij tooit zijn omhulsel met de lipopolysacchariden van een nauwelijks ziekmakende variant.

Mooi: 'In dit onderzoek hebben we een direct verband kunnen leggen tussen de overdracht van een klein stukje DNA en het ontstaan van een epidemie. Dat is uniek, maar de conclusie is niet opwekkend. De cholerabacterie kan sterker variëren dan we altijd dachten. De grens tussen O1- en non-O1-typen is niet zo scherp. Zodra er voldoende weerstand is tegen de O1-typen kan een nieuw, non-O1-type de kop opsteken. Van deze O139 die we nu hebben getypeerd zijn in India honderdduizenden mensen ziek geweest, maar hij heeft zich niet verder verspreid. Toch is dit slecht nieuws voor de vaccinontwikkelaars. Tot nu toe is de vaccinontwikkeling altijd gericht geweest op de O1-typen. We weten nu dat dat onvoldoende is.'