“Ze zwemmen nog even actief rond als anders, maar als ze een eicel tegenkomen negeren ze die volledig. Er is iets mis met de herkenning.” Parasitoloog Chris Janse beschrijft het gedrag van zaadcellen van de malariaparasiet Plasmodium berghei onder een microscoop. Niet van gewone zaadcellen, want die laten een eenmaal ontmoete eicel niet meer los en wurmen zich naar binnen. De cellen waar de parasitoloog het over heeft zijn genetisch zodanig veranderd dat ze een bepaald eiwit niet meer maken. Blijkbaar is dat eiwit (P 48/45) cruciaal voor de bevruchting. Dat biedt mogelijkheden om een spaak in het wiel van de parasitaire voortplanting te steken. De ontdekking was belangrijk genoeg voor publicatie in het vooraanstaande tijdschrift Cell.
Het onderzoeksonderwerp van Janse en zijn collega’s is een lid van de Plasmodium-familie dat ongevaarlijk is voor mensen. Bij knaagdieren veroorzaakt het organisme de verschijnselen van malaria. Willen de onderzoekers muizen en ratten verlossen van malaria? “Het staat natuurlijk model voor de menselijke ziekte”, reageert collega Andy Waters. En het is een bijzonder succesvol model, zegt hij: “Malariaparasieten zijn door hun ingewikkelde levenscyclus moeilijk te kweken. Het werken met deze verwante parasiet heeft als voordeel dat we de hele cyclus goed in het laboratorium kunnen laten verlopen – dat lukt met de verwekkers van menselijke malaria niet – en dat we er zelf niet ziek van kunnen worden. Wel blijkt steeds meer dat onze parasiet sterk verwant is aan de variant die de ergste vorm van malaria bij mensen veroorzaakt.” Voor een malaria-epidemie onder veldmuizen hoeven we overigens niet te vrezen, voegt Janse eraan toe: de tropische mug die deze parasiet overbrengt komt in Nederland buiten het laboratorium niet voor.
De lange weg door mens en mug
Ze mogen dan veel kleiner zijn, de voortplantingscyclus van malariaparasieten zit een stuk ingewikkelder in elkaar dan die van mensen. De Plasmodium-parasiet komt het menselijk lichaam binnen als een klein sliertje, de sporozoïet. Dat gebeurt bij een steek door een geïnfecteerde mug. Binnen een half uur is de sporozoïet met het bloed meegelift naar de lever en heeft zich in een levercel genesteld. Daar begint de eerste voortplantingsronde: de cel vermeerdert zich tot duizenden merozoïeten, bolvormige cellen die in het bloed terechtkomen zodra de levercel barst. Ze dringen rode bloedcellen binnen en vermenigvuldigen zich daar opnieuw. Volle bloedcellen barsten, waarbij er 16 of 24 nieuwe parasitaire cellen vrijkomen, die ieder op zoek gaan naar een eigen rode bloedcel. Binnen een week kunnen er zo vele miljarden parasitaire cellen in het bloed van de inmiddels zieke patiënt terechtkomen.
Niet alle merozoïeten slaan echter aan het vermenigvuldigen als ze zich in een rode bloedcel hebben gevestigd. Sommige ontwikkelen zich tot gametocyten, voorlopers van ei- en zaadcellen. Zij wachten totdat er opnieuw een mug steekt en liften in het opgezogen bloed mee naar de muggenmaag. De vrouwelijke cellen veranderen daar in een eicel, de mannelijke cellen worden 8 zaadcellen die elk op zoek gaan naar een eicel om mee te versmelten. Is dat gelukt, dan krijgt de bevruchte eicel een banaanvorm en boort zich door de maagwand van de mug heen. Aan de buitenkant van de maag ontstaat een blaasje, waarin de cel zich vermeerdert tot zo’n tienduizend sporozoïeten. Het blaasje barst open, waarna de sporozoïeten door het lijfje van de mug naar de speekselklieren zwemmen. Daar nestelen ze zich, wachtend op het moment dat de mug trek krijgt in mensenbloed. Als de mug een mens steekt is de cirkel eindelijk rond.
Uitroeiing het ultieme doel
Janse ontwikkelde de technieken om de parasiet te kweken en te bestuderen. Hij doet al achttien jaar onderzoek aan malariaparasieten, bijna even lang als zijn collega Waters. Het ultieme doel van zulk onderzoek is de uitroeiing van de ziekte malaria. De parasitologen beginnen echter aan de andere kant: bij de basale moleculaire biologie van de ziekteverwekker. Waters: “Deze parasieten zijn veel complexer dan bacteriën of virussen. Ze kennen veel verschillende ontwikkelingsstadia, gaan behoorlijk flexibel met hun oppervlaktestructuur om en houden zich in de mens bijna altijd schuil in lichaamscellen. Dat alles maakt ze tot ware meesters in het ontsnappen aan het afweersysteem, en het bemoeilijkt het ontwikkelen van een vaccin tegen malaria. Daar wordt al tientallen jaren naar gezocht, tot nu toe met weinig succes.”
“In onze groep richten we ons niet op het snel ontwikkelen van een vaccin”, vult Janse aan. “Als bioloog kijk je toch anders tegen zo’n parasiet aan dan een medicus. Voor hem is het een indringer die zo snel mogelijk dood moet. Voor ons is het ook een interessant organisme waaraan ontzettend veel te ontdekken valt. We proberen te begrijpen hoe de parasiet in elkaar zit: waar zijn al die eiwitten voor, hoe worden ze geproduceerd, kunnen we daar eventueel een stokje voor steken? De kunst is eiwitten te vinden die voor de parasiet onmisbaar zijn. Als je een vaccin wilt maken, moeten ze bovendien van buitenaf bereikbaar zijn. Het afweersysteem kan niets met een eiwit dat alleen binnen in de parasiet te vinden is.”
De meeste makers van vaccins richten zich op de stadia van de parasiet die in de mens te vinden zijn. Logisch, want dat zijn de vormen die de patiënt dwars zitten. Het eiwit P48/45 komt wel voor in een patiënt met malaria, maar zit alleen op het oppervlak van de voorlopers van zaad- en eicellen. En die zitten veilig in een rode bloedcel, om er pas uit te komen in de maag van de mug. Toch vond een groep Nijmeegse onderzoekers, waarmee de Leidse parasitologen veel samenwerken, het eiwit een geschikte kandidaat om een vaccin tegen te ontwikkelen.
Niet het enige vaccin
Waarom een vaccin maken tegen een eiwit waar het afweersysteem niet bij kan? Waters: “In het menselijk lichaam blijft P48/45 onbereikbaar, dat is waar. Maar met het bloed dat de mug opzuigt, komen ook antilichamen mee. Het idee is nu dat je, door te vaccineren, tegen dit eiwit antilichamen creëert die zich aan het eiwit koppelen en het blokkeren. Op het moment dat de bloedcellen in de muggenmaag opengaan en de parasitaire voortplantingscellen vrijkomen, slaan de antilichamen toe. Ei- en zaadcellen kunnen elkaar dan niet herkennen en dus ook niet samensmelten. Op die manier kunnen er geen bevruchte eicellen ontstaan die door de maagwand heen kunnen. Voor de parasiet loopt de weg dan dood.”
Een vaccin tegen P48/45 zou dus alleen verhinderen dat de parasiet zich in de mug voortplant. De ingeënte patiënt heeft hier niet direct voordeel bij: doordat parasieten in eerdere stadia niet gehinderd worden, kan hij of zij nog steeds malaria krijgen. “Inderdaad”, zegt Waters. “Zo’n vaccin kan alleen effect hebben als de grote meerderheid van de bevolking in een bepaald gebied ermee ingeënt zou worden. Maar je moet bedenken dat dit niet het enige vaccin is dat in de maak is. Stel je voor dat je mensen vaccineert met een cocktail, een mix van vaccins, die ook andere stadia van de parasiet aanpakt. Dat zou een effectieve methode kunnen zijn, doordat je de parasitaire cellen die bij het ene vaccin door de mazen glippen toch nog weet te stoppen in de seksuele fase.”
Met alleen een vaccin dat 99 procent van de parasieten in een eerder stadium doodt, zal succes maar van korte duur zijn, legt zijn collega Janse uit. “Het is een bekend verschijnsel: de enkele parasiet die ongevoelig is, overleeft en plant zich voort. Binnen de kortste keren heb je dan de epidemie terug, maar nu werkt je vaccinatie niet meer. De parasieten zijn ‘resistent’ geworden. Met een cocktail van vaccins waarin ook het ‘anti-seksvaccin’ zit is die kans veel kleiner, omdat er bijna nooit parasieten ongevoelig zullen zijn voor meerdere vaccins tegelijk.”
Vooral kinderen slachtoffer van malaria
Dertig jaar geleden leek het bijna gedaan met malaria. Sindsdien is de ziekte echter bezig met een langzame opmars. Jaarlijks vergt malaria ruim 1 miljoen levens, aldus de Wereldgezondheidsorganisatie, waarvan 900.000 in Afrika. Andere schattingen gaan uit van bijna 3 miljoen doden per jaar. De slachtoffers zijn vooral kinderen van één tot vijf jaar. Volwassenen worden ook wel ziek – jaarlijks krijgt wereldwijd bijna een half miljard mensen een malaria-aanval – maar ze overlijden er veel minder aan.
Voor de overlevingskansen maakt het veel uit welke malariaparasiet iemand onder de leden heeft. Er zijn vier soorten, alle van het geslacht Plasmodium. Van drie daarvan kun je flink ziek worden, maar daar blijft het vrijwel altijd bij. Bij de venijnigste variant, Plasmodium falciparum, betekent een infectie daarentegen een overlijdenskans van 1 à 2 procent. Rode bloedcellen die door deze parasiet zijn geïnfecteerd, kunnen aan de binnenbekleding van bloedvaten gaan kleven. Dat kan tot blokkades leiden, die onder meer zuurstoftekort in de weefsels veroorzaken. Soms dus met dodelijk gevolg.
Toch bevruchting
Een vaccin tegen P48/45 is er nog niet, maar de Leidse parasitologen onderzochten dus wel hoe een parasiet zich zonder het eiwit gedraagt. Met een door hen ontwikkelde methode knipte collega Melissa van Dijk het ‘recept’ voor P48/45 uit het DNA van de parasiet en werd zijn ontwikkeling met spanning gevolgd. Alles ging dus goed, behalve de seks. Dat bleek aan de zaadcellen te liggen; de eicellen konden zonder het eiwit wel gewoon bevrucht worden. Toch bleken ook deze ‘impotente’ zaadcellen heel soms in staat te zijn een eicel te bevruchten. Is het P48/45 dan toch niet onmisbaar?
“We denken dat verwante eiwitten de functie van P48/45 gedeeltelijk kunnen overnemen. Meestal lukt dat niet helemaal, maar soms dus toch goed genoeg om tot bevruchting te leiden.” Voor het ontwikkelen van een vaccin lijkt het daarom aantrekkelijk om niet alleen P48/45, maar ook eiwitten die er op lijken het zwijgen op te leggen. Die moeten dan wel eerst bekend zijn. Waters en zijn Engelse collega Joanne Thompson spoorden ze op in de genenkaart van de parasiet. “Toen bleek maar weer hoe goed ons modelorganisme is: bijna alle leden van de genfamilie die we bij de mensenparasiet vonden, tot nu toe acht van de negen, zaten bij de knaagdierparasiet op dezelfde plaats. Bovendien waren deze genen bij de twee soorten parasieten nagenoeg identiek.”
Twee genen uitschakelen
Het sterkst aan P48/45 verwante gen zit er pal naast, bleek uit de zoekresultaten. “Dat is handig”, zegt Janse. “In één keer kunnen we de twee genen samen uitschakelen en kijken wat er gebeurt. Daar zijn we nu mee bezig. Of de dubbele mutanten die je dan krijgt helemaal niet meer tot bevruchting in staat zijn, weten we nog niet. We hopen het wel, natuurlijk.” Mocht dat zo zijn, dan moet een te ontwikkelen vaccin ook het buureiwit aanpakken, licht hij nog toe. “En dat is lang niet genoeg. Het vaccin dat uiteindelijk gebruikt gaat worden zal een immuunreactie moeten opwekken tegen tientallen eiwitten tegelijk. Je moet de parasiet zo hard mogelijk aanpakken, want hij is verschrikkelijk slim.”