Zodra bacteriën en virussen ons lichaam binnendringen, komt ons afweersysteem gelijk in actie. De basis van deze verdediging wordt gevormd door witte bloedcellen. Dit zijn als het ware de soldaten van de afweer. In ons bloed bevinden zich verschillende soorten witte bloedcellen en elke soort heeft zijn eigen specifieke taak.
Op basis hiervan is het afweersysteem verdeeld in het aangeboren afweersysteem en het verworven afweersysteem. Slechts een klein deel van de infecties kan niet door fagocyten van het aangeboren afweersysteem worden opgeruimd. In deze gevallen gaan cellen van de verworven afweer, de B- en T-cellen, zich in groten getale vermenigvuldigen.
De verworven afweer is heel efficiënt tegen specifieke indringers, maar reageert veel langzamer dan het aangeboren afweersysteem: het duurt minstens 1 á 2 weken voordat de B- en T-cellen zich hebben vermenigvuldigd en de afweer op volle sterkte is. Zodra de infectie is opgeruimd zijn de enorme hoeveelheden aangemaakte B- en T-cellen niet meer nodig, en de meerderheid gaat dood.
Sommige B- en T-cellen blijven echter bestaan: de B-geheugencellen en T-geheugencellen. Deze cellen hebben de taak om kenmerken van de ziekteverwekker in hun geheugen op te slaan. Dankzij geheugencellen wordt de indringer bij een tweede infectie sneller herkend en onschadelijk gemaakt. Op deze eigenschap van het verworven afweersysteem zijn ook vaccinaties gebaseerd.
Geheugen van aangeboren afweersysteem
Tot voor kort werd gedacht dat alleen cellen van het verworven afweersysteem een geheugen konden opbouwen. Recent is gebleken dat ook cellen van de aangeboren afweer een dergelijke capaciteit bezitten.
Vanuit evolutionair standpunt is het ook niet logisch dat alleen het verworven afweersysteem een geheugen zou kunnen opbouwen na een infectie. Slechts zo’n 3 procent van alle levende organismen op aarde, namelijk de gewervelde dieren, hebben een verworven afweersysteem. Dit zou betekenen dat maar liefst 97 procent van alle soorten op aarde, waaronder planten en insecten, geen geheugen kan opbouwen, terwijl dit verdedigingsmechanisme duidelijk bijdraagt aan de overleving van een soort.
Experimenten met planten en insecten hebben laten zien dat beide beter beschermd zijn bij een tweede infectie na het doormaken van een eerste infectie. Ook genetisch gemodificeerde muizen die geen T- of B-cellen hebben, blijken bij een nieuwe infectie een hoger overlevingspercentage te hebben als zij al eens eerder zijn aangevallen door dezelfde ziekteverwekker.
BCG: meer dan een vaccin tegen tuberculose
De grote vraag is: hoe zit het bij mensen? Heeft ons aangeboren afweersysteem ook de mogelijkheid om een geheugen op te bouwen? En wat hebben we aan deze eigenschap?
Voor het antwoord duiken we terug in de geschiedenis. Bijna 100 jaar geleden werd in Frankrijk de BCG (Bacillus Calmette-Guérin)-vaccinatie tegen tuberculose ontwikkeld. Vlak na de introductie van het BCG-vaccin werd er door de Zweedse arts Carl Naeslund een opmerkelijke observatie gedaan. In de jaren voor de introductie van het BCG-vaccin overleed gemiddeld 11 procent van de kinderen in Zweden in hun eerste levensjaar.
Na de invoering van BCG-vaccinatie zag deze arts dat dit percentage daalde naar 4 procent. Een afname van meer dan 50 procent. Deze daling kon niet verklaard worden door het verminderen van het aantal doden door tuberculose alleen, omdat het percentage jonge kinderen dat destijds aan tuberculose overleed kleiner was dan 0,5 procent.
Hoe kan het sterftepercentage dan zo sterk dalen? Bij nader onderzoek bleek dat na BCG-vaccinatie niet alleen tuberculose minder voorkwam, maar dat jonge kinderen ook minder vaak overleden aan andere infecties. Dit werd niet alleen in Zweden waargenomen, maar ook elders: het BCG-vaccin beschermde naast tuberculose ook tegen andere, niet aan tuberculose gerelateerde, ziekteverwekkers.
Inmiddels is bekend dat na BCG-vaccinatie de cellen van het aangeboren afweersysteem veel beter reageren tegen allerlei soorten ziekteverwekkers. Zo produceren de monocyten en macrofagen veel meer afweerstoffen (cytokinen) tegen andere bacteriën, virussen en schimmels. Bepaalde vaccins, en ook infecties, trainen als het ware de macrofagen en hun voorlopercellen om beter te functioneren bij een volgende infectie, ongeacht welke soort ziekteverwekker dat is. Dit niet specifieke geheugen van het aangeboren afweersysteem wordt ‘getrainde immuniteit’ genoemd.
Loszittend DNA
Maar hoe komt het dat deze cellen beter gaan werken? Het antwoord ligt in de manier waarop het DNA, de erfelijke code, in de celkern is opgevouwen. Deze code bevat instructies voor de productie van eiwitten. Maar om van de opgeslagen informatie in het DNA naar een eiwit te komen, moet het DNA wel afgelezen kunnen worden. Wanneer de lange molecuulketens van het DNA stevig om eiwitklosjes (histonen) gewikkeld zitten, is het moeilijk om het DNA naar eiwitten te vertalen.
Maar na sommige vaccinaties en infecties blijkt het DNA in de witte bloedcellen niet meer zo strak rond de histonen te zitten. Deze veranderingen noemen we epigenetische modificaties. Door de lossere structuur van het DNA vindt de vertaling naar eiwitten bij een tweede infectie makkelijker en sneller plaats. Deze versnelling zorgt ervoor dat de afweerreactie de tweede keer veel efficiënter en krachtiger verloopt.
Nadelige effecten
Het geheugen van het aangeboren afweersysteem is helaas niet alleen voordelig. Wanneer dit geheugen wordt geactiveerd zonder dat er sprake is van een infectie, kan dit een rol spelen bij het optreden van verschillende ziekten. Zo blijken naast infecties ook bepaalde vetten een geheugen in macrofagen te kunnen activeren. De verhoogde productie van ontstekingsstoffen die hierdoor ontstaat, kan tot weefselschade leiden en zo mogelijk bijdragen aan de ontwikkeling van hart- en vaatziekten. Daarnaast draagt de sterkere afweerreactie in sommige gevallen mogelijk bij aan de weefselschade die optreedt bij chronische ontstekingsziekten, zoals reuma en de ziekte van Crohn.
In die gevallen dat getrainde immuniteit onnodig wordt geactiveerd en bijdraagt aan een ontstekingsreactie, kan het proces geremd worden met afweeronderdrukkende middelen om zo de ziekte te behandelen.
Toekomstige toepassingen
De ontdekking van getrainde immuniteit biedt daarentegen ook tal van mogelijkheden voor de ontwikkeling van nieuwe vaccins en geneesmiddelen. Vaccins kunnen bijvoorbeeld beter werken wanneer er naast de specifieke immuniteit rekening gehouden wordt met het effect van getrainde immuniteit.
Daarnaast kunnen met name jonge kinderen en ouderen, groepen die een verhoogde kans hebben op het krijgen van infecties, baat hebben bij stimulering van de getrainde immuniteit. Bovendien zijn er aanwijzingen dat het stimuleren van de getrainde immuniteit gunstig zou kunnen werken bij allergische ziekten, zoals astma. Ook biedt dit perspectief om kanker te behandelen, aangezien stimulering van het afweersysteem een belangrijke strategie is in de strijd tegen kanker.