Het heeft amper 15 genen en 27 eiwitten, terwijl de mens ongeveer 25.000 genen en 20.000 eiwitten heeft. En toch slaagt het nieuwe coronavirus – een miljardste van een meter groot – erin onze hele samenleving tot stilstand te brengen. Wat weten we over deze ongemeen efficiënte doder?
Virussen zijn zo raadselachtig dat wetenschappers er niet eens uit zijn of ze hen als ‘leven’ moeten kwalificeren. Virussen zijn namelijk niet in staat zich op eigen houtje te vermenigvuldigen. Daarvoor hebben ze de moleculaire machinerie nodig van cellen die ze infecteren. Ze zijn niets anders dan voortplantingsmachines voor de genen die ze in zich dragen.
Wetenschappers hebben geen idee hoeveel virussen er bestaan, maar het moeten er eindeloos veel zijn, want ze kunnen in alle levende wezens voorkomen. Men weet zelfs niet hoe virussen ontstaan zijn. Ze kunnen niet aan de oorsprong van het leven liggen, want zonder andere cellen overleven ze niet. Misschien zijn ze gedegenereerde bacteriën, die wél de capaciteit hadden om het eerste leven te zijn. Misschien zijn ze ooit ontsnapt uit het genoom van bacteriën, of zijn ze parallel met bacteriën geëvolueerd. We weten het niet.
Misschien is het nieuwe coronavirus een combinatie van twee virussen, die samen een hoge virulentie opleverden.
Virussen hebben een functie in de natuur: door de ziektes die ze veroorzaken, kunnen ze vermijden dat populaties van soorten gaan woekeren. Ze kunnen dus nuttig zijn, ook voor ons. Alle leven wordt geviseerd door virussen, ook bacteriën. In onze darmwand zitten massa’s ‘bacteriofagen’, die populaties van kwalijke bacteriën onder controle houden. Sommige onderzoekers beschouwen ze als een wezenlijk onderdeel van onze afweer. Volgens bepaalde ramingen zou meer dan vijf procent van onze genen afkomstig zijn van virussen wier genen zich ooit in het genoom van onze voorgangers hebben genesteld. Ze zouden nu meebepalen welke genen wanneer in bruikbare eiwitten worden overgeschreven.
Oorlogsmijn
Virussen kunnen ongenadig toeslaan, zoals we nu meemaken met de pandemie van het nieuwste coronavirus. Coronavirussen werden in de jaren 1960 ontdekt. Er zijn er ondertussen een veertigtal beschreven, vooral bij zoogdieren en een paar vogels, maar dat is ongetwijfeld slechts het topje van de ijsberg. Ze kregen hun naam omdat de uitsteeksels op hun wand wat aan een kroon doen denken. Hoewel sommigen er eerder een bolle oorlogsmijn in zien of, in een vriendelijker versie, een zee-egel. Zeven coronavirussen zijn de mens binnengedrongen, waarvan het huidige het laatste is. Vier van die virussen veroorzaken niet meer dan lichte verkoudheden, maar de epidemieën van SARS (in 2003) en MERS (vanaf 2012) zijn ook veroorzaakt door coronavirussen.
Net als het huidige virus waren de laatste twee afkomstig uit vleermuizen. Dat is slecht nieuws, want volgens een studie in het vakblad eLife verhoogt dat hun ziekmakende kracht (virulentie). Vleermuizen hebben namelijk een zware en efficiënte afweer tegen virussen, waardoor die, willen ze overleven, heel krachtig moeten zijn en zich snel moeten kunnen voortplanten. Als zo’n krachtig virus terechtkomt in een gastheer zonder extra bescherming, zoals wij, kan de schade niet te overzien zijn. De studie stelde dat vleermuizen gestrest kunnen raken door het verlies van hun natuurlijk leefgebied, waardoor de hoeveelheid virus in hun speeksel, urine en uitwerpselen toeneemt. De kans op een sprong van een virus naar de mens neemt dan toe.
Hoewel het niet uitgesloten is dat een virus rechtstreeks van een vleermuis naar een mens springt, gaan wetenschappers ervan uit dat er doorgaans een tussengastheer in het spel is. In het geval van coronavirussen zou dat een zoogdier zijn. Bij SARS was het een palmcivetkat, bij MERS een dromedaris. In het eerste geval zou één overdracht tussen dier en mens volstaan hebben, bij MERS zijn er waarschijnlijk constant sprongen van dier naar mens, maar het kan zich gelukkig niet zo makkelijk verspreiden in de mensenwereld.
Ook voor het nieuwe coronavirus zou één overstap volstaan hebben: één besmette mens is dus verantwoordelijk voor de huidige pandemie. Als tussengastheer kwamen schubdieren in beeld: het naar verluidt meest verhandelde zoogdier ter wereld, omdat zijn schubben in Zuidoost-Azië geneeskracht wordt toegeschreven – iets waarvoor geen enkel wetenschappelijk bewijs bestaat. Wetenschappers hebben vastgesteld dat het eiwit dat het virus gebruikt om zich aan een mensencel te hechten voor 99 procent gelijk is aan dat van een coronavirus uit schubdieren. Hetzelfde eiwit van het oorspronkelijke vleermuiscoronavirus vertoont amper 77 procent gelijkenis met dat van ‘ons’ virus. Maar een ander deel van hetzelfde eiwit, dat het virus gebruikt om de cel binnen te dringen, verschilt dan weer aanzienlijk tussen schubdier en mens.
Die ontdekking kan impliceren dat ons coronavirus een chimaera is: een combinatie van twee virussen die samen een hoge virulentie opleverden. Dat kunnen twee verschillende coronavirusstammen geweest zijn, hoewel we nog geen enkel zicht hebben op wanneer en in welk dier een versmelting zou zijn gebeurd. Van influenzavirussen die griep veroorzaken is bekend dat ze onder meer in varkens kunnen versmelten tot iets nieuws. Het virus dat in 2009 wereldwijd paniek veroorzaakte als de Mexicaanse griep, zou het gevolg geweest zijn van een vermenging van verschillende virussen in varkens.
Handen wassen
Wetenschappers werken koortsachtig aan de ontrafeling van de anatomie van het nieuwe coronavirus. Dat leidde de laatste weken tot honderden nieuwe publicaties. SARS-CoV-2 doorgronden is essentieel als we snel tot efficiënte medicatie of vaccinatie willen komen. Het virus is amper 90 nanometer groot – ongeveer een miljardste van een meter – maar uitzonderlijk complex en efficiënt. Het ontregelt heel onze wereld. Het is een miljoen keer kleiner dan de cellen die het infecteert in onze longen.
Het is een zogenaamd RNA-virus: zijn genetisch materiaal is niet gecodeerd in DNA, zoals bij ons, maar in RNA, een verwante molecule die wij (en de andere dieren) gebruiken om DNA in eiwitten over te schrijven. Het virus heeft amper 15 genen die de informatie bevatten over niet meer dan 27 eiwitten: het leven herleid tot de essentie, tot een eenvoudige vorm van voortplanting, die steunt op het delegeren van de belangrijkste activiteit naar een ander organisme. Ter vergelijking: een mens heeft ongeveer 25.000 genen en een 20.000-tal eiwitten.
Het coronavirus is in essentie een korte RNA-streng, die ingekapseld zit in een membraan van eiwitten, beschermd door een dubbele laag lipiden (vetten). De membraan wordt gemaakt door de cel waarin het virus zich voortgeplant heeft. Ze wordt afgebroken door zeep, waardoor het zo nuttig is regelmatig je handen te wassen – een halve minuut zou volstaan om de membraan af te breken en het virus te doden.
Het stekeleiwit dat het coronavirus zijn naam gaf, speelt een belangrijke rol bij het binnendringen van een gastcel. Als een anker haakt het zich vast aan een receptor op het oppervlak van een cel van het slachtoffer. Die receptor heeft de codenaam ACE2, wat staat voor angiotensine-converted enzym 2. Bij SARS werd dezelfde receptor als ankerplaats gebruikt. Het is een kort eiwit dat een sleutelrol speelt in de strijd tegen een hoge bloeddruk. Het is talrijk aanwezig op de cellen van onze longblaasjes, waardoor het virus zo veel problemen in het ademhalingsstelsel kan veroorzaken.
Maar de receptor komt ook voor in het bovenste deel van de luchtwegen, wat de droge hoest verklaart die zo kenmerkend is voor de eerste symptomen van de ziekte. Het schijnt trouwens uitzonderlijk te zijn voor een coronavirus dat het zowel de bovenste als de onderste luchtwegen kan infecteren. Daardoor is het huidige virus extra besmettelijk. De receptor zit eveneens op cellen in de wand van ons hart en onze nieren, wat impliceert dat het virus andere organen zou kunnen besmetten. Als mensen slijm uit de keel inslikken, of rondvliegende druppeltjes van een besmet iemand, kan het virus de darm bereiken, want cellen uit de darmwand beschikken ook over de receptor. Het virus zou – gelukkig – geen andere ankerplaats (kunnen) gebruiken om cellen te infecteren.
Fretten en apen
Het belangrijke stekeleiwit bestaat uit twee essentiële onderdelen: het anker om zich aan een cel vast te haken, en een soort blikopener om de membraan van de gastcel open te rijten zodat het RNA naar binnen kan glippen. In de eerste beschrijvingen van het virus in Nature krijgt het eiwit veel aandacht. Het anker is het meest variabele onderdeel van het virus. Amper zes aminozuren – eiwitten bestaan uit een keten van aminozuren – zijn cruciaal voor het vormen van de verbinding met de gastcel. Vijf van de zes aminozuren zijn dezelfde als in het virus dat SARS veroorzaakte, maar het zesde maakt de band tussen virus en gastcel veel intenser dan in het geval van SARS.
Nadat het virus een cel heeft besmet, zet het een rem op de menselijke afweer. Mogelijk vertonen veel besmette mensen daarom geen ziektesymptomen.
Om de blikopener toe te laten zijn werk te doen, moet het virus een element van zijn gastcel mobiliseren: een soort eiwitschaar in de wand van de cel, die een knip in de stekel moet geven – dat bleek uit een publicatie in Cell. Daardoor klapt de stekel halverwege open en komt er een kort stuk vrij dat de fusie tussen virus en gastcel verzorgt, zodat het RNA-genoom naar binnen kan. Het fusie-eiwit heeft in het nieuwe coronavirus een genetisch extraatje gekregen, waardoor er een aminozuur (proline) aan werd toegevoegd. Het is een ingreep vergelijkbaar met wat er in vogelgriepvirussen gebeurt, waardoor ze gemakkelijker een cel kunnen binnendringen en dus besmettelijker zijn.
De efficiëntie van anker en blikopener zou een van de redenen zijn waarom het nieuwe coronavirus zo besmettelijk is, zelfs zonder dat besmette personen al symptomen van de ziekte vertonen. De stelling moet nader worden onderzocht in experimenten met proefdieren, want als het inzicht correct is, zou het een mooie uitvalsbasis voor de zoektocht naar efficiënte medicatie vormen. Er is veel weerstand tegen het gebruik van proefdieren in medisch onderzoek, maar ze zullen essentieel zijn als we snel tot bruikbare inzichten willen komen.
Nature gaf een kort overzicht van de proefdieren die nuttig zouden kunnen zijn in de strijd tegen het virus. Fretten staan met stip op 1, omdat de fysiologie van hun longen sterk overeenstemt met die van mensen. Apen kunnen geïnfecteerd worden met het virus, maar ze blijken uitsluitend lichte symptomen te ontwikkelen, hoewel die sterk lijken op wat mensen met milde symptomen van de ziekte etaleren. Muizen blijken niet vatbaar te zijn voor het virus, maar wetenschappers werken aan een genetisch bijgestuurde muis die op zijn celoppervlakken de mensenversie van de ACE2-receptor heeft, zodat het virus er toch in zou kunnen binnendringen.
Virale schietschijven
In vergelijking met andere virussen heeft het coronavirus een uitzonderlijk groot genoom, het is bijvoorbeeld drie keer groter dan dat van het aidsvirus. Dat komt onder meer omdat er acht genen in zitten met informatie over kleine eiwitten die de verdediging van het slachtoffer hypothekeren. Nadat het virus een cel heeft besmet, zet het een rem op de menselijke afweer. Misschien ontwikkelt de meerderheid van de besmette mensen daarom geen symptomen van de ziekte, zoals hoesten en koorts. Die zijn immers een gevolg van de acties van de eigen afweer die zijn werk probeert te doen. Uiteindelijk kan de afweer zo in overdrive gaan dat de longen zwaar aangetast worden, mensen aan beademingstoestellen moeten worden gelegd en kunnen sterven.
Het belangrijkste element van het grote virusgenoom is de informatie over een eiwit dat het virus nodig heeft om zijn voortplanting te bevorderen: het replicase. In tegenstelling tot onder meer het aidsvirus hangt het voor zijn reproductie niet volledig van zijn gastcel af. Het replicase produceert snel twee grote eiwitten die zichzelf verknippen in vijftien stukjes. Die organiseren het maken van kopieën van hun eigen genoom – nalezen inbegrepen, waardoor de kans op fouten geminimaliseerd wordt. Op die manier zou een cel tussen de honderd en duizend kopieën van het virus maken, die zodra de cel afsterft klaar staan om andere cellen te infecteren of om de sprong naar een ander slachtoffer te maken.
Omdat het virus geen ‘overbodige’ eiwitten heeft – alle ballast is in de virale evolutie overboord gegooid – zijn alle eiwitten mogelijke schietschijven voor antivirale geneesmiddelen. Vooral het grote replicase springt dan in het oog. Het antivirale middel remdesivir, dat ontwikkeld werd voor de strijd tegen het ebolavirus, is gericht op het replicase. Het zou het grootste perspectief op succes bieden. Er zijn al klinische tests met het middel gestart, ook in Europa, want in China is het aantal nieuwe patiënten ondertussen zo klein dat er onvoldoende over blijven voor nieuwe klinische tests.
Wat betreft de ontwikkeling van een vaccin zijn er nog belangrijke onzekerheden. Zo is niet bekend hoe snel het virus kan muteren. Hoe sneller een virus muteert, hoe kleiner de kans dat er een efficiënt vaccin tegen ontwikkeld kan worden. Er zijn vooralsnog geen solide aanwijzingen dat het virus in de loop van deze pandemie gewijzigd is, hoewel sommige onderzoekers menen dat het in Europa agressiever is dan in China. In Italië en Spanje lijkt het meer doden te maken, maar dat kan evengoed het gevolg zijn van een andere samenstelling van de bevolking – oudere mensen zijn kwetsbaarder dan jongere – of van verschillen in de efficiëntie van de maatregelen om de uitbraak in te dijken.
Het is ondertussen glashelder dat coronavirussen een permanente bedreiging vormen voor de wereldgezondheidszorg. Niemand kan het zich nog veroorloven om niet zwaar in te zetten op de strijd tegen de virusfamilie. Dat wordt geïllustreerd door een understatement vanjewelste van enkele wetenschappers in Nature Medicine: ‘De diversiteit van coronavirussen in vleermuizen en andere dieren is massively undersampled. ‘ Vrij vertaald: er zit in de natuur een enorme diversiteit aan nog onbekende coronavirussen met het potentieel om de sprong naar de mens te maken. Als de huidige crisis één ding duidelijk maakt, is het dat volledige controle op wat de natuur met ons doet wishful thinking is. We zijn er beter wat voorzichtig mee.
Up-to-date overzicht: alles wat u moet weten over de coronacrisis
Fout opgemerkt of meer nieuws? Meld het hier
