Maak zelf uw eigen gevaarlijke griepvirus

Geneeskunde

Het vogelgriepvirus is in een Nederlands lab zo aangepast dat het ook mensen kan besmetten. De Amerikaanse overheid wil dat geheim blijft hoe dat ging. Kan een halve leek achterhalen welke genen er zijn veranderd?

Ruiming van vogels op een kippenboerderij in India, waar begin dit jaar vogelgriep uitbrak. Foto AP

Amerikaanse deskundigen die bang zijn voor bioterroristen willen niet dat iedereen zomaar kan lezen hoe grieponderzoekers in Rotterdam een H5N1-vogelgriepvirus veranderden in een griepvirus waar makkelijk zoogdieren (zoals mensen) ziek van worden. In handen van bioterroristen is het een bedreiging voor de geoliede wereldorde.

Onderzoeksleider Ron Fouchier was verbaasd toen de National Sciense Advisory Board for Biosecurity (NSABB) in december verzocht om de gegevens niet te publiceren.

Hij zegt: “In wezen deden we niets nieuws. De technieken zijn bekend. En om te bedenken welke mutaties je zelf met genetische ingrepen kan aanbrengen om het proces een handje te helpen, wat we hebben gedaan, hoef je niet briljant te zijn. Wie de wetenschappelijke literatuur naspit verzint de mutaties zo.”

Hoog tijd om zelf eens te gaan kijken in de literatuur. Wat kan een halve leek, zoals een wetenschapsjournalist, na een dag zoeken vinden?

Een goed uitgangspunt is het artikel ‘Predicting ‘airborne’ influenza viruses: (trans-)mission impossible?’ Het artikel verscheen op 3 september 2011 in het tijdschrift Current Opinion in Virology en komt van de Rotterdamse onderzoeksgroep. Fouchier is laatste auteur.

Fouchier: “In dat opinieartikel staan onze ideeën over hoe een influenzavirus besmettelijk wordt voor mensen. Ga er maar van uit dat we ons onderzoek langs die lijn hebben opgezet.”

Airborne, dat is het woord waar het om gaat. Goed via de lucht kunnen besmetten is het belangrijkst voor een griepvirus dat mensen en andere zoogdieren ziek wil maken.

Drie dingen moet een influenzavirus kunnen om een succesvolle luchtbesmetter te worden. Het moet groeien in de bovenste luchtwegen, zodat het makkelijk het lichaam uit kan, door hoesten, niezen, kussen, kwijlen en praten. Ten tweede is er véél virus nodig. En ten slotte moeten de virusdeeltjes niet samenklonteren als ze uit de cel barsten waarin ze zijn geassembleerd. Want influenzavirus verspreidt zich in vochtdruppeltjes. De kleinste druppeltjes blijven het langst zweven.

Wie met genetisch knip- en plakwerk een gevaarlijk virus wil maken heeft eerst informatie nodig. We werken puntsgewijs en beginnen met de infecties in de:

1. Bovenste luchtwegen

Onderzoekers van de Amerikaanse Centers for Disease Control (CDC) schreven vorig jaar in het tijdschrift Virology (25 april 2011) hoe ze H5N1-virussen veranderden om ervoor te zorgen dat de virussen vooral de slijmvliescellen in de bovenste luchtwegen van zoogdieren infecteerden. Dat lukte.

Zeven verschillende virussen maakten die CDC-onderzoekers door doelgerichte genetische veranderingen aan te brengen in één van de tien genen die het influenzavirus rijk is (zie graphic). De eerste stap bij een infectie is binden aan het oppervlak van slijmvliescellen. Dat doet het viruseiwit hemagglutinine (HA). Honderden van die eiwitten zitten als paddestoelen op het virusoppervlak. Ze binden aan ketens aan elkaar geregen siaalzuur die vastzitten aan eiwitten op het oppervlak van slijmvliescellen. Er zijn verschillende typen siaalzuurketens en ieder influenzavirussoort heeft zijn voorkeur. Die ligt vast in de aminozuurvolgorde van het HA-eiwit en dus in de genetische informatie van het HA-gen.

Het H5N1-virus dat vogels besmet en sinds 2003 incidenteel een mens doodt, bindt aan alfa 2,3-siaalzuurreceptoren. Bij vogels zitten die in het maagdarmkanaal. Dat is zinnig omdat bij watervogels de besmetting via darmen en uitwerpselen verloopt en niet via de luchtwegen, zoals bij zoogdieren.

Watervogels poepen in het water waar ze ook hun voedsel uit halen. Daar maken influenzavirussen handig gebruik van. Influenzavirussen zijn echte watervogelvirussen. De meeste typen beperken zich tot een verblijf in watervogels, die er lang niet altijd ziek van worden. Wij kennen de influenzatypen H1, H2, H3 als regelmatige mensenbesmetters, en H5, H7, wellicht H9 die incidenteel mensen ziek maken, maar bij watervogels loopt de serie door tot H16. Er staat de mensheid nog wat te wachten, mochten uiteindelijk álle H-typen influenza mensen kunnen besmetten.

De slijmvliescellen met siaalzuur-alfa-2,3-ketens waar vogel-H5N1 aan bindt komen bij mensen diep in de luchtwegen en in de longen voor. Zit een traditioneel H5N1-vogelgriepvirus eenmaal diep in de longen van een mens, dan dreigt een levensgevaarlijke longontsteking. Maar de patiënt besmet bijna nooit andere mensen omdat het vocht dat bij niezen en hoesten wordt rondgeslingerd niet zo diep uit longen en lage luchtwegen komt.

Een vogelgriepvirus dat mensen (en andere zoogdieren) wil infecteren moet dus ook binden in het slijmvlies van de hogere luchtwegen. Bij mensen zit daar vooral alfa 2,6 siaalzuur. Het H5N1-virus moet dus switchen van alfa 2,3 siaalzuur naar voorkeur voor de 2,6-vorm. Daar zijn een paar veranderingen in de aminozuursamenstelling voor nodig.

Halverwege het vorige decennium zijn in de wetenschappelijke literatuur verschillende in het wild gemuteerde H5N1-virussen beschreven die goed hechtten in de hogere luchtwegen van menselijke patiënten – of van fretten, de ideale influenzaproefdieren. De CDC-onderzoekers namen vijf van die toevallig gevonden mutaties. Ze zaten op de plaatsen 187, 190, 193, 226 en 228 in de aminozuurketen van HA. Ze bouwden gewenste aminozuren in op die vijf posities in twee typen H5N1. Een paar van die gemuteerde virussen bonden wel veel beter in de hoge luchtwegen, maar de ‘gehoopte’ besmetting door de lucht, waar het experiment eigenlijk voor was opgezet, bleef uit. De onderzoekers concluderen dat er meer veranderingen nodig zijn ‘voordat H5N1-virussen efficiënt besmetten pandemische capaciteit verwerven.’

De onverantwoordelijke amateuronderzoeker weet waar hij moet beginnen, maar ook dat hij meer moet veranderen aan een vogelgriepvirus. Het virus moet bijvoorbeeld:

2. Veel nakomelingen maken

Het principe is eenvoudig. Fouchier: “We weten dat als het virus wel op de bovenste luchtwegen bindt, je nog steeds geen besmetting door de lucht hebt. Wij denken dat je ook véél virus in de bovenste luchtwegen nodig hebt. De besmettingskans neemt dan toe.”

Wie véél virus wil, wordt op zijn wenken bediend door Andrew Mehle en Jennifer Doudna van de University of California in Berkeley. Je krijgt in zoogdieren 800 keer meer virus als je op positie 627 van de aminozuurketen van het influenza-PB2-eiwit het aminozuur lysine inbouwt. Alle H5N1-virussen die zich in vogels vermenigvuldigen hebben daar het aminozuur glutaminezuur zitten. Een H5N1 met glutaminezuur op positie 627 krijgt in zoogdierslijmvliescellen niet veel nakomelingen.

Het PB2-eiwit vormt samen met de PB1- en PA-eiwitten het enzym influenzapolymerase. Dat enzym synthetiseert de acht gen-segmenten met erfelijk materiaal voor nieuwe virusdeeltjes. De snelheid waarmee dat gebeurt, bepaalt de geboortesnelheid van virusnakomelingen.

Eind vorig jaar – de groep van Fouchier had het manuscript waarin het virus wordt beschreven dat nu voor zoveel opwinding zorgt al bij Science liggen – publiceerden Berkeley-onderzoekers Mehle en Doudna een nieuwe vondst in het polymerasecomplex die de overgang voor H5N1 van vogel naar zoogdier vergemakkelijkt (Journal of Virology, 16 november 2011, online).

Ditmaal was het een mutatie in het PA-eiwit van het polymerasecomplex. Of allereerst een transplantatie van PA. H5N1-vogelgriepvirussen maken in zoogdieren opeens veel meer nakomelingen als ze het hele PA-gen uit het Mexicaanse griepvirus krijgen. Maar een vervanging van aminozuur threonine door serine op positie 552 is een goed alternatief, ontdekten de Berkeley-onderzoekers. Er kwam niet alleen meer virus, muizen werden er ook zieker van.

Minstens twee goede mogelijkheden om H5N1 ‘luchtbesmettend’ te maken levert de literatuur hier. Maar om die massa virusdeeltjes de kans te geven om door nieuwe slachtoffer te worden ingeademd, moeten de virusdeeltjes...

3. niet samenklonteren.

Fouchier: “Er zijn verkoudheidsvirussen die niet via aerosolen worden overgedragen, maar via contact met slijm. Die loop je op door het aanraken van besmette deurklinken, wc-kranen, dat soort dingen. Maar influenzavirus gaat echt door de lucht. Op vochtdeeltjes die je inademt. Kleine aerosolen – kleiner dan 0,2 micrometer bijvoorbeeld – blijven het langst in de lucht zweven. Daar passen maar één of twee virusdeeltjes in.”

Vers influenzavirus heeft de neiging om samen te klonteren. Op het oppervlak van nieuw gemaakte virusdeeltjes zitten ook siaalzuren. Die siaalzuren komen mee van het oppervlak van de gastheercel waaruit de virussen zich losmaken. En zoals we weten (zie punt 1) bindt hemagglutinine (HA) op het virusoppervlak aan siaalzuren. HA van het ene virusdeeltje hecht dus aan siaalzuur op het andere virusdeeltje. Dat leidt tot virusklonten die alleen naar buiten komen in grote snot- en slijmdruppels. Die vallen vrijwel onmiddellijk op de grond. Geklonterd virus heeft weinig kans hebben om nog een keel met slijmvliescellen te vinden waarin het kan groeien.

Maar gelukkig (voor influenza) is er het eiwit neuraminidase. Dat is een ander veelvoorkomend eiwit op de buitenkant van influenzavirus. Neuraminidase (het is de N in de HxNx-influenzatypering) knipt de hemagglutinine los van het siaalzuur. Daardoor komen de virusdeeltjes los van elkaar. Fouchier: “Dat is voorwaarde nummer drie, denken wij.” In het opinieartikel ontbreken literatuurverwijzingen naar de invloed van neuraminidasemutaties. Daar staat alleen dat de activiteiten van neuraminidase en hemagglutinine met elkaar ‘in evenwicht moeten zijn’.

Het is pure speculatie, maar het creëren van zo’n evenwicht kan natuurlijk prima tijdens een klassiek besmettingsexperiment. Daarbij besmet een zieke fret door niezen een soortgenoot die iets verderop in een kooi zit. De kleine vochtdruppeltjes bereiken die soortgenoot. De onderzoeker isoleert het virus uit het aangestoken dier en besmet daarmee een nieuwe fret. Als die ziek is besmet hij opnieuw een gezonde soortgenoot. Herhaal die ‘passage’ een paar keer en je hebt een virusmutant die kleine deeltjes maakt.

Ja, op papier is het allemaal snel bedacht. Of hier enige grond van waarheid in zit? Fouchier wil nog steeds alleen kwijt dat het Rotterdamse virus een “handvol mutaties” heeft. Het ziet ernaar uit dat de resultaten uiteindelijk toch worden gepubliceerd – wellicht pas over een paar maanden. Zodra dat gebeurt, laten we weten hoe ver dit stuk ernaast zat. En of het recept voor het Rotterdamse luchtbesmettende vogelgriepvirus echt makkelijk te vinden was.