Voor het eerst zijn wetenschappers getuige geweest van iets waarvan ze niet voor mogelijk hielden dat het gebeuren kon: een virus dat zich aan een ander virus vastklampt.
Een beetje per ongeluk hebben wetenschappers ontdekt dat sommige virussen zich aan andere virussen vastklampen om te overleven. Dat is te lezen in het blad The ISME Journal. “Toen ik het zag, kon ik het niet geloven,” vertelt onderzoeker Tagide deCarvalho. “Niemand heeft ooit gezien dat een bacteriofaag – of welk ander virus dan ook – zich aan een ander virus vastmaakt.”
Per ongeluk
Wetenschappers waren helemaal niet op zoek naar ‘knuffelende virussen’, maar ontdekten deze min of meer per ongeluk. Het begon allemaal toen studenten van de University of Maryland zich voor een schoolopdracht bezig moesten houden met bacteriofagen: virussen die bacteriën kunnen doden. De studenten moesten een bacteriofaag isoleren en laten sequencen, om vervolgens de verkregen DNA-sequentie nader te analyseren. Tot zover niets bijzonders. Maar dat veranderde toen tijdens het sequencen van één van de bacteriofagen niet alleen het genetisch materiaal van de bacteriofaag opdook, maar ook dat van een onbekend organisme. Het suggereerde dat het isoleren van de bacteriofaag niet helemaal goed gegaan was. Daarop deden docenten van de universiteit een tweede poging om de bacteriofaag te isoleren. Maar dat leverde hetzelfde resultaat op, namelijk genetisch materiaal dat hintte op de aanwezigheid van twee organismen.
TEM
Daarop schakelden de docenten deCarvalho in, die de beschikking had over een transmissie-elektronenmicroscoop (kortweg TEM) en daarmee in de perfecte positie was om na te gaan wat er nu precies aan de hand was. DeCarvalho liet de microscoop los op de ogenschijnlijk geïsoleerde bacteriofaag en ontdekte tot haar stomme verbazing niet één, maar twee bacteriofagen die aan elkaar vastgeklampt waren.
Helpende hand
Het is al langer bekend dat sommige virussen naast een gastheer ook andere virussen nodig hebben om zich te kunnen vermenigvuldigen. Deze virussen worden ook wel satellietvirussen genoemd, terwijl hun kompanen aangeduid worden als ‘helpers’. Deze helpers kunnen een satellietvirus bijvoorbeeld helpen bij het kopiëren van zijn DNA of het creëren van een eiwitmantel (die het genetisch materiaal van het virus omsluit en beschermt). Aangenomen werd dat die samenwerking vrij afstandelijk van aard was en enkel vereiste dat het satellietvirus en de helper (in ieder geval tijdelijk) in elkaars nabijheid vertoeven (zie kader).
Satellietvirussen en helpers zijn wetenschappers niet nieuw. In 1973 werd al een bacteriofaag ontdekt die hulp nodig heeft bij zijn vermenigvuldiging. Het ging om de bacteriofaag P4 die de welbekende bacterie E. coli infecteert. P4 houdt er doorgaans een lysogene levensstijl op na, wat inhoudt dat deze het genoom van zijn gastheer binnendringt om zich te kunnen vermenigvuldigen. Nu is P4 prima in staat om op eigen houtje het chromosoom van zijn gastheer binnen te dringen. Maar wat ‘m vervolgens niet lukt, is zichzelf vermenigvuldigen. Daar heeft P4 namelijk hulp voor nodig en wel van een bacteriofaag die onderzoekers aanduiden als P2. Hoe gaat dat precies? Nou, een stuk minder spectaculair dan je misschien denkt. P4 dringt het chromosoom van zijn gastheer binnen en wacht simpelweg tot P2 zich aandient. Zodra P2 een cel binnendringt waar P4 al rondhangt, komt P4 in actie en gebruikt de genetische instructies van P2 – de ‘helper’ – om zich te vermenigvuldigen.
Dat sommige virussen moeten samenwerken, mag dan al decennia bekend zijn, maar bewijs dat ze zich voor een succesvolle samenwerking echt aan elkaar vast moesten klampen, was er niet. Tot nu. Want deCarvalho zag met behulp van de transmissie-elektronenemicroscoop toch echt dat een satellietvirus zich aan zijn helper had vastgeklampt.
Noodzakelijke samenwerking
Een nadere analyse van het genoom van de satelliet, helper en gastheer (een Streptomyces-bacterie) geeft meer inzicht in de noodzaak van deze ‘knuffel’. Zo ontdekten wetenschappers dat het satellietvirus – in tegenstelling tot de hierboven genoemde P4 – niet rustig in het DNA van zijn gastheer kan wachten op hulp. Het virus is namelijk niet in staat om op eigen houtje het genoom van zijn gastheer binnen te dringen; daarvoor heeft deze een helper nodig. En dat is tamelijk problematisch, want het betekent dat dit virus elke keer als het een gastheer binnendringt, dus eigenlijk in aanwezigheid van die helper moet zijn om het genoom van de gastheer binnen te kunnen dringen en zich te kunnen vermenigvuldigen. “Vastklampen is dan totaal logisch,” stelt onderzoeker Ivan Erill. “Want hoe gaat het satellietvirus er anders voor zorgen dat hij de cel precies op hetzelfde moment (als de helper, red.) binnengaat?”
En dus is dat wat dit satellietvirus doet; met een kort staartje – dat hij mogelijk speciaal voor deze samenwerking ontwikkeld heeft – klemt hij zich vast aan de nek van het veel grotere helper-virus (zie ook de afbeelding hierboven).
Sporen van een omhelzing
En toen onderzoekers wat gerichter op zoek gingen naar deze innige omhelzingen, ontdekten ze al snel dat deze veelvuldig plaatsvinden. Van de 50 helpers die ze in aanvullende monsters detecteerden, hadden er 40 het satellietvirus om de nek hangen. En van de resterende 10 helpers die niet behulpzaam leken, bleek een groot deel in het verleden wel behulpzaam te zijn geweest, want onderzoekers ontdekten in hun ‘nek’ sporen van een omhelzing, in de vorm van staartvezels, afkomstig van satellietvirussen.
De bijzondere samenwerking tussen deze twee virussen lijkt niet alleen vrij veel voor te komen. Deze is hoogstwaarschijnlijk ook al stokoud, zo stellen de wetenschappers. Onderzoek wijst er namelijk sterk op dat het satellietvirus en zijn helper al lange tijd – zeker 100 miljoen jaar – co-evolueren, oftewel zich middels evolutie aan elkaar aanpassen. En de onderzoekers vermoeden dan ook dat dit lang niet de enige virussen zijn die hun samenwerking met een ‘knuffel’ beklinken; de verwachting is dat er nog veel meer van dit soort innige samenwerkingen op ontdekking wachten.
Dat wetenschappers een bovengemiddelde interesse hebben in samenwerkingen tussen satellietvirussen en helpers is goed te verklaren. Want de meeste helpers en satellietvirussen zijn welbeschouwd verwikkeld in een soort wapenwedloop, waarbij helpers evolueren om uitbuiting door satellietvirussen tegen te gaan en satellietvirussen gedwongen worden om daarop te reageren met nieuwe manieren om helpers te kunnen (blijven) gebruiken. En die voortdurende strijd tussen virussen is interessant, zo legt Erill uit, omdat het ons kan leiden naar nieuwe manieren om virussen te bestrijden. Want hoewel we van bacteriofagen (gelukkig) niets te vrezen hebben, zijn er natuurlijk tal van andere virussen die wel gevaarlijk kunnen zijn voor mensen. En door te kijken hoe virussen met elkaar de degens kruisen, kunnen we wellicht ook manieren ontdekken waarop wij virussen kunnen afslaan. Onduidelijk is op dit moment overigens of de ‘knuffelende’ virussen die onderzoekers nu hebben ontdekt, ook in zo’n wapenwedloop verwikkeld zijn; wetenschappers weten bijvoorbeeld nog niet precies hoe het satellietvirus de hulp afdwingt en of de helper over mechanismen beschikt om zo’n ogenschijnlijk klef satellietvirus van zich af te schudden. Vervolgonderzoek moet dat uitwijzen.
