Nadat het aantal gevallen van coronavirussen over de hele wereld blijft stijgen, werken wetenschappers en beleidsmakers vurig aan het beperken van deze bedreiging voor de volksgezondheid. De eerste gevallen waarbij een nieuw coronavirus – SARS-CoV-2, of de ziekte met de naam COVID-19 – betrokken was, doken in december 2019 op in Wuhan, China, maar het virus heeft zich sindsdien snel verspreid, waardoor grote bezorgdheid is ontstaan over de implicaties voor de menselijke gezondheid.
De laatst bekende om mensen te infecteren, SARS-CoV-2 is van dezelfde familie als de coronavirussen die het ernstige acute respiratoire syndroom (SARS) in 2003 en het Midden-Oosten respiratoir syndroom (MERS) in 2012 veroorzaakten. Hoewel het huidige sterftecijfer lager is dan voor MERS of SARS, heeft deze ziekte zich al onder meer mensen verspreid en meer sterfgevallen veroorzaakt. Tegelijkertijd blijven andere virussen, zoals griep, evolueren, zich aanpassen en elk jaar miljoenen mensen besmetten, waardoor het vermogen om doeltreffende vaccins te ontwikkelen van cruciaal belang is.
In haar werk onderzoekt Marta Łuksza, een 2019 Pew biomedische wetenschapper en computerwetenschapper, hoe immuuninteracties de evolutie van het griepvirus aansturen. Łuksza is ook assistent-professor aan de Icahn School of Medicine van het Mount Sinai Health System in New York. Ze sprak onlangs met Pew om te helpen de verspreiding van het virus in de juiste context te plaatsen. Dit interview is voor de duidelijkheid en lengte bewerkt.
A. Coronavirussen zijn een familie virussen die bij de mens symptomen van ademhalingsziekten veroorzaken, vergelijkbaar met griep of verkoudheid. Coronavirussen worden vaak aangetroffen bij vleermuizen en andere zoogdieren of vogels en kunnen gevaarlijk zijn wanneer ze worden overgedragen tussen dieren en mensen.
Vraag Hoe ontstaat een virus?
A. Een virus kan voor het eerst bij de mens opduiken na een toevallige interactie met een dierlijke gastheer, waarbij een persoon besmet raakt. In veel gevallen kunnen virussen alleen van dier op mens worden overgedragen, maar niet van mens op mens. In zeldzame gevallen kan het virus de overdracht tussen mensen echter overleven.
Dokters en andere gezondheidswerkers identificeren een nieuw virus eerst nadat zij op bekende ziekten hebben getest en geen overeenkomst hebben gevonden. Als zij het virus door middel van tests niet kunnen toewijzen aan bekende eiwitmarkers of genetisch materiaal van een bepaald virus en er sprake is van een groeiend aantal soortgelijke gevallen, kan dit wijzen op iets nieuws, zoals het onlangs geïdentificeerde SARS-CoV-2-virus.
Q. Waarom lijken sommige virussen zich wijder te verspreiden dan andere?
A. Zowel biologische als demografische factoren kunnen de verspreiding van virussen bevorderen. Als een virus biologisch gezien in staat is het lichaam te infecteren via toegankelijke ingangspunten, zoals epitheelcellen in de neus, kan het de luchtwegen binnendringen en zich relatief gemakkelijk verspreiden. Wanneer een persoon hoest of niest, kan het virus in de lucht en op oppervlakken circuleren. De verspreiding van het virus kan ook afhangen van de snelheid waarmee het virus zich kan vermenigvuldigen en zich zo kan verspreiden naar andere delen van het lichaam of naar nieuwe gastheren. Demografisch gezien is de kans op snelle virusverspreiding groter in dichtbevolkte gebieden waar mensen dicht op elkaar leven dan in dunbevolkte gebieden.
Q. Waarom reageren mensen verschillend op een virusinfectie?
A. Het immuunsysteem van mensen heeft herinneringen aan eerdere infecties die van invloed zijn op de manier waarop zij op een virus reageren. Om infectie te voorkomen wanneer het lichaam eenmaal aan een virus is blootgesteld, produceert het eiwitten, antilichamen genaamd, die potentiële bedreigingen identificeren en neutraliseren. Wanneer mensen bijvoorbeeld griep krijgen, hebben ze waarschijnlijk al een zekere mate van immuniteit opgebouwd door eerdere blootstelling, waaronder het griepvaccin. In het geval van een nieuw coronavirus heeft het immuunsysteem dit virus nog niet eerder gezien, en is de adaptieve reactie trager.
Vraag. Hoe verloopt de ontwikkeling van een nieuw vaccin?
A. Eerst moeten onderzoekers het virus isoleren en de antigenen identificeren – virale eiwitten die als de beste vaccindoelwitten dienen – waartegen het immuunsysteem waarschijnlijk antilichamen zal aanmaken om het lichaam tegen infectie te verdedigen. Elk virus is echter anders en moet verder worden gekweekt en getest in een laboratorium, waar een scala van productietechnologieën wordt gebruikt. Er zijn momenteel drie platforms voor de ontwikkeling van het griepvaccin, waaronder virusgroei in kippeneieren, in cellen van zoogdieren, of synthetisch gecreëerd op basis van de DNA-sequentie van de stam van de kandidaat-vaccin. Voor een vaccin tegen een nieuw opkomende ziekteverwekker is de volgende stap klinische proeven, waarbij de veiligheid, met inbegrip van mogelijke bijwerkingen, en de werkzaamheid worden getest.
Voor veel ziekteverwekkers, bijvoorbeeld het mazelenvirus, hoeft het vaccin in de toekomst niet te worden aangepast en blijft het in de loop van de tijd werkzaam. Maar andere ziekteverwekkers, zoals het griepvirus, kunnen aan de herkenning van het vaccin ontsnappen door nieuwe mutaties in de antigenen aan te brengen. Daarom is een tweejaarlijkse evaluatie van het griepvaccin van cruciaal belang – om de antigenen in het vaccin bij te werken.
Onderzoekers, waaronder ikzelf, werken samen met organisaties als de Wereldgezondheidsorganisatie en nemen deel aan tweejaarlijks overleg om griepvaccins voor het noordelijk en zuidelijk halfrond te helpen selecteren. Op basis van openbaar beschikbare genetische sequentiegegevens over de griep van individuen over de hele wereld, reconstrueren onderzoekers de evolutie van virussen om te zien welke mutaties zijn opgetreden en hoe vaak ze circuleren. Antigene gegevens – informatie over antilichamen die in het lichaam worden aangemaakt bij blootstelling aan verschillende eiwitmarkers op een virus – helpen laboratoria ook om de verspreiding van virussen te karakteriseren en na te gaan hoe goed vaccins het virus tegenhouden. Dit is van cruciaal belang om volksgezondheidsfunctionarissen te helpen bepalen hoe besmettelijke ziekten zich wereldwijd en over continenten verspreiden.
Q. Kunt u ons meer vertellen over uw onderzoek?
A. Ik richt me voornamelijk op de evolutie van het griepvirus en kanker, die beide worden beïnvloed door interacties met het immuunsysteem. In mijn rol als computerwetenschapper werk ik aan de ontwikkeling van modellen en software die gegevens samenvoegen om het fitnessvoordeel van een virus te bepalen – de omstandigheden waaronder een virus aan een immuunrespons ontsnapt.
Voor het griepvaccin stelt dit ons in staat beter te voorspellen welke van de co-circulerende stammen en mutaties het meest zullen voorkomen van het ene seizoen op het andere. Mijn team heeft baanbrekend werk verricht met een klasse van voorspellingsmodellen om de mechanismen van immuunherkenning beter te beschrijven. Deze modellen evalueren ook hoe de geschiedenis van verschillende virale stammen in een bepaalde periode het toekomstige landschap bepaalt voor antigenische escape van een virus, of wanneer het immuunsysteem een infectieuze agens niet kan herkennen of elimineren. Momenteel richten we ons op de interacties binnen de griep hemagglutinine- en neuraminidase-eiwitten, die respectievelijk verantwoordelijk zijn voor het begin van een infectie en vervolgens voor de virale replicatie en verspreiding.
Een ander spannend project waarbij ik betrokken ben, is de ontwikkeling van een universeel griepvaccin, dat gericht is op delen van het virus die in de loop van de tijd niet veranderen of muteren. Als we erin slagen de doelgebieden voor dit vaccin te identificeren, kan het wellicht veel meer stammen van het griepvirus bestrijken en elk jaar duizenden levens meer redden.