Diep in de griep

Het griepvirus dat in 1918 20 tot 40 miljoen mensen doodde bestaat weer, in het onderzoekslab. Het Spaanse griepvirus was ooit een vogelgriepvirus, staat nu vast. Duidelijk is dat één mutatie onvoldoende was om er een dodend mensenvirus van te maken.

`HET MOOIE van dit onderzoek'', zegt viroloog prof.dr. Ab Osterhaus, ``is dat dit ziekmakende virus nu is nagebouwd. Je kunt er mooie experimenten mee doen.'' De resultaten daarvan komen hopelijk voordat het nu naar Europa oprukkende H5N1-vogelgriepvirus gevaarlijk wordt voor de wereldbevolking. In zijn kamer op het Erasmus Medisch Centrum in Rotterdam geeft Osterhaus commentaar op het Science-artikel waarin Amerikaanse collega's de reconstructie van het Spaanse griepvirus beschrijven.

De Amerikanen brachten de Spaanse griep weer tot leven – voor zover je bij een virus over leven mag spreken. Ze haalden de genetische informatie van het virus, dat in 1918 tientallen miljoenen slachtoffers maakte, uit het geconserveerde weefsel van patiënten die bijna negentig jaar geleden aan die ziekte stierven. Met hulp van die genen werd het virus dat destijds de pandemie veroorzaakte, opnieuw opgebouwd. Uiteindelijk moet het Amerikaanse onderzoek duidelijk maken waarom het alledaagse vogelgriepvirus dat aan de basis stond van de 1918-pandemie, opeens wild om zich heen begon te slaan. En: ze hopen de informatie te leveren die een nieuwe pandemie kan voorkomen.

De onderzoeken moeten duidelijk maken welke genetische veranderingen in het virus de ziekmakende eigenschappen bepalen. En welke genvolgorden de ernst van de ziekte bepalen. En welke diersoort wordt geïnfecteerd. En in welk orgaan een virus groeit. Of het zich tot de longen beperkt, of tot de bovenste luchtwegen. En bij welke temperatuur de optimale groei plaatsvindt. Osterhaus: ``Dat zijn allemaal factoren die de pathogeniteit en overdraagbaarheid van een virus bepalen.''

Een paar van die experimenten zijn al gedaan, maar nog niet in detail. Wat de Amerikaanse onderzoekers in hun allereerste, verkennende experimenten aantonen, is dat het 1918-griepvirus niet één enkele schakelaar bevat die, als die omgezet wordt, tot een wereldwijde griepgolf leidt. Ze laten in hun Science-artikel zien dat een oppervlakte-eiwit van het virus, waar traditioneel veel van de ziekmakende eigenschappen van het virus aan toe worden geschreven, toch niet in zijn eentje verantwoordelijk is voor miljoenen griepdoden.

Dat bleek toen het gen voor dit oppervlakte-eiwit, hemagglutinine (zie kader), uit het Spaanse-griepvirus werd gecombineerd met de andere genen van de gewone, iedere winter langskomende griepvirussen. Muizen moesten een zeer hoge dosis virus toegediend krijgen om er ziek van te worden. Maar toen het hemagglutinine-gen van een gewone griep werd gecombineerd met de gereconstrueerde genen van het Spaanse-griepvirus, stierven de muizen na een bescheiden virusdosis binnen 3 tot 5 dagen. Ze gingen ten onder aan een virale longontsteking, die sterk deed denken aan de beschrijvingen van de lijdensweg van de mensen met Spaanse griep in 1918. Het gaat dus om de fatale combinatie van genvarianten, niet om de afzonderlijke componenten. Dat is hiermee aangetoond.

tactisch wapen

De vraag is nu of gedetailleerde genetische analyse een tactisch wapen is in de strijd tussen virus en mens, die wordt gestreden met de wapens van snelle evolutie (door het virus) en een geavanceerd aanpasbaar afweersysteem (bij de mens). Soms is het virus aan de winnende hand. In de vorige eeuw veroorzaakten influenzavirussen drie grote epidemieën met miljoenen doden. En iedere winter vloert het virus mensen, waarbij in Nederland toch vaak duizend tot drieduizend doden vallen. De grote epidemieën zijn het gevolg van nieuwe virussen die niet door het afweersysteem van de mens worden herkend.

Het wapen van de genetische analyse kwam de afgelopen tijd voor het eerst uit de kast. Amerikaanse grieponderzoekers die op dezelfde dag als Taubenberger publiceerden (Nature, online 5 okt) zochten naar de verbanden tussen de ziekmakende eigenschappen van het virus en hun genetische variëteit. Ze bepaalden de basenvolgorde van 209 complete genomen van influenzavirussen. Dat is tegenwoordig een fluitje van een cent, zeker omdat het virusgenoom honderdduizenden malen kleiner is dan een menselijk genoom. Sinds vorige week zijn ruim tweehonderd volgorden voor iedereen in te zien. Dat had overigens wel wat voeten in de aarde. Amerikaanse overheidslabs haalden zich al de verontwaardiging van andere virologen op de hals. De Amerikanen zijn bang om hun informatie te delen, uit vrees voor bioterrorisme.

ongelukje

Het waren geen bijzonder ziekmakende virussen die de Amerikaanse onderzoekers analyseerden. Het ging om selectie van de virussen die in de jaren 1998 tot begin 2004 in New York bij patiënten waren afgenomen en voor onderzoek naar een lab waren gestuurd. Maar het toeval wil dat er net in die periode een ongelukje gebeurde. Er ontstond een virus waartegen het griepvaccin van het winterseizoen 2003-2004 niet goed beschermde. Die stap leverde interessante genetische informatie op, die in het Nature-artikel is beschreven.

In februari 2003 hergroepeerde ergens, in een patiënt die met twee griepvirussen geïnfecteerd raakte, één van de acht genfragmenten van een niet veel voorkomende H3N2-stam zich met de zeven andere genfragmenten van de op dat moment overheersende stam.

Het virus kon aan het vaccin ontsnappen omdat de samenstelling van het vaccin een half jaar van tevoren wordt afgesproken. Bij toeval vond deze genenherschikking zo ongeveer plaats tijdens de jaarlijkse vergadering vangriepdeskundigen die voor de Wereldgezondheidsorganisatie vaststellen hoe het griepvaccin er uit moet zien dat in het najaar de bevolking van het noordelijk halfrond tegen de jaarlijkse wintergriepgolf moet beschermen. Dat gebeurt in februari, omdat de vaccinfabrikanten een aantal maanden nodig hebben om het vaccin te fabriceren.

Vaccins bevatten altijd fragmenten van het hemagglutinine-eiwit (kortweg HA), waartegen het menselijk lichaam afweerstoffen maakt. Maar juist dat HA-eiwit was in die ene patiënt in New York veranderd. Twee kleine mutaties in het eiwit zagen de onderzoekers – ze waren precies aan te wijzen. In combinatie met de andere virusgenen leverde dat een virus op met een selectievoordeel ten opzichte van andere circulerende stammen. Het infecteerde meer mensen en werd steeds belangrijker. Maar helaas: die zeldzame stam werd niet voor het vaccin geselecteerd. Pas achteraf zagen de onderzoekers hoe de H3N2-Fujian-variant ontstond die in het griepseizoen 2003-2004 een forse griepgolf veroorzaakte. De vervelende, ziekmakende verandering in de genen was al zichtbaar voordat er ook maar iemand last van had gehad.

nieuwe aanpak

Het volgen van de genetische veranderingen, en dan niet achteraf maar continu, moet de nieuwe aanpak worden. Bepaal voortdurend de genvolgorden van het genoom van circulerende influenzavirussen, houdt bij wat er genetisch verandert en voorspel de ziekmakende gevolgen. Maar er is nog veel onderzoek nodig voordat op grond van de basenvolgorde in een influenzagenoom is te voorspellen dat een nieuwe variant ziekteverwekkend gaat worden, en hoe het nieuwe vaccin er uit moet zien.

Ook de Rotterdamse virologiegroep van Osterhaus deed al eens een analyse van de genetische ontwikkeling van een virus. Samen met het Los Alamos National Laboratory keken ze naar de ontwikkeling van het H3N2-virus tussen 1968 (toen H3N2 tijdens de Hong Kong-pandemie onder de mensen kwam) en 2003. Ze stelden een rekenmodel op waarmee ze de genetische veranderingen in een deel van het hemagglutininegen van vierhonderd influenzavirussen koppelden aan de sterkte van de afweerreactie tegen die virussen.

Uit het Rotterdams-Amerikaanse model blijkt dat de aanpassing van de afweer en de genetische evolutie ongeveer gelijk op lopen. De afweer veranderde wat springeriger, de evolutie van de genvolgorde verliep meestal geleidelijk. Maar soms had een kleine genetische verandering een grote sprong in de afweerreacties tot gevolg. Die benadering, schreven Smith en Lapedes: `biedt een mogelijkheid om het relatieve succes van nieuwe, aan het daglicht tredende virusstammen te voorspellen.' Wie de binnenkomende virusisolaten onmiddellijk genetisch analyseert kan dus snel een nieuwe stam zien opkomen. Maar het zal nog jaren duren voordat zulke genetische informatie betrouwbaar genoeg is om een doorslaggevende rol bij de vaccinsamenstelling te spelen.

De Amerikanen die de genvolgorde van 209 stammen analyseerden, zagen nog iets anders dan de opkomst van een nieuwe griepvariant. Tot hun verbazing was er veel meer genetische variëteit onder de griepvirussen dan ze dachten. En dat betekent weer dat er kennelijk niet vaak vreselijke ziekmakers voortkomen uit al die nieuwe variëteiten.

patholoog

In 1918, toen de Spaanse griep uitbrak, gebeurde dat wel. Om te bepalen welke veranderingen in de virusgenen ervoor verantwoordelijk waren, begon moleculair patholoog Jeffery Taubenberger in 1997 met zijn poging om genoom van het Spaanse-griepvirus vast te stellen. Taubenberger werkt bij het Armed Forces Institute of Pathology, een onderzoeksinstituut van het Amerikaanse leger dat van oudsher gespecialiseerd is in agressieve infecties. Er wordt al tientallen jaren onderzoek gedaan naar biologische oorlogvoering.

Taubenberger had vorige week zijn finest hour. Hem overkwam waar veel onderzoekers alleen maar van kunnen dromen: in één week tijd twee artikelen in Nature en één in Science. Taubenberger werkte mee aan de reconstructie van het Spaanse griepvirus, aan de analyse van de 209 griepgenomen en aan het artikel met het hele genoom van de Spaanse griep. Aan een persconferentie was vorige week niet te ontkomen. Daar ging het in eerste instantie over de dertigduizend doden die ieder jaar in de Verenigde Staten vallen door de griep. Maar de uitbraak van vogelgriep in Azië, eind jaren negentig waaraan ook mensen stierven, gaf een extra motivatie voor het onderzoeksproject: ``De urgentie is de laatste jaren nog groter geworden.'' De Aziatische variant zou op een pandemie kunnen uitlopen. Maar niemand weet óf dat snel gebeuren, en in welk tempo.

De reconstructie van het Spaanse-griepvirus begon in de jaren negentig met een ander probleem. Hoe achterhaal je de genvolgorde een virus van bijna tachtig jaar oud? Het legerinstituut van Taubenberger beschikte over een eigen bron: longen op sterk water van 74 Amerikaanse soldaten die in de herfst van 1918 in een legerhospitaal aan de griep waren gestorven.

Uit de longen van twee patiënten, een 21-jarige man die gestationeerd was in South Carolina en een man van 30 van een basis in de staat New York, bleken uiteindelijk nog virusgenen te isoleren. Genetisch materiaal van een derde patiënt kwam uit een massagraf in de permafrost van Alaska. Daar groeven medewerkers van het instituut vier goed geconserveerde lichamen op. Eén van hen, een Inuit-vrouw, had nog virus-RNA in haar longen.

In de afgelopen acht jaar analyseerden de Amerikanen alle acht genetische segmenten van het griepvirus. Zeven van de acht genfragmenten waren reconstructies van de genfragmenten uit de Inuit-vrouw, één van de acht kwam uit de soldaat uit South Carolina. Met een in 2002 uitgevonden techniek reconstrueerden Taubenberger en zijn collega's op basis van de genetische informatie het virus dat de soldaten en de Inuit-vrouw hadden gedood. En dus is het Spaanse-griepvirus uit 1918 weer alive and kicking. Het doodt muizen en kippenembryo's en groeit in de petrischaal snel in los menselijk longweefsel.

veiligheid

Niet iedereen is blij met dat virus. Een deel van de kritiek is dat het Amerikaanse lab niet op het hoogste veiligheidsniveau met de Spaanse griep werkt, maar op het eennahoogste. En het Amerikaanse federaal comité voor biosecurity kwam in de week voor publicatie in een extra vergadering bijeen om te beslissen of de volledige genetische code van het virus wel gepubliceerd mocht worden. Het comité gaf haar fiat. Belangrijkste argument vóór vrijgeven is dat de mensen in de afgelopen negentig jaar weerstand hebben opgebouwd tegen de evolutionaire nakomelingen van het (H1N1) Spaanse-griepvirus. Een griepvirus dat eens een pandemie veroorzaakt zal dat niet snel opnieuw doen zolang zijn nakomelingen de afweersystemen van zijn potentiële slachtoffers actief houdt.

Het Spaanse-griepvirus is een vogelgriepvirus, zo blijkt uit de genetische analyse van de Amerikanen. Voordat de volledige genetische volgorde bekend was, werd het vooral gezien als een virus dat uit een varken kwam. Door achtereenvolgende mutaties werd het gevaarlijk voor de mens. Er was geen vermenging met genfragmenten van een ander virus. Bij de pandemieën van 1957 en 1968 was dat wel het geval.

Vogelgriepvirussen kunnen dus door achtereenvolgende mutaties gevaarlijk worden voor de mens. In verband met de vogelgriepepidemie die nu na jaren vanuit Azië de EU-grenzen heeft bereikt, is het de vraag hoe snel zulke mutaties ontstaan. Osterhaus trekt een parallel met de Nederlandse vogelgriep (van het H7N7-type) in 2003. Er is één man, een dierenarts, aan het virus overleden. Osterhaus: ``In het virus waaraan de dierenarts stierf, zaten 13 of 14 mutaties die niet aanwezig waren in de virussen waar de kippen aan doodgingen. Wij onderzoeken op het ogenblik het effect van die mutaties, afzonderlijk en in alle combinaties, op hun ziekmakende effect.''

Als duidelijk is welke mutaties de dierenarts ziek maakten, staan we pas aan het begin, zo benadrukt Osterhaus. ``Over de overdraagbaarheid van dat Nederlandse virus in dat eindstadium weten we niks. Alleen als er een opeenvolging van besmettingen is, dan kun terug kijken naar de veranderingen die er zijn opgetreden. Dat is ook het probleem in Zuid-Oost-Azië. Het aantal virussen en isolaten dat daar vandaan komt is maar heel beperkt, gezien de schaal waarop het virus daar heerst. Eigenlijk weten we heel weinig van dat H5N1-virus.''

Rectificatie / Gerectificeerd

In het artikel over het gereconstrueerde Spaanse-griepvirus (Diep in de Griep, 15 okt.) staat dat een Spaanse-griepvirus waarin het HA-gen was vervangen door het HA-gen van een `onschuldige' griep dodelijk is voor muizen. Dit klopt niet, de muizen gingen niet dood in dat experiment. Dat betekent dat HA wel degelijk een belangrijke rol speelt bij de agressiviteit van het virus.