VIRUSOPMARS nu live te volgen in lichaam

Onderzoekers Hubrecht Instituut en Universiteit Utrecht: Alle stappen die een virus zet zijn nu zichtbaar te maken

UTRECHT – Wetenschappelijk onderzoekers van het Hubrecht Instituut en de Universiteit Utrecht kunnen voor het eerst de verspreiding van een virus in het menselijk lichaam live volgen. Vanaf het allervroegste moment van een virusinfectie kunnen zij het verloop ervan gadeslaan.

Daartoe hebben zij een techniek ontwikkeld waarbij eiwitten van een virus ‘aangekleurd en lichtgevend’ worden met een fluorescerende stof, een ‘label’. Daardoor is het virus goed te volgen wanneer het de cellen van de besmette persoon, de ‘gastheer’, binnendringt. Met grote nauwkeurigheid zijn alle stappen die het virus zet nu zichtbaar te maken (zie video-1).

Pandemie

De wetenschappers zeggen dat de techniek kan worden ingezet om een breed scala aan zogenoemde RNA-virussen te onderzoeken, zoals het poliovirus, het zikavirus, het hepatitis-C-virus etcetera. Ook het SARS-CoV2-virus, beter bekend als het coronavirus, dat verantwoordelijk is voor de huidige pandemie, kan zo bij zijn opmars in en verovering van het menselijk lichaam gevolgd worden.

De geavanceerde techniek heet VIRIM, een afkorting die staat voor ‘virus infection real–time imaging’. Op termijn kunnen de inzichten die hierbij worden opgedaan wellicht leiden tot gerichtere behandelingen voor virusinfecties. De totstandkoming van de geavanceerde techniek, de mogelijkheden die hij geeft en eerste bevindingen, zijn vandaag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Cell. De nieuwe ontwikkeling is mogelijk geworden door samenwerking tussen de onderzoeksgroepen van Marvin Tanenbaum en Frank van Kuppeveld van de Universiteit Utrecht.

Statische foto

Tot nu toe bestonden er technieken waarmee uitsluitend een statische ‘foto’ van een virusinfectie gemaakt kon worden. Dat wil zeggen:  onderzoekers konden geïnfecteerde cellen alleen op een bepaald punt in de tijd waarnemen, maar het was niet mogelijk een virusinfectie van begin tot eind te volgen. Daar komt nu verandering in met de komst van de nieuwe microscopie-technologie. ,,Met deze nieuwe methode kunnen we heel veel belangrijke vragen over virussen beantwoorden, zegt Sanne Boersma, een van de onderzoekers van het Hubrecht Instituut in Utrecht.

• Video-1: Wanneer een gastheercel wordt geïnfecteerd door een virus is een enkel viraal RNA-molecuul aanwezig (stipje bij het begin van de infectie). Tijdens de replicatie, vermeerdert het virus het RNA-molecuul (aantal stipjes neemt toe).

RNA-virussen vormen een grote groep. Het genetische materiaal van dit type virus bestaat uit RNA: een molecuul dat lijkt op DNA, het genetisch materiaal van mensen. Een RNA-virus infecteert een cel, ook wel gastheercel genoemd, waarna het virus die cel overneemt en dwingt om nieuwe virusdeeltjes te maken. Op die manier kan de indringer zich in rap tempo vermeerderen in het lichaam. De nieuwe virusdeeltjes worden veelal via de luchtwegen uitgescheiden en kunnen zo andere mensen infecteren. Voorbeelden van RNA-virussen zijn coronavirussen, het hepatitis-C-virus, het zikavirus en enterovirussen – een grote groep virussen, waaronder rhinovirussen (veroorzakers van verkoudheid), coxsackievirussen (belangrijke veroorzaker van virale hersen(vlies)ontsteking) en het poliovirus.

Wedstrijd

De bouwstenen van ons lichaam – onze cellen – hebben elk hun eigen afweersysteem om een virusinfectie op te sporen en uit te schakelen. Zodra een virus een cel in ons lichaam binnendringt, ontstaat als het ware een wedstrijd tussen het virus en de gastheercel: het virus probeert zich zo snel mogelijk te vermenigvuldigen, terwijl de gastheercel dit uit alle macht probeert tegen te gaan. Met de VIRIM-techniek konden de onderzoekers de uitkomst van deze wedstrijd zien. In een deel van de cellen zagen ze dat de gastheercel de wedstrijd won (video 2). Sanne Boersma: ,,De gastheercel was geïnfecteerd en het virus probeerde zich te vermeerderen, maar dat lukte niet.” Dit wekte de nieuwsgierigheid van Boersma en haar collega’s en leidde tot een nieuw experiment. 

Achilleshiel

De onderzoekers hielpen de gastheercellen een handje door hun afweersysteem een boost te geven. Toen bleek dat de allereerste vermenigvuldiging van het virusdeeltje in de gebooste cellen vaak te falen. ,,De eerste stap in het vermenigvuldigingsproces is dus de achilleshiel van dit virus: dit moment bepaalt of het virus zich verder kan verspreiden,” vertelt Boersma. “Als de gastheercel er helemaal in het begin niet in slaagt om het virus af te weren, dan wint het virus.” Voor de ontwikkeling van de VIRIM-techniek gebruikten Boersma en haar collega’s een picorna-virus. Leden van de picornafamilie kunnen zorgen voor een onschuldige verkoudheid, maar ook het virus dat polio veroorzaakt behoort tot deze virusfamilie.

• Video-2: Wanneer een gastheercel wordt geïnfecteerd door een virus is een enkel viraal RNA-molecuul aanwezig (stipje bij het begin van de infectie). Vervolgens wil het virus dit RNA-molecuul repliceren maar dit mislukt (geen toename in stipjes).   

• Kleurtoelichting bij foto bovenaan: Nadat een virus een gastheercel heeft geïnfecteerd probeert het zich te vermenigvuldigen (in groen). Ook tracht het virus te voorkomen dat de gastheercel zich bemoeit met de virusreplicatie door de celkern aan te vallen (in blauw) en de eiwitproductie van de gastheercel stil te leggen (in rood).