iGEM Groningen werkt aan een preventieve behandeling tegen vogelgriep, waarbij het virus wordt bestreden met bacteriën. De bacteriën zijn genetisch gemodificeerd, waardoor ze zogenaamde nanolichamen uitscheiden in de longen van kippen. Het team verwacht dat deze nanolichamen een bescherming bieden tegen het virus.
Grote kans dat je het voorbij hebt komen horen in het nieuws: het vogelgriepvirus grijpt weer om zich heen in de Nederlandse pluimveestallen. Om verdere verspreiding van het virus te voorkomen, wordt bij het vaststellen van een infectie de gehele stal geruimd. Het afgelopen jaar heeft dit al aan miljoenen vogels het leven gekost.
Obstakels voor een vaccin
Kunnen deze vogels dan niet gevaccineerd worden, net zoals mensen tegen corona? Helaas ligt dit niet zo gemakkelijk. De meest effectieve vaccins moeten geïnjecteerd worden in vogels, maar dit is erg arbeidsintensief en duur. Het kost minder geld om de stallen met vogelgriep te ruimen – hoeveel dierenleed dit ook veroorzaakt.
Geld is echter niet het enige probleem. Vogels die gevaccineerd zijn, maken antilichamen aan waarmee ze beschermd zijn tegen het virus. Als vogels vogelgriep oplopen, maken ze dezelfde antilichamen aan. Gevaccineerde en besmette vogels zijn hierdoor lastig van elkaar te onderscheiden. Daarnaast is het mogelijk dat gevaccineerde vogels zelf niet ziek worden, maar het virus nog wel verspreiden. Om deze redenen is internationale handel in gevaccineerde vogels binnen Europa verboden.
Nanolichamen als oplossing
Om de obstakels voor een vaccin uit de weg te ruimen, werkt het team uit Groningen niet aan een vaccin, maar aan een preventieve behandeling tegen het vogelgriepvirus. Deze behandeling richt zich specifiek op kippen en bestaat uit een spray die bacteriën bevat. Van deze bacteriën worden de kippen niet ziek. Sterker nog, ze komen van nature voor in de longen van de kip. Het team verwacht daarom dat de bacteriën zich goed kunnen nestelen en vermenigvuldigen in het longweefsel, waar ze een beschermende laag vormen tegen het vogelgriepvirus.
Maar het zijn niet de bacteriën zelf die de kip beschermen tegen vogelgriep. Het team heeft de bacteriën genetisch gemodificeerd, waardoor ze zogenaamde nanolichamen uitscheiden. Dit zijn kleine stukjes van antilichamen die binden aan het vogelgriepvirus, waardoor ze het kunnen uitschakelen. Door het gebruik van nanolichamen, kunnen vogels die beschermd zijn met deze therapie goed onderscheiden worden van zieke vogels, die antilichamen aanmaken. Daarnaast is de spraybehandeling, in tegenstelling tot injecties, relatief goedkoop.
Het iGEM-team uit Groningen.
Copyright iGEM team GroningenDe werkzaamheid van de behandeling
Nanolichamen kunnen ook op andere manieren gebruikt worden. Celbioloog Paul van Bergen en Henegouwen van de Universiteit Utrecht doet al ruim vijftien jaar onderzoek naar deze kleine stukjes van antilichamen. Van Bergen en Henegouwen onderzoekt of ze als kankertherapie ingezet kunnen worden, maar gebruikt ze ook voor medische beeldvorming.
Met zijn jarenlange onderzoek naar nanolichamen, kan Van Bergen en Henegouwen goed beoordelen of het project kans van slagen heeft: “Ik vind het een leuk idee. De techniek die het team gebruikt om nanolichamen te produceren is goed op te schalen en zou daardoor breed toegepast kunnen worden. Wel maken ze gebruik van een genetisch gemodificeerd organisme, waar strenge regels voor gelden. Je moet voorkomen dat de gemodificeerde bacterie in het milieu terechtkomt. Hier moet het team dus nog iets slims op bedenken.”
“Ook heb ik mijn twijfels over de werkzaamheid van de behandeling. Als een virus je goed te pakken heeft, dan barst je lichaam van de virussen. Ik vraag me daarom af of de bacteriën genoeg kunnen groeien in de longen van de kippen, waardoor ze de beschermende laag kunnen vormen waar het team het over heeft.”
“Daarnaast vraag ik me af of de bacteriën op een therapeutisch niveau nanolichamen kunnen maken, dat wil zeggen: voldoende om werkzaam te zijn tegen het virus.” Van Bergen en Henegouwen geeft het team echter het voordeel van de twijfel: “Dit zijn vragen die je van tevoren lastig kan beantwoorden. Om achter de werkzaamheid van de behandeling te komen, moet je het testen. Ik heb mijn twijfels, maar het team is optimistisch. Dan geef ik altijd degenen met optimisme de kans.”
Een strijd tegen mutaties
Naast een grote hoeveelheid bacteriën die voldoende nanolichamen aanmaken, is het nodig dat ze het vogelgriepvirus kunnen uitschakelen. Viroloog Xander de Haan, ook van de Universiteit Utrecht, doet al zo’n twintig jaar onderzoek naar verschillende soorten virussen. Hij heeft daarmee een goed zicht op dit gedeelte van het project: “Ik vind het idee van het team interessant, maar er zitten nog wel haken en ogen aan.”
“Als de nanolichamen werken tegen het vogelgriepvirus, zal dit maar van tijdelijke duur zijn. Zodra het virus zich gaat muteren, bestaat de kans dat de behandeling niet langer werkt”, legt De Haan uit. Dit heeft te maken met de antigenen van het vogelgriepvirus: de moleculen waaraan de nanolichamen binden, waardoor het virus wordt uitgeschakeld. De Haan: “De structuur van de nanolichamen heeft dus bij iedere mutatie een aanpassing nodig, waardoor ze weer goed kunnen binden aan de virale antigenen. Dit zie je ook bij menselijke virussen, zoals influenza en corona, waar de vaccins regelmatig een update nodig hebben.”
Om voorbereid te zijn op virusmutaties, werken de Groningse studenten aan een computerprogramma waarmee ze de benodigde aanpassingen van hun therapie kunnen bepalen. In dit computerprogramma maken ze een model van de virale antigenen en de nanolichamen. Wanneer het virus zich muteert, willen ze met dit programma bepalen hoe ze de structuur van de nanolichamen moeten veranderen, zodat ze weer als een puzzelstukje op de antigenen passen. Van Bergen en Henegouwen werkt aan een vergelijkbaar computerprogramma, maar De Haan vraagt zich af of zo’n programma kosteneffectief is tegen de bestrijding van vogelgriep: “Voor iedere mutatie zou er dan opnieuw gesprayd moeten worden met aangepaste nanolichamen. Dat is waarschijnlijk erg duur.”
Meerdere doelwitten aanvallen
Er bestaat echter een oplossing waarbij je nanolichamen niet bij iedere virusmutatie hoeft aan te passen. De Haan: “Als je maar één doelwit hebt, kan het virus hier gemakkelijk resistent voor worden door een proces dat we ‘virale ontsnapping’ noemen. Het is daarom effectiever om meerdere doelwitten te hebben, waarbij meerdere onderdelen van de virale antigenen worden aangevallen. Dit zie je bijvoorbeeld ook bij aids, waar een enkel medicijn niet werkt, maar een cocktail van medicijnen wel effectief is.” Het team erkent dat hun behandeling waarschijnlijk het beste zal werken in combinatie met andere behandelingen. Op die manier hopen ze een muur te vormen die sterk genoeg is om het virus tegen te houden.
Naast het aantal doelwitten, speelt het stukje antigeen waaraan de nanolichamen binden ook een rol in de effectiviteit van de behandeling. De Haan: “De frequentie waarmee verschillende stukjes van antigenen muteren verschilt. Het is effectiever om stukjes die minder muteren als doelwit te hebben, omdat je therapie dan langer werkzaam is. Het is voor nanolichamen echter wel lastiger om aan stukjes te binden die minder muteren.” Er moet dus een balans gevonden worden, waarbij de doelwitten zo min mogelijk muteren, maar waar ze nog wel toegankelijk zijn voor de nanolichamen.
De bacteriën kunnen in de darmen van de kip terechtkomen door ze te verwerken in voeding.
Oleksandr Pidvalnyi via Pexels LicenseNanolichamen in kippenvoeding
Ten slotte geeft De Haan aan dat de bacteriën ook in de darmen van de kip een beschermende laag moeten vormen, omdat het vogelgriepvirus zich hier ook kan vermenigvuldigen. Maar ook hiermee heeft het team rekening gehouden: de bacterie die ze gebruiken komt van nature niet alleen voor in de longen van de kip, maar ook in haar darmen. Het team verwacht daarom dat hun therapie ook werkzaam is in de darmen van de kip.
Het is nog onduidelijk of de gemodificeerde bacterie ook via de spray in de darmen van de kip terechtkomt. Een andere optie om de nanolichamen in de darmen te krijgen is door de bacteriën te verwerken in de voeding van kippen. Dit gebeurt bijvoorbeeld al met natuurlijke probiotica, waarmee de darmflora’s van kippen verrijkt kunnen worden. Op deze manier zijn zowel de longen als de darmen van de kip beschermd tegen het vogelgriepvirus, en kan de situatie van deze dieren misschien eindelijk verbeterd worden.