Wat is een virus? Over de mysterieuze grens tussen leven en levenloosheid

Ze zijn een permanent gevaar voor organismen. Al sinds het ontstaan van leven op aarde zijn er virussen die op dat leven parasiteren. Foto: Shutterstock

Virussen zijn geen levende wezens, maar soms gedragen ze zich wel zo. Wat is een virus? Over vijanden en vrienden op de mysterieuze grens tussen leven en levenloosheid.

De sprankelende glazen bol heeft wonderlijke uitsteeksels. Als de versieringen van een kroon met schitterende juwelen weerkaatsen ze het licht. Het glas beschermt een kluwen van witte strengen die als een brein rusten in het binnenste van de bol.

,,Mooi?’’, zegt viroloog Bert Niesters die de foto van die kunstige glazen bol op zijn werkkamer in het UMCG heeft hangen.

,,Dat is het coronavirus.’’

De glazen bol is gemaakt door kunstenaar Luke Jerram. Hij maakte glasmodellen van allerlei soorten virussen en microben. Corona, pokken, het verkoudheidsvirus adeno. Sommige ervan zijn te zien in het microbenmuseum Micropia in Amsterdam. Daar schittert het dodelijke ebola-virus als een sierlijke rups en pronkt een T4-bacteriofaag als een porseleinen lampje met insectenpootjes.

Zoals ze schitteren in het licht, komen ze bijna tot leven.

Vijand van het leven

Virussen als kunstwerken. Zo worden ze zelden bekeken. Het gekroonde bolletje van het coronavirus zien we deze weken overal, maar niemand heeft het over de schoonheid ervan. Bij virussen gaat het vrijwel altijd over het gevaar voor onze gezondheid.

Logisch. Virussen zijn een permanent gevaar voor organismen. Al sinds het ontstaan van leven op aarde zijn er virussen die op dat leven parasiteren. De mensheid is altijd geteisterd door levensbedreigende epidemieën als pokken, mazelen, de Spaanse griep, knokkelkoorts, hiv, SARS, ebola en nu corona – gevaarlijke ziektes veroorzaakt door virussen. En ook als ons leven niet in gevaar is hebben we regelmatig last van ze, bijvoorbeeld doordat ze verkoudheid, milde griep, koortslip of wratten veroorzaken.

Het ligt dus voor de hand om virussen te beschouwen als onze vijanden. Maar de band tussen levende organismen en virussen is veel complexer dan dat. Ze staan niet tegenover elkaar, ze zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. Zonder ons zijn virussen nergens. En het is maar de vraag waar wij zonder virussen zouden zijn.

loading  

Contagium vivum fluidum

De Nederlandse microbioloog Martinus Willem Beijerinck was de eerste die ontdekte dat er iets was, nog kleiner dan een bacterie, dat levende cellen infecteerde en zich daarin vermenigvuldigde. Het virus dat hij ontdekte was het tabaksmozaïekvirus dat vergeling en kromming veroorzaakte van de bladeren van de tabaksplant. Beijerinck noemde het een ‘virus’, naar het Latijnse woord voor gif.

Dat er microscopisch kleine wezens waren die ziektes bij mens, dier en plant veroorzaakten was in de decennia daarvoor ontdekt door de beroemde Louis Pasteur. De microbiologie werd aan het einde van de negentiende eeuw een nieuwe medische discipline. Bacteriën, of ‘microben’ bleken de oorzaak van afschuwelijke epidemieën als cholera en de pest, en de bron van nog veel meer aandoeningen. Maar dus niet van de tabaksmozaïekziekte.

Virussen zijn zo klein dat ze niet zichtbaar zijn door een gewone microscoop. Een voorstelling van een virusdeeltje, zoals de glasmodellen van Luke Jerram, kon Beijerinck zich moeilijk maken. Beijerinck beschreef het virus als contagium vivum fluidum , Latijn voor iets dat besmettelijk, levend en oplosbaar is – waarmee hij bedoelde dat het ontsnapte aan de fijnst mogelijke filters.

Zijn virus leefde, daar was Beijerink van overtuigd. Het deeltje, hoe het er ook uitzag, vermenigvuldigde zichzelf immers in de plant. En voor hem was voortplanting de belangrijkste eigenschap van leven. Tijdgenoten als botanicus Hugo de Vries hadden daar toen al hun twijfels bij. Moest dat virus van Beijerinck echt beschouwd worden als levensvorm?

Pakketje erfelijk materiaal

Tegenwoordig weten we niet alleen heel precies hoe virussen eruit zien – door de in 1931 voor het eerst gebouwde elektronenmicroscoop zijn ze nu wel te zien – we weten door moleculair onderzoek ook steeds preciezer wat ze zijn en wat ze doen.

Een virusdeeltje is niet meer dan een stukje erfelijk materiaal (DNA of RNA) dat is ingepakt in een laagje eiwitten. De allersimpelste vorm van leven, zou je kunnen zeggen, ware het niet dat de moderne wetenschap virussen niet als levend beschouwt – maar daarover later meer.

Als een virusdeeltje in aanraking komt met een levende cel van een organisme, dringt hij die binnen. In de eiwitten van zowel het virus als de cel zitten ‘receptoren’ die in elkaar kunnen passen als een soort sleutel in een sleutelgat. Als een eiwit in de cel terecht is gekomen, laat het eiwitomhulsel het erfelijk materiaal los. Niesters: ,,Dan doet het virus zijn jasje uit, zeg ik altijd.’’

Het virus neemt de gastheercel als het ware over. Het erfelijk materiaal van het virus zorgt ervoor dat de cel gaat functioneren als een soort kopieermachine van het virus. Razendsnel produceert de cel een grote hoeveelheid virusdeeltjes en barst uiteindelijk open. De nieuwe virusdeeltjes die vrijkomen infecteren op hun beurt weer nieuwe cellen, die ook weer openbarsten. Daardoor wordt het geïnfecteerde organisme ziek.

Dat is het basisprincipe van de werking van een virus. Virussen zijn er – naar schatting – in miljoenen soorten en maten, ze hebben verschillende receptoren, werken op uiteenlopende manieren, veroorzaken allerlei verschillende klachten, worden op verschillende manieren overgebracht.

loading  

Ze zijn onvermijdelijk

Virussen zijn al zo oud als het leven zelf. Of misschien zelf nog ouder. Want voordat het leven zoals wij het definiëren ontstond – met de overdracht van erfelijk materiaal – waren er al moleculaire structuren die erop leken. Zoals ook virussen verdacht veel lijken op leven.

,,Parasitaire verschijnselen als virussen zijn inherent aan het ontstaan van leven’’, zegt hoogleraar systeemchemie Sijbren Otto van de Rijksuniversiteit Groningen. ,,Ze zijn onvermijdelijk.’’

Otto doet onderzoek naar hoe leven ontstaat. In zijn laboratorium kweekt hij moleculen die zichzelf kunnen repliceren en zo experimenteert hij dus, zou je kunnen zeggen, met het maken van leven in een lab. En ook daarbij komen de parasieten vanzelf.

Dat zit zo: ,,Leven begint met simpele structuren die zichzelf vermenigvuldigen. Die vermenigvuldiging kost tijd: hoe complexer de structuur, hoe meer tijd. Als er competitie is, bijvoorbeeld om voedsel, krijgt degene die het snelste is het meest. En dus zijn simpele structuren in het voordeel ten opzichte van de complexere.’’

Om zelf klein, simpel en snel te kunnen blijven, is het handig om het zware en ingewikkelde werk door een ander te laten doen – zoals een virus zichzelf laat kopiëren door een cel van een gastheer. ,,Zo zit er een inherente drive in de evolutie van leven om parasieten en virussen te vormen.’’

De relatie tussen virussen en hun gastheer is precair. Het virus gebruikt de cel om zichzelf te vermenigvuldigen en maakt de gastheer daarmee ziek. Maar het is niet in het belang van het virussen om de gastheren massaal te doden. ,,Dan vernietigen ze hun eigen leefomgeving.’’ Een dodelijk virus als ebola is daarom evolutionair gezien waarschijnlijk niet zo handig bezig.

loading  

Tussen leven en levenloos

Virussen zijn dus onlosmakelijk verbonden met het leven. En het enige doel dat virussen hebben is het verspreiden van het eigen erfelijk materiaal. Klinkt bekend? Inderdaad, alle levende organismen op aarde zijn voornamelijk hard bezig om hun erfelijk materiaal door te geven, om nakomelingen voort te brengen die zijn zoals zij zelf.

En toch worden virussen in de moderne wetenschap niet beschouwd als levende wezens. Ze vallen niet onder de algemene wetenschappelijke definitie van leven omdat ze geen eigen stofwisseling hebben, niet groeien en zich niet zelfstandig kunnen voortplanten – daarvoor hebben ze immers een gastheer nodig.

Virussen hebben geen plek in de stamboom van het leven, ze bungelen er een beetje naast. Ze zweven op een mysterieuze grens tussen leven en levenloosheid. ,,Virussen hebben een unieke positie’’, zegt Otto.

Wat niet leeft, kan ook niet sterven. Dat heeft voordelen. Waar levende organismen voedsel nodig hebben om te overleven, heeft een virus heeft alle tijd om te wachten tot er een geschikte cel voorbij komt. ,,Het zijn een soort slapende honden die wakker worden als ze contact maken met een gastheer’’, zegt de Groningse microbioloog Dick van Elsas die veel onderzoek heeft gedaan naar bacteriofagen, de virussen van bacteriën. ,,Ze kunnen trouwens door chemisch verval, uv-straling of uitdroging wel uitdoven. Zo kan een populatie verdwijnen.’’

Door die unieke positie van virussen is er ook altijd discussie over de vraag of virussen al dan niet als levensvorm beschouwd moeten worden. ,,Het leven definiëren is sowieso al heel moeilijk’’, zegt Sijbren Otto. ,,Neem het criterium dat leven zich onafhankelijk moet kunnen voortplanten. Welk organisme is eigenlijk wél volledig autonoom? Haal de bacteriën uit ons lichaam en het is snel met ons gedaan.’'

Balans

Van bacteriën is het inmiddels wel bekend: naast dat ze ziektes kunnen veroorzaken hebben ze ook heel veel nuttige functies voor de mens.

Hoe zit dat met virussen?

Volgens microbioloog Jasper Buickx van microbenmuseum Micropia zijn virussen over het algemeen eerder vrienden dan vijanden van de mens. Virussen zijn er in alle soorten en maten en er zijn er ontzettend veel. Niet alleen mensen, dieren en insecten hebben te maken met virussen, ook bacteriën zelf worden geïnfecteerd. Het menselijk lichaam zit vol met bacteriën, en dus ook met virussen. Die ‘bacteriofagen’ kunnen schadelijke bacteriën doden. Zo houden ze als het ware het aantal bacteriën in bijvoorbeeld ons lichaam onder controle.

Op grote schaal kunnen virussen eenzelfde soort balancerende functie hebben in ecosystemen. Omdat ze zich zo snel kunnen verspreiden, zijn virussen het meest schadelijk voor talrijke soorten die dicht op elkaar leven. Zo kunnen virussen voorkomen dat één soort organisme een heel ecosysteem gaat domineren.

Of dat een ‘nuttige’ functie is, hangt overigens maar net af vanuit welk perspectief je het bekijkt. Die talrijke soort die ingedamd moet worden kan ook de mens zijn die massaal op elkaar gepropt in grote steden woont.

loading  

Rol in evolutie

Als dragers en injecteerders van erfelijk materiaal, spelen virussen ook een belangrijke rol in de evolutie. ,,Daarin hebben virussen zeker ook nuttige aspecten’’, zegt microbioloog Van Elsas. ,,Ze hebben een zeer efficiënte manier van doorgeven van erfelijk materiaal. Omdat ze snel zo veel nageslacht produceren, komen er ook veel ‘foutjes’ in het erfelijk materiaal, die tot mutaties leiden. Dat zie je bijvoorbeeld ook bij het coronavirus. De varianten die nu in Nederland en Italië zijn, wijken af van elkaar en van de oorspronkelijke variant in China.’’

Doordat virussen zo snel evolueren zijn ze ook in staat om genetische verandering bij hun gastheer te beïnvloeden. Van Elsas: ,,Dat biedt een breed scala aan mogelijkheden. Van ‘puur slecht’ tot behoorlijk positief. Zeker bij bacteriën, die hun eigen virussen hebben, is bekend dat ze de genetische aanpassing kunnen versnellen.’’

Bij grotere organismen is de invloed minder direct en snel zichtbaar. Maar zeker is dat virussen ook in hun evolutie een rol hebben gespeeld. Het menselijk DNA bestaat bijvoorbeeld voor 5 procent uit restanten van virussen. Lang werd gedacht dat deze ‘endogene retrovirussen’ nutteloze overblijfselen waren, maar daar komen wetenschappers op terug. Zo zijn er aanwijzingen dat retrovirussen een rol spelen bij bijvoorbeeld de opbouw van ons brein en van de placenta.

Virus als medicijn

De mens zou de mens niet zijn als we de bijzondere eigenschappen van virussen niet zouden proberen te gebruiken in ons eigen voordeel. Zo wordt onderzocht hoe bacteriofagen ingezet kunnen worden om voor de mens schadelijke bacteriën te doden. ,,Deze faagtherapie is mogelijk een alternatief voor antibiotica, waar bacteriën steeds meer resistent tegen worden.’’ Die resistentie tegen antibiotica is een van de grote uitdagingen in de gezondheidszorg.

,,Er zitten wel restricties aan faagtherapie’’, zegt Van Elsas. ,,Ons immuunsysteem is er immers op gebouwd om virussen onschadelijk te maken.’’ Daarom is het moeilijk om virussen in het lichaam aan het werk te zetten, ook al zijn ze daar om te genezen. Van Elsas: ,,Faagtherapie wordt al wel gebruikt bij bijvoorbeeld acne of wondinfecties. Aan de oppervlakte van de huid werkt het, daar is de immuunrespons nog niet zo sterk.’’

Een andere toepassing waar mensen aan werken is het gebruiken van virussen voor gentherapie. ,,Dat is nog heel experimenteel’’, zegt Van Elsas. ,,Wat onderzocht wordt is of je een nuttig, genezend gen in een cel kan binnenbrengen met behulp van virussen. Zo’n virus moet je dan uitkleden, onschadelijk maken en het nuttige gen erin brengen.’’ Als dat virus dan doet waar hij goed in is, het infecteren van cellen, plaatst het dus niet zijn eigen erfelijk materiaal in een cel, maar ‘genezend’ erfelijk materiaal dat er door mensen in is gestopt. Op deze manier doet het virus dienst als een soort vervoersmiddel voor genen, een ‘vector’.


loading  

De realiteit

Terug naar de werkkamer van viroloog Bert Niesters in het UMCG. Want enthousiasme over mogelijke toekomstige toepassingen van virussen is mooi, de realiteit is dat de wereld vandaag de dag in de greep is van één schadelijk virus. Corona, dat mooie bolletje met uitsteeksels die doen denken aan een kroon.

Het UMCG zet zich schrap voor wat nog komen gaat. Hoeveel patiënten gaan er nog komen, raakt de intensive care overvol, moet personeel gaan kiezen wie er een behandeling krijgt en wie niet, zoals in Italië?

De telefoon van Bert Niesters – die zijn duim opsteekt bij wijze van begroeting – gaat onophoudelijk. Iedereen wil antwoorden van de virologen. Waar gaat dit heen, doen we het wel goed, wat gebeurt er nou eigenlijk?

Dat hij een foto van het coronavirus op zijn kamer heeft hangen is niet iets van de laatste maanden. In het begin van zijn carrière onderzocht hij al het coronavirus, een oudere variant van het huidige COVID-19. Voor hem is deze epidemie geen verrassing. Corona veroorzaakte ook al de SARS-uitbraak in 2003.

De realiteit is, zegt Niesters, dat we ons moeten voorbereiden op meer van dit soort epidemieën. ,,Sinds de SARS-uitbraak zijn we ons bewuster van het ‘one health’ idee, van virussen die overspringen van dieren op mensen. Als je heel veel soorten bij elkaar hebt, of het nu in varkensstallen of in grote steden is, verhoog je het risico. Daarnaast reizen mensen tegenwoordig de hele wereld rond, waardoor virussen van ver weg gemakkelijk ook hier komen. En we hebben klimaatverandering, het wordt warmer en natter en dat helpt virussen om zich te verspreiden.’’
 

Hand in hand

Aan de andere kant: het leven wapent zich ook steeds beter tegen virussen. Althans, het menselijk leven. Onze gezondheidszorg wordt steeds beter, onze kennis over virussen en de microwereld steeds groter, we hebben goed werkende vaccins tegen virussen die vroeger dodelijk waren en we zijn zelfs steeds beter in staat om virussen naar onze hand te zetten.

De strijd is zeker niet verloren.

Zoals ze ooit tegelijkertijd ontstonden uit dezelfde oersoep, zo evolueren het leven en de virussen nog altijd hand in hand. Ze zijn onlosmakelijk aan elkaar verbonden, twee varianten van eenzelfde drijvende kracht: de verspreiding van erfelijk materiaal.

Er zijn wetenschappers die vinden dat virussen een plek verdienen in de stamboom van het leven. Dat ze geen levenloze dingen zijn, maar de allersimpelste vorm van leven die er bestaat. Een beetje erfelijk materiaal, laagje eiwit eromheen en klaar. Het lijkt niets, maar het kan de hele wereld veranderen.

Naast de foto van het coronavirus hangt op de werkkamer van Niesters nog een foto van werk van Luke Jerram. Weer die kluwen van witte strengen in een glazen verpakking. Dit keer niet rond maar hoekiger, en versierd met figuurtjes die lijken op een soort zeesterren.

Het is het enterovirus, het meest bekend als de veroorzaker van polio. Die ernstige besmettelijke ziekte, die leidt tot kinderverlamming, komt sinds de invoering van het Rijksvaccinatieprogramma in 1957 in Nederland niet meer voor.

menu