Cel uit de hel

`The cell from hell' noemden de Amerikanen hem, de dinoflagellaat Pfiesteria. In 1992 was hij verantwoordelijk voor plotselinge omvangrijke vissterftes in riviermondingen aan de oostkust van de Verenigde Staten. De eencellige alg zou onder bepaalde omstandigheden een zenuwgif uitscheiden dat vissen verdooft en doodt waarna de alg zich ongehinderd te goed kan doen aan het vlees.

Maar nieuw onderzoek onder leiding van marien bioloog Wolfgang Vogelbein (Virginia Institute of Marine Sciences) heeft geen enkele aanwijzing opgeleverd dat Pfiesteria een toxine produceert. De vissen gaan alleen dood als zij direct in contact komen met de dinoflagellaat. Volgens Vogelbein is dat een gevolg van `micropredatie'; de roofzuchtige eencelligen maken wonden in de huid van de vis, waardoor deze problemen krijgt met de zoutbalans van het lichaam, gevoelig wordt voor andere infecties en uiteindelijk het loodje legt. Ook de menselijke huid kan worden aangetast door de alg. De onderzoeker presenteerde zijn resultaten de afgelopen week in twee afzonderlijke publicaties, in Proceedings of the National Academy of Sciences en Nature advanced online publication.

Vogelbein en zijn collega's plaatsten een plastic bakje met vissenlarven in een aquarium met Pfiesteria. De bodem van het bakje was gemaakt van een polycarbonaat met gaatjes van 3 micrometer. Een gifstof zou hierdoor makkelijk kunnen passeren, maar de dinoflagellaten zelf niet. De vissenlarven bleven gezond zolang het membraan hen scheidde van de algen. Maar zodra zij in direct contact kwamen met Pfiesteria werden zij snel ziek. Binnen enkele uren stierven de eerste vissen en na twee dagen waren zij vrijwel allemaal dood.

Pfiesteria is een curieus organisme dat vele verschillende verschijningsvormen kent. Het ene moment voedt het zich met algen, maar in een ander stadium gebruikt het de bladgroenkorrels van zijn algenprooi om zelf aan fotosynthese te doen. En onder bepaalde omstandigheden kan Pfiesteria zich ontpoppen tot vleeseter.

Onder de microscoop kon Vogelbein duidelijk volgen wat er dan gebeurt. De dinoflagellaten detecteerden razendsnel dat er een vis in de buurt was en zwommen er met behulp van hun zweepstaart haastig naartoe. Ze hechtten zich aan de huid met een speciale uitstulping en begonnen te `eten'. De maaltijd duurde een dikke minuut, waarbij de dinoflagellaat zichtbaar opzwol naarmate hij meer cytoplasma en celorganellen van de huidcel in zich opzoog. Daarna maakte de Pfiesteria-alg zich weer los en zwom langzaam weg. De vis bleef achter met ernstige verwondingen aan de huid.

Vogelbein ontdekte verder dat een extract van dode Pfiesteria-algen helemaal niet giftig was voor vissen. Ook slaagde hij er niet in om in Pfiesteria specifieke genen te vinden die bij andere dinoflagellaten verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van toxische stoffen. Alles bij elkaar genomen, acht de marien bioloog het waarschijnlijker dat de alg helemaal geen gif produceert, maar via zijn destructieve vraat aan de huid van vissen de weg vrijmaakt voor secundaire infecties.

Dat gaat lijnrecht in tegen de ideeën van Pfiesteria-pionier JoAnn Burkholder van de North Carolina State University. Als ontdekker van de dinoflagellaat beschreef zij in 1992 in Nature hoe de alg door uitscheiding van een wateroplosbaar neurotoxine talloze vissen de dood in joeg als verklaring voor de massale vissterftes die optraden voor de Atlantische kust van de Verenigde Staten. Ze gaf het organisme de wetenschappelijke naam Pfiesteria piscicida, `de alg die vissen doodt'.

Algendeskundige Burkholder dacht aan een mechanisme analoog aan de bekendere giftige algenbloeien die in open zee voorkomen en vanwege hun rode kleur ook wel bekend staan als `red tide'. De algen scheiden dan uiterst krachtige neurotoxinen uit waardoor veel zeedieren dood aanspoelen. Het idee dat er een gifstof in het spel moest zijn werd nog versterkt nadat Burkholder in 1993 met een collega en enige vissers zelf slachtoffer van Pfiesteria was geworden, toen zij zich tijdens een algenbloei in het water had gewaagd. Haar huid vertoonde vreemde verwondingen en in de periode erna had zij last van kortstondig geheugenverlies.

mediahype

De wetenschap dat ook mensen last konden krijgen van Pfiesteria ontketende een ware mediahype in de VS. Er verscheen een ronkend boek `And the waters turned to blood' over de opmars van de alg en het organisme kreeg zijn onheilspellende bijnaam `the cell from hell'. Samen met Pfiesteria shumwayae, een tweede soort die in 1995 werd ontdekt, is P. piscicida in de jaren negentig verantwoordelijk geweest voor de dood van miljoenen vissen in een gebied dat zich uitstrekt van Chesapeake Bay, het estuarium ten zuiden van Washington DC, tot aan de Golf van Mexico.

De vissterfte bracht met name in Amerika een heel legertje biologen op de been die het fenomeen gingen onderzoeken. Maar ondanks de grote onderzoeksinspanning bleek het erg moeilijk het toxine van Pfiesteria te identificeren. Onlangs kwamen twee onderzoekers met twee kandidaatstoffen die biologisch actief waren (ze doodden vissen) maar die gaven heel andere symptomen dan de karakteristieke huidverwondingen. Volgens Vogelbein kan het toxine ook van andere micro-organismen komen die samen met Pfiesteria in zee voorkomen. Hij noemt het voorbeeld van de giftige alg Chatonella die is aangetroffen bij een massale vissterfte in de Rehoboth-baai ten zuiden van Philadelphia in augustus 2000. Chatonella produceert brevetoxine, een zeer sterk neurotoxine. Dat zou ook heel goed de neurologische klachten die Burkholder ondervond kunnen verklaren.

Eerder deze zomer kwam een ander deel van het Pfiesteria-onderzoek van Burkholder ook al onder vuur te liggen. R. Wayne Litaker van de National Oceanic & Atmospheric Administration kwam tot de conclusie dat Pfiesteria niet het ongekend grote aantal van 24 levenstadia heeft zoals Burkholder in 1997 beschreef, maar slechts zeven, heel normaal voor een doorsnee dinoflagellaat (Journal of Phycology, juni).

Litaker volgde de Pfiesteria-dinoflagellaten twee jaar lang onder uiteenlopende omstandigheden en noteerde telkens in welk stadium het organisme zich bevond. Hij wist Pfiesteria selectief uit zijn monsters te pikken dankzij fluorescerende merkstoffen die, gekoppeld aan specifieke moleculaire merkers, specifiek aan het DNA van de dinoflagellaat binden. De specifieke merkers lieten er geen twijfel over bestaan dat hij telkens naar Pfiesteria keek. Litaker telde er niet meer dan zeven. De eerder beschreven amoebe-achtige stadia onbraken geheel. In een reactie zegt Burkholder dat Litaker zich heeft blind gestaard op slechts een paar Pfiesteria-stammen, waardoor hij belangrijke informatie zou hebben gemist.