De pandemie valt ons zwaar. Maar de veroorzaker is een lichtgewicht.
Stel dat we alle coronavirusdeeltjes die op dit moment in mensen huizen op een weegschaal zouden leggen, wat zou die weegschaal dan aangeven? Een internationaal team van onderzoekers, onder leiding van promovendi Rob Sender en Yinon M. Bar-On, beiden verbonden aan het Weizmann Institute of Science, heeft dat nu uitgezocht. En in het blad Proceedings of the National Academy of Sciences komen de wetenschappers tot de conclusie dat alle virusdeeltjes samen waarschijnlijk nog geen tien kilo zouden wegen. De onderzoekers baseren hun conclusies op diverse berekeningen.
Makaken
Het begint natuurlijk allemaal met vaststellen hoeveel virusdeeltjes een geïnfecteerd persoon bij zich draagt en hoe zwaar die samen zijn. Om daar meer inzicht in te krijgen, bogen de onderzoekers zich over drie eerdere studies. In deze onderzoeken werden resusapen met SARS-CoV-2 geïnfecteerd, waarna enkele dagen later werd gekeken hoeveel RNA er in de geïnfecteerde weefsels te vinden was. “We gebruiken de waardes die in resusapen gemeten zijn, omdat de apen de meest nauw aan ons verwante organismen zijn waarvan dergelijke data beschikbaar zijn,” zo leggen de onderzoekers uit.
Het totale aantal virusdeeltjes in het lijf van de resusapen berekenden de onderzoekers door de concentratie van viraal RNA in elk weefsel te vermenigvuldigen met de totale massa van het weefsel. “We nemen dus aan dat elk genoom geassocieerd kan worden met een virusdeeltje.”
100 gram of 10 kilo
Afgaand op dit deel van het onderzoek schatten de wetenschappers dat het totale aantal virusdeeltjes in een geïnfecteerde persoon op het hoogtepunt tussen de 1 en 100 miljard zit. Dat zijn er heel veel, maar samen wegen al deze virusdeeltjes slechts tussen de 1 en 100 microgram. “En merkwaardig genoeg wijst dat erop dat alle SARS-CoV-2-virusdeeltjes die momenteel onder menselijke gastheren circuleren samen tussen de 0,1 en 10 kilo wegen.”
Onzekerheden
Het is een inschatting, zo benadrukt onderzoeker Ron Milo, eveneens verbonden aan het Weizmann Institute of Science. In hoeverre die klopt, is natuurlijk sterk afhankelijk van de onderliggende berekeningen. En daar zitten een paar belangrijke onzekerheden in, zo stelt Milo. Zo leunt het onderzoek sterk op virusconcentraties die in resusapen in plaats van geïnfecteerde mensen zijn aangetroffen en zijn de metingen die in weefsels van deze apen zijn gedaan geëxtrapoleerd naar menselijke weefsels. Onduidelijk is of dat echt een goed beeld geeft van de virusconcentraties in geïnfecteerde mensen. “Een andere onzekerheid is het verband tussen genoomkopieën en virionen (virusdeeltjes, red.),” vertelt Milo. “Wij nemen aan dat elk genoomkopie (dat in weefsels van resusapen is aangetroffen, red.) overeenkomt met een virion.” Maar men kan niet uitsluiten dat in de weefsels van de apen ook ‘naakt’ RNA – oftewel viraal RNA dat geen onderdeel uitmaakt van een virusdeeltje – te vinden is. Als een groot deel van het aangetroffen RNA in feite ‘naakt RNA’ is, leidt dat vanzelfsprekend tot een overschatting van de virusdeeltjes.
Belang
Ondanks de onzekerheden is het volgens Milo toch goed dat de nieuwe inschattingen er zijn. “We zien herhaaldelijk dat beschikken over de cijfers omtrent complexe biologische systemen onderzoekers helpt om deze beter te begrijpen en nieuwe en informatievere vragen te stellen.” Zo blijkt uit het onderzoek bijvoorbeeld dat slechts een kleine fractie van de longcellen geïnfecteerd wordt. “Dat hadden we niet verwacht,” merkt Milo op. “En dat is interessant voor onderzoekers die werken aan medicijnen om COVID-19 te bestrijden.”
Evolutie
Daarnaast kan het onderzoek ook meer inzicht geven in de evolutie van SARS-CoV-2. “Als je weet hoeveel virionen er tijdens een infectie geproduceerd worden, kun je een inschatting maken van het aantal kopieën dat het virus tijdens één infectie moet maken. Als we dat combineren met eerdere schattingen van de snelheid waarmee het virus terwijl het zich vermenigvuldigt muteert, kunnen we stellen dat tijdens één enkele infectie er gemiddeld 0,5 mutaties optreden. Dat betekent dat een virusdeeltje dat door een geïnfecteerde persoon wordt losgelaten tot wel 1 andere letter in zijn genoom heeft dan het oorspronkelijke virusdeeltje dat deze persoon infecteerde. Wetende dat er in een maand tijd 6 tot 7 opeenvolgende infecties plaatsvinden, kunnen we inschatten dat het virus gemiddeld elke maand drie nieuwe mutaties ondergaat. Dergelijke berekeningen stellen ons ook in staat om vast te stellen hoe snel mutaties die wij associëren met zorgwekkende virusvarianten, ontstaan.”
De onderzoekers berekenden niet alleen hoeveel virusdeeltjes coronapatiënten bij zich dragen. Ze keken ook naar het aantal antistoffen. En die lijken toch sterk in de meerderheid te zijn. “Wij schatten dat de concentratie neutraliserende antistoffen toch enkele ordes van grootte groter is dan de virale concentraties.” Waarschijnlijk is de overvloed aan antistoffen geen luxe, maar echt noodzakelijk om de viruscellen ervan te weerhouden onze cellen binnen te dringen.
Het blijft ontnuchterend dat zo’n heel klein virus er toch in slaagt om de wereld stil te leggen. Tegelijkertijd leert de geschiedenis ons dat er soms maar weinig voor nodig is om veel kapot te maken. “Neem de atoombom,” stelt Milo. “Dat is nog geen 100 kilo aan splijtbaar materiaal. En kijk eens hoe vernietigend die kan zijn.” En nu dus al deze virusdeeltjes wereldwijd die samen nog geen 10 kilo wegen, “en toch wereldwijd een verwoestend effect hebben”.
