Virussen
Civis Mundi Digitaal #98
door Patricia van Bosse
Nu we langzaam uit de lockdown komen is nog niet duidelijk wat voor veranderingen er als gevolg van de pandemie zullen optreden. Er is een grote kans dat als we terugkijken we zullen spreken over een pre- en een postcoronatijd. Een microscopisch kleine biologische parasiet bleek uitstekend in staat ons leven wereldwijd te ontregelen.
Hieronder een aantal wetenswaardigheden over de wonderlijke wereld van virussen en hoe die met onze wereld te maken heeft. Voor mij als leek bleek deze wereld complexer te zijn dan wat ik had gedacht.
Microwereld
Virussen zijn meest voorkomende biologische entiteiten op aarde, alleen te zien met een elektronenmicroscoop, zo enorm klein zijn ze. Ze zijn een stuk kleiner dan de kleinste cel. Er zijn meer onzichtbare micro-organismen, bijvoorbeeld de veel grotere en complexere bacteriën. Daarnaast bestaan er nog andere soorten, zoals schimmels en archaea (een aparte tak van de levensboom), microalgen en microdiertjes. De laatsten zijn al weer een heel stuk groter dan bacteriën, maar toch voor ons onzichtbaar.
Overal op de wereld wemelt het van deze organismen. Er zijn talloze soorten, stammen, ondersoorten en enorme aantallen van deze microwezens, aantallen die in de biljarden belopen, meer dan er sterren zijn in de kosmos. Ongeveer 90 % leeft in de oceanen, maar ook op vaste grond zijn ze overal te vinden. In een druppel zeewater zitten al tien miljoen bacteriën maar ook nog eens een veelvoud aan virussen! Kijk eens in de natuur of aan het strand om u heen en realiseer u dat het werkelijk overal zindert van het onzichtbare leven...
Ons lichaam
Ons eigen lichaam herbergt ook gigantische aantallen, waarvan het overgrote merendeel nuttige functies vervult. In en op ons lichaam bevinden zich naar schatting100 duizend miljard microwezens, bacteriën, virussen en een kleiner aantal schimmels en archaea. Alles bij elkaar genomen wegen deze kleine medebewoners van ons lichaam ongeveer 1 ½ kilo. De meesten bevinden zich in onze darmen, maar ook op de huid, in de mond en in het urogenitale gebied hebben ze hun verblijfsplaats.
Als we kijken naar ons genoom, dan bestaat ons DNA uit ongeveer 22.000 menselijke genen. Het genetisch materiaal van alle microwezens omvat echter wel 8 miljoen genen. Zo wordt wel gezegd dat we eigenlijk twee genomen hebben, ons menselijke en dat van het inwonende micro-leven. De soorten bacteriën en virussen verschillen van mens tot mens. Nog een voorbeeld van de verbijsterende aantallen: slechts 43 % van de cellen in ons lichaam zijn menselijke cellen, de meerderheid is van de micro-organismen, gerekend zonder de virussen, want die hebben geen cel als ’lichaam’.
U dacht dat uw lichaam van u was? Het lijkt preciezer het te omschrijven als een symbiose, die microwereld in ons lichaam vormt een eigen ecosysteem, uw lichaam is vanuit het perspectief van één microbe misschien wel als een kosmos. Geeft u dat niet een gevoel van de verwevenheid met het leven?
Een artistieke impressie van een coronavirus
Hoe ziet een virus eruit?
Een virus is alleen maar een stukje DNA of RNA, bij ons coronavirus gaat het om RNA, in een hoesje van eiwit en met uitsteeksels waarmee een virusdeeltje zich kan hechten aan de celwand van de gastheer. De meeste virussen infecteren bacteriën, maar zoals we weten soms ook menselijke cellen, evenals die van dieren en planten. De coronavirussen, waar Sars, Mers en Sars-Cov19, maar ook gewone verkoudheidsvirussen toe behoren, hebben op de uitsteeksels een kroontje dat hen hun naam heeft gegeven. Die eiwitten van de uitsteeksels zijn meestal specifiek voor een bepaald virus en zullen moeten passen op een type cel in het lichaam van de gastheer om zich toegang te verschaffen. Het eiwit van het kroontje van het coronavirus dat ons nu in zijn greep heeft, past op het eiwit op de oppervlakte van cellen die veel voorkomen in het bovenste luchtwegen en longen, maar ook in de darmen en andere delen van het lichaam, de ACE2receptoren.
Die aansluiting hoeft in eerste instantie niet perfect te zijn, maar goed genoeg om binnen te raken. Virussen vermenigvuldigen zich zeer snel, daarbij ontstaan mutaties en daaronder zullen op enig moment varianten zijn die nog beter de cel binnen kunnen komen. Cellen kunnen echter op hun beurt een immuunreactie activeren, waardoor korte metten gemaakt wordt met de indringers. Omdat we in onze evolutie altijd te maken hebben gehad met virussen, is er een steeds doorgaand leerproces van zowel het immuunsysteem als van de virussen die proberen dat te omzeilen.
De eiwitten van het omhulsel bestaan uit opgevouwen aminozuren. Die aminozuren wijken niet af van die van een gastcel. Ook de moleculen van het RNA of DNA wijken niet af van voor de gastcel bekende moleculen, een van de redenen waarom het infecteren wel vaak lukt. Als het een coronavirusdeeltje lukt om hun kroontje te laten aansluiten op een cel en ze zich toegang kunnen verschaffen, gaan ze vervolgens meeliften met het metabolisme van de cel en nemen ze het genetische kopieermechanisme over, met soms wel duizenden nakomelingen tot gevolg. Die gaan de volgende cel infecteren of komen in het vocht dat uitgehoest of uitgeademd wordt buiten het lichaam terecht en vinden soms een nieuwe gastheer.
Er zijn naar schatting meer dan 100 miljoen soorten virussen op de aarde. Slechts van 300 daarvan is bekend dat ze mensen ziek kunnen maken. Van veel anderen weten we dat niet. Die verblijven tot nu toe in hun eigen ecosysteem. Dieren dragen vaak virussen met zich mee waar ze zelf geen last van hebben, maar die ons mensen wellicht wel ziek zouden kunnen maken.
Leven virussen wel of niet?
Het is omstreden of virussen nu wel of niet leven. Omdat ze zonder gastheer niet kunnen overleven, geen eigen metabolisme kennen en zich niet zelfstandig kunnen vermeerderen lijkt het alsof ze niet leven. Om zich te verplaatsen zijn ze afhankelijk van door de gastheer in gang gezette bewegingen waarop ze meeliften. In het geval van ons coronavirus is dat in uitgeademde of gehoeste vochtdeeltjes. Een coronavirus kan enige tijd overleven op het handvat van een supermarktkarretje of iets dergelijks, nadat het daar in de vochtdruppeltjes uit de neus of mond en vervolgens vaak via de hand terecht is gekomen. Dan gaat het erom hoe lang het eiwithoesje dat het RNA beschermt in stand blijft zodat ze als ze toch een gastheer vinden, die nog kunnen infecteren. Het RNA alleen kan dat niet. Dus als de eiwitten uit elkaar vallen, houdt het op, vandaar dat handen wassen aangeraden wordt, daardoor wordt de vettige structuur van het eiwithoesje vernietigd.
Zonder een gastheercel lijkt het dus dat virussen niet leven. Maar zo gauw ze een gastcel geïnfecteerd hebben lukt het vermeerderen wel, ze lijken dan samen met die cel een levend organisme te zijn. Ze zijn in staat hun genetische eigenschappen aan hun nakomelingen door te geven. Bovendien evolueren ze. Bij hun enorm snelle vermeerdering worden relatief veel foutjes bij het kopiëren gemaakt en ontstaan er mutaties met variaties in de genetische eigenschappen. De meest succesvolle kunnen zich het beste handhaven, dat is hoe evolutie werkt. Omdat het om zulke grote hoeveelheden gaat, kunnen mutaties snel optreden. Hetzelfde geldt overigens voor bacteriën. die zich ook zeer snel vermeerderen waarbij gemakkelijk allerlei mutaties ontstaan. Het voordeel van de grote variatie in genetische eigenschappen bij virussen en bacteriën is dat ze zich daardoor goed kunnen aanpassen aan verschillende omstandigheden.
Virussen worden wel ’genetische parasieten’ genoemd. Alleen maar een stukje DNA of RNA met instructies om zichzelf te kopiëren gevat in een beschermd hoesje. Zonder gastheercel zijn ze niet veel.
Evolutie
Virussen en ook bacteriën bestaan al vanaf de begintijd van het leven op aarde. Hoe die oorsprong precies in zijn werk is gegaan is nog een raadsel, maar dat in de ’oersoep’ micro-organismen tot de eerste levende wezens behoorden wordt algemeen aangenomen. Er is geen gemeenschappelijk gen te vinden in alle verschillende virussen, daarom kan een gezamenlijke voorouder niet goed getraceerd worden. Er zijn theorieën dat ze tegelijk met de micro-organismen die wel een cel bezitten zijn ontstaan. Anderen zeggen dat hun oorsprong te vinden is in los rondzwervend DNA of RNA in cellen. Betrekkelijk recent zijn er ook jumbo-virussen gevonden, die veel groter zijn dan de gebruikelijke bekende virussen en die wel een vorm van metabolisme kennen. Dat maakt een andere theorie aannemelijk: dat ze eerder een meer complexe structuur hadden en zijn teruggegaan tot een eenvoudiger bestaan als parasiet, waarbij ze een aantal genen hebben verloren.
Veel eerder dan de planten, dieren en mens waren er dus virussen en bacteriën (en de andere micro-organismen) We zijn geëvolueerd op basis van het ’ontwikkelwerk’ dat zij al hadden gedaan. We staan met onze complexe levensvorm als het ware op hun microschoudertjes...We leven nu nog steeds werkelijk met hen samen. Ze vervullen veel onmisbare functies in de natuur, met name in de kringloop van het organische leven zijn ze essentieel. In ons lichaam zijn ze van groot belang bij de vertering van voedsel, het maken van bepaalde vitaminen en bij de werking van ons immuunsysteem. De ’goede’ bacteriën en virussen houden de kwaadaardige buiten. Virussen spelen met name een rol in het ecosysteem van het microbioom. Als bepaalde bacteriën de overhand krijgen, zorgen zij ervoor dat het teveel wordt opgeruimd. Zo helpen ze de biodiversiteit van het microbioom in ons lichaam te handhaven. Hetzelfde doen ze in de oceanen en waarschijnlijk op nog meer plaatsen.
Nog een verbazingwekkend gegeven van de micro-organismen is dat ze gevonden zijn op plaatsen waarvan men eerder niet aannam dat leven mogelijk was. Wetenschappers wisten al dat micro-organismen voorkwamen in bijna kokende heetwaterbronnen, op extreem droge plaatsen in woestijnen, in het poolijs en kilometers hoog in de lucht en kilometers diep in de oceanen. Nu is zelfs diep in het gesteente op de bodem van de oceanen micro-leven gevonden. Een plek waar geen licht is, geen voedingsstoffen lijken te zijn, waar de druk enorm hoog is, ook daar blijken grote hoeveelheden micro-organismen te leven. Wij zijn met onze complexe levensvorm en ons bewustzijn voor ons gevoel de voorlopige kroon op de evolutie, maar als men als criterium van evolutie aanpassingsvermogen zou nemen, dan staan de microben zeker aan de top.
Virussen (paars) die een cel hebben geïnfecteerd
Genetische uitwisseling
In de evolutie hebben virussen belangrijke functies vervuld omdat ze door de grote hoeveelheid nakomelingen en het optreden van mutaties voor veel variatie van het genetische materiaal zorgden. Er is nog een ander mechanisme waardoor ze die variatie hebben vergroot. De virussen kunnen met de bacteriën, maar ook onderling soms DNA uitwisselen en stukjes van het DNA van de ander in hun eigen structuur opnemen. Deze ’horizontale genenoverdracht’ heeft soms de evolutie van soorten versneld. Ook op een andere manier wisselen virussen hun DNA uit met de geïnfecteerde cellen. Meestal sterft de gastheercel nadat hij de instructie heeft uitgevoerd om het virus te vermeerderen. Soms blijft het virus aanwezig in de cel en wordt er een onderdeel van. In die gevallen vermeerdert het virus zich als de cel zich deelt. Ook in ons lichaam komt dat voor. Een voorbeeld is het waterpokkenvirus, dat nadat de infectie is overwonnen zich terugtrekt, maar soms weer actief wordt en dan bij volwassenen de oorzaak is van gordelroos. Overigens wordt er altijd ook bij de mens na een infectie een stukje DNA van het virus in ons DNA opgenomen. Ongeveer 8% van ons DNA is afkomstig van de infecties die onze voorouders hebben doorgemaakt.
Die stukken DNA die we van virussen hebben gekregen kunnen betrokken zijn bij het ontstaan van sommige ziektes, bijvoorbeeld auto-immuunziekten, maar kunnen ook heel nuttig zijn voor ons. Het steeds genoemde voorbeeld is dat van virus afkomstige genen bij zoogdieren in werking komen als een vrouw of vrouwelijk dier zwanger wordt. Deze genen zorgen ervoor dat de baby niet als een vreemd element afgestoten wordt.
Als we dit verhaal volledig zouden willen maken is het nog veel ingewikkelder. Er zijn virussen die alleen als stukje RNA of DNA binnen de gastheercel kunnen bestaan en zich kunnen bewegen binnen of buiten het genoom daarvan. De cel heeft daartegen weer allerlei verdedigingsmechanismes ontwikkeld. Het worden transponders of springende genen genoemd. In ons DNA zijn grote stukken die oorspronkelijk afkomstig lijken te zijn van zulke transponders. Op biologisch niveau zijn we gemaakt uit materiaal waarbij werd voortgebouwd op vormen die vaak door virussen zijn ontwikkeld. Voor een leek als mijzelf zijn deze mechanismes te ingewikkeld om goed samen te vatten. Ik deel hier alleen met u de conclusie dat bijna de helft van het menselijke genoom lijkt te bestaan uit stukken die overeenkomen met virusachtige volgorden.
Het blijkt weer zo te zijn dat als we ons verdiepen in een tevoren onbekend gebied er zich een verbijsterende complexiteit opent. In het leven blijken er op alle terreinen een haast oneindig uitwaaierende variëteit aan vormen te ontdekken.
Ons immuunsysteem
Ons immuunsysteem is erg goed toegesneden om ons te beschermen tegen de meeste virussen en bacteriën die niet tot ons gebruikelijke microbioom behoren. Denk aan hoe we tot enkele weken geleden iedereen onbekommerd een hand gaven, omhelsden, met kleine en grote groepen dichtbij elkaar kwamen. Er worden dan honderdduizenden virussen en bacteriën uitgewisseld, zonder dat we er normaal gesproken wat van merken. Van de griepvirussen en de gewone verkoudheden zeggen we wel dat iemand ons heeft aangestoken. Maar dat gebeurt maar af en toe eens te midden van al het directe en nabije menselijke contact waarbij een enorme uitwisseling van micro-organismen plaats vindt. Dat is te danken aan ons immuunsysteem, dat goed in staat is om ongunstige indringers te vernietigen en het microbioom in evenwicht te houden.
We hebben nu te maken met een nieuw virus waartegen nog niemand antistoffen had. Dat maakt de besmettelijkheid zo groot. Als er via onderzoek een vaccin gevonden wordt, hopen we dat we ons als mensen beter kunnen beschermen tegen de gevaren van dit nieuwe, soms gevaarlijk virus. Maar misschien moeten we ondanks de grote hoeveelheid wetenschappers die zich hiermee bezighouden er niet te sterk op rekenen dat er op korte termijn een veilig en goedwerkend vaccin gevonden wordt. Voor Hiv is na veertig jaar nog geen vaccin gevonden. De griepvirussen muteren zo snel dat de voor ouderen aanbevolen griepprik maar matig werkt en geen garanties geeft. Recent lijkt wel een bruikbaar vaccin voor Ebola te zijn ontwikkeld. Maar voor andere virusinfecties zoals mazelen en rode hond zijn uitstekende vaccins ontwikkeld, die langwerkende immuniteit geven.
Een andere benadering zien we, zij het wat aarzelend, meer aandacht krijgen. We kunnen stellen dat er een soort wapenwedloop is van ons immuunsysteem en nieuwe virussen. We zouden naast het zoeken naar een vaccin meer aandacht en inventiviteit kunnen richten op het versterken van ons immuunsysteem. Bovendien: als door wetenschappers herhaaldelijk gezegd wordt dat door onze intensieve omgang met dieren en het vernietigen van hun natuurlijke leefomgeving het gevaar van meer pandemieën en eventueel gevaarlijker virussen die overspringen helemaal niet denkbeeldig is, lijkt dat een voor de hand liggende benadering. Daarnaast zou het uiteraard wat betreft preventie goed zijn om onze relatie met de dierenwereld te herzien.
Betekenis geven
De bovenstaande schets van de wereld van de virussen is gebaseerd op gegevens die door wetenschappelijk onderzoek naar voren zijn gekomen. Daarin wordt geprobeerd om de werkelijkheid zo objectief mogelijk te beschrijven en de mechanismen en wetmatigheden die er zijn te ontdekken. Onze eerste reactie in deze tijd was om de pandemie als een medisch probleem te zien, we proberen de ontstaansgeschiedenis van het virus te achterhalen en plaatsen dat in de context van wat we weten over virussen bij dieren en het overspringen naar een andere soort en de mutaties die gemakkelijk kunnen optreden. De wetenschap heeft ons in dit opzicht een verhaal gegeven, dat we delen met grote delen van de wereld. Vroeger verklaarde men het optreden van een plaag of een ramp omdat de heerser fouten had gemaakt, waar de bevolking voor moest boeten. Of de goden waren vertoornd, of de ene God deelde een straf uit. Mensen hebben altijd behoefte aan een verhaal om hun ervaringen te duiden en er zin aan te geven.
Zeker in het begin van de crisis volgden we het verhaal van de rampenfilms, dat was onze referentie. Inderdaad, een medisch probleem waarbij de zorg de helden zijn. Na enige tijd kwam er meer ruimte voor andere aspecten, met name voor de economie. De breuk met het leven voor de coronacrisis noopt tot reflectie en geeft velen de hoop dat we verstandiger en rechtvaardiger zullen zijn als we de samenleving weer opstarten.
Er is een toename van gemeenschapsdenken te zien. De roep om het te ver doorgegane individualisme aan te vullen met meer gemeenschapsdenken was er al. De noodsituatie en de gemeenschappelijke vijand heeft eveneens het gemeenschapsgevoel bevorderd. In deze periode ervaren we aan den lijve dat we in fysiek opzicht met elkaar verbonden zijn. Iedereen beschouwt zijn lichaam als zijn eigen lichaam, maar we worden er nu met onze neus op gedrukt dat we verbonden zijn op biologisch niveau. We zijn met elkaar verantwoordelijk voor het vermijden van besmettingen van andere mensen, van wie we nu paradoxaal genoeg afstand moeten houden. We zijn ook op biologisch niveau geen individuen maar een gemeenschap. Dat kunnen we niet meer vergeten.
Verwondering
De ongelofelijke uitgebreidheid en complexiteit van het microleven is haast verbijsterend. Het besef dat we zo intiem met deze wereld verbonden zijn, laat ons vol verwondering achter.
Het kan ons eraan herinneren dat we altijd stuiten op complexiteit, als we de wereld verder onderzoeken. Er blijkt een -zo lijkt het- oneindig uitwaaierende rijkdom van vormen te zijn. Of we nu de microwereld bekijken, onze eigen neurofysiologie, de wereld van kleine subatomaire deeltjes, of juist de verre kosmos proberen te doorgronden, hoe meer we weten hoe meer we beseffen dat we helemaal niet zoveel weten. Hetzelfde geldt voor sociale verschijnselen en verhoudingen, en ook de geschiedenis, hoe zorgvuldiger we daarnaar kijken steeds opent zich laag na laag van verschijnselen, mogelijke verbanden en mogelijke interpretaties. Onze bewustzijnsruimte verruimt zich, vaak zal verwondering steeds meer de kleur van onze stemming gaan bepalen. Dat kan ons uit de automatismen van de vanzelfsprekendheden halen. De vraag die in televisie-interviews te pas en te onpas gesteld wordt: en hoe voelt u zich, kunt u op zo’n moment van verwondering heel vruchtbaar aan uzelf stellen. We kunnen dan vaststellen dat we ook gevoelsmatig veranderen als we uit die vanzelfsprekendheden stappen. Kunnen we dat bewaren nu we stukje bij beetje de samenleving weer op gang brengen? Als we af en toe registreren hoe verwonderlijk en oneindig rijk aan verschijnselen en mogelijkheden de wereld is, geeft dat meer kans dat we dat open bewustzijn dat altijd met verwondering samengaat niet verliezen. En dat geeft meer kans dat we niet automatisch terugvallen in oude gewoonten als we het samenleven op een nieuwe en wie weet betere manier gaan vormgeven
https://www.eoswetenschap.eu/gezondheid/ook-onze-eigen-veestallen-feesten-de-virussen
https://www.bbc.com/news/health-43674270
https://www.nemokennislink.nl/publicaties/dwalen-in-de-virosfeer/
https://www.micropia.nl/nl/ontdek/onzichtbare-wereld/virussen-van-levensbelang/
https://www.scientias.nl/een-typische-dag-uit-het-leven-van-een-covid-19-deeltje/
The Unbelievable Resilience of Microbial Life - The Atlantic
https://publications.tno.nl/publication/34636639/US07iV/TNO-2020-covid.pdf