Wetenschap
De aanhoudende cholera-epidemie verdedigt zichzelf tegen de krachten van verandering, vinden wetenschappers
Een dodelijke stam van de cholerabacterie die in 1961 in Indonesië opdook, verspreidt zich tot op de dag van vandaag nog steeds wijdverspreid en eist jaarlijks duizenden levens over de hele wereld, maakt miljoenen ziek en, met zijn hardnekkigheid, verbijsterende wetenschappers.
Ten slotte blijkt uit een onderzoek gepubliceerd in Nature hebben onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin ontdekt hoe deze gevaarlijke soort het de afgelopen decennia heeft volgehouden.
Een al lang bestaand mysterie over de stam van Vibrio cholerae (V. cholerae) die verantwoordelijk is voor de zevende mondiale cholera-pandemie is hoe deze lijn erin is geslaagd andere pathogene varianten te overtreffen. Het UT-team identificeerde een unieke eigenaardigheid van het immuunsysteem die de bacteriën beschermt tegen een belangrijke motor van bacteriële evolutie.
"Deze component van het immuunsysteem is uniek voor deze soort en heeft hem waarschijnlijk een buitengewoon voordeel gegeven ten opzichte van andere V. Cholerae-lijnen", zegt Jack Bravo, een postdoctoraal onderzoeker aan de UT in de moleculaire biowetenschappen en corresponderend auteur van het artikel. "Het heeft het ook mogelijk gemaakt zich te verdedigen tegen parasitaire mobiele genetische elementen, die waarschijnlijk een sleutelrol hebben gespeeld in de ecologie en evolutie van deze soort en uiteindelijk hebben bijgedragen aan de levensduur van deze pandemische afstamming."
Cholera en andere bacteriën evolueren, net als alle levende wezens, in de loop van de tijd door een reeks mutaties en aanpassingen, waardoor nieuwe ontwikkelingen in een veranderende omgeving mogelijk worden, zoals antibioticaresistentie. Enkele van de drijvende krachten achter de evolutie van microben zijn zelfs nog kleinere DNA-structuren, plasmiden genaamd, die in een bacterie infecteren, bestaan en zich vermenigvuldigen op manieren die bacterieel DNA kunnen veranderen. Plasmiden kunnen ook energie verbruiken en mutaties veroorzaken die minder gunstig zijn voor de bacteriën.
Door een combinatie van laboratoriumanalyse en beeldvorming met cryo-elektronenmicroscopen heeft het onderzoeksteam een uniek tweedelig afweersysteem van deze bacteriën geïdentificeerd dat in wezen plasmiden vernietigt en zo de bacteriestam beschermt en behoudt.
De Wereldgezondheidsorganisatie schat dat cholera jaarlijks 1,3 tot 4 miljoen mensen besmet en dat er jaarlijks tussen de 21.000 en 143.000 sterven. De bacterie wordt meestal verspreid via besmet water en voedsel of via contact met de vloeistoffen van een geïnfecteerde persoon. Ernstige gevallen worden gekenmerkt door diarree, braken en spierkrampen die kunnen leiden tot uitdroging, soms met dodelijke afloop. Uitbraken komen vooral voor in gebieden met slechte sanitaire voorzieningen en drinkwaterinfrastructuur.
Hoewel er momenteel een vaccin bestaat om cholera te bestrijden, neemt de bescherming tegen ernstige symptomen al na drie maanden af. Omdat er nieuwe interventies nodig zijn, zeggen onderzoekers dat hun onderzoek een potentiële nieuwe weg biedt die medicijnfabrikanten kunnen verkennen.
"Dit unieke afweersysteem zou een doelwit kunnen zijn voor behandeling of preventie", zegt David Taylor, universitair hoofddocent moleculaire biowetenschappen aan de UT en auteur van het artikel. "Als we deze verdediging kunnen verwijderen, kan het kwetsbaar blijven, of als we zijn eigen immuunsysteem weer tegen de bacteriën kunnen keren, zou dit een effectieve manier zijn om het te vernietigen."
Het verdedigingssysteem dat in het artikel wordt geschetst, bestaat uit twee delen die samenwerken. Eén eiwit richt zich met opmerkelijke nauwkeurigheid op het DNA van plasmiden, en een complementair enzym versnippert het DNA van het plasmide, waardoor de helix van het DNA wordt afgewikkeld en in tegengestelde richtingen beweegt.
Onderzoekers merkten op dat dit systeem ook vergelijkbaar is met sommige van de CRISPR-Cascade-complexen, die ook gebaseerd zijn op bacteriële immuunsystemen. De CRISPR-ontdekking bracht uiteindelijk een revolutie teweeg in de technologieën voor genbewerking die voor enorme biomedische doorbraken hebben gezorgd.
Delisa A. Ramos, Rodrigo Fregoso Ocampo en Caiden Ingram van UT waren ook auteurs op het papier.