Wetenschappers volgen virusinfectie live in cel

De wetenschappers ontwikkelden een methode waarmee ze via de microscoop virusinfecties in cellen konden volgen en filmen. Ze zagen in welke fase van de aanval de virussen op hun sterkst zijn én wanneer ze te overmeesteren zijn. Daarmee kunnen onderzoekers behandelingen ontwikkelen die ingrijpen op het kwetsbaarste moment van een virus, bijvoorbeeld die van coronavirussen. Dat meldden de onderzoekers in het wetenschappelijke tijdschrift Cell.

Moleculaire lampjes

Iedere individuele cel in ons lichaam heeft een eigen afweer tegen indringers. Dat staat los van het immuunsysteem dat ons hele lichaam beschermt. Een infectie van zo’n cel heeft iets weg van een middeleeuwse oorlog. De strijd begint wanneer het leger de stadsmuur doorbreekt en de eerste soldaat de stad binnenvalt, oftewel: wanneer een virus een cel binnendringt. Zodra de cel de indringer opmerkt, slaat het alarm waarmee het zijn lokale afweer activeert. Dat is vergelijkbaar met een torenwachter die een verdedigingsleger van de stad oproept door een grote bel te luiden.

Om deze moleculaire oorlog te volgen, gebruikten de wetenschappers een lichtgevend stofje, een soort moleculair lampje. Dat stofje hingen ze aan het genetische materiaal van het virus. Die lieten ze vervolgens los op cellen in het lab. Zodra het virus de cel binnendringt, wordt dat materiaal omgezet in eiwitten: de wapens van het virus. Op dat moment schakelt ook het lampje aan. Zo zien de onderzoekers in welke cel een virusinfectie optreedt en hoeveel virusdeeltjes aanwezig zijn. Want hoe meer lampjes, hoe meer virus.

&feature=emb_title
Een enkel virusdeeltje (groen lichtje) dringt de cel binnen. In de cel kopieert het virus zich. Dat is te zien als de nieuwe groene lichtjes die verschijnen na ongeveer 1 uur.

Het is voor het eerst dat wetenschappers een virusinfectie van begin tot einde kunnen volgen en zien hoe een cel reageert op een virus. Met eerder ontwikkelde methodes om zo’n enkel virusdeeltje te bestuderen, konden wetenschappers alleen momentopnames van de infectie bekijken. Daarvoor moesten ze de geïnfecteerde cellen doden, waardoor ze nooit meer dan één moment per cel konden fotograferen.

Op het juiste moment toeslaan

De teams van Marvin Tanenbaum en Frank van Kuppeveld gebruikten de nieuwe methode om een specifiek virus te bestuderen, het zogenoemde picornavirus. Daartoe behoren onder andere het verkoudheids- en poliovirus. Die virussen bevatten geen DNA, maar alleen het genetisch materiaal RNA. Zodra het virus zich vermenigvuldigt, ziet dat RNA er anders uit dan genetisch materiaal in menselijke cellen, waardoor de cel het herkent als indringer.

Dat is het moment dat de cel moet toeslaan, zagen de Utrechtse wetenschappers op hun filmpje. Ze zagen dat cellen prima in staat waren de picornavirussen te overmeesteren wanneer er slechts een enkel virusdeeltje in de cel rondzwierf. Maar dat bijna geen enkele cel de strijd kon winnen wanneer het virus zich kopieerde en in groten getale aanwezig was. Dat is best logisch, beredeneert Tanenbaum. “Een enkel virusdeeltjes uitschakelen is eenvoudiger dan er 100 duizend doden”.

&feature=emb_title
Deze cel (in het midden) slaat toe op het kwetsbaarste moment van het virus: op het moment dat hij zich voor het eerst wil kopiëren. Het enkele virusdeeltje is hier zichtbaar als groen lichtje. Het lichtje dooft zodra de cel het virus uitschakelt.

Maar er zit meer achter. Het virus blijft niet passief wachten om ontdekt te worden. Enkele minuten nadat hij een cel binnendringt, opent hij de aanval op de cel. Daarbij probeert hij het verdedigingsmechanisme van de cel te vernietigen. Dat kost tijd, maar binnen ongeveer een uur kan zo’n missie slagen. Daarom moet de cel snel handelen om het virus op te sporen. “Als de cel er binnen het eerste uur niet in slaagt om het virus af te weren, dan kan hij zijn verdedigingslinie niet meer oproepen en wint het virus”, zegt Tanenbaum.

Hoewel de Utrechtse wetenschappers dit nu alleen voor één soort virus onderzochten, verwacht Tanenbaum dat hetzelfde geldt voor andere virussen. “Onderzoek moet het nog aantonen, maar ik vermoed dat andere virussen ook het makkelijkst te verslaan zijn vlak nadat ze een cel infecteren. Het is nu eenmaal makkelijker om tegen enkele soldaten te vechten dan tegen een enorm leger”.

Virusremmers testen

De nieuwe methode kan RNA-virussen zoals het coronavirus filmen. Maar Tanenbaum verwacht dat het niet veel zal bijdragen aan een oplossing voor de huidige pandemie. “We zijn de fase van het coronavaccin ingegaan”, zegt Tanenbaum. Een vaccin voorkomt infecties en is daarom over het algemeen beter dan een virusremmer, die infecties vertraagt. Al blijven virusremmers nuttig voor mensen met een ontregeld of verzwakt afweersysteem.

Bij een volgende pandemie kunnen wetenschappers met de Utrechtse methode snel een nieuw virus bestuderen en gericht virusremmers ontwikkelen als eerste stap in de strijd. Maar de methode hoeft niet in de kast te blijven liggen tot er een nieuw virus opduikt. Ze is ook geschikt om bestaande en nieuwe virusremmers te testen voor bekende virussen. “We kunnen observeren welk effect een middel precies heeft op een virus”, vertelt Tanenbaum. “En hoe de geïnfecteerde cel en de naburige cellen erop reageren”. Tot nu toe zijn zulke testen nog niet uitgevoerd in het Utrechtse lab. “Dat laten we graag over aan virologen die gespecialiseerd zijn in zulke virusremmers”, aldus Tanenbaum.