We stellen je even voor aan Antonella's object van rigoureuze studie: Bacillus anthracis, de bacterie die de antraxziekte veroorzaakt. Bacteriën zijn eencellige organismen. Je kunt ze overal vinden: van de bodem van de zee tot de planten in je woonkamer en niet om je te shockeren, maar je eigen ingewanden zitten er ook vol mee! En hoewel veel bacteriën goed zijn, zijn sommige slecht. B. antracis, helaas, is niet onze vriend...
Miltvuurbacterieën zijn niet onze vrienden
Bacillus anthracis kan in een sluimerende, niet-actieve toestand gaan, die een 'spore' wordt genoemd. Zie het als Doornroosje (de schone slaapster), maar in dit geval een gevaarlijke variant. Het kan heel lang overleven, zelfs in extreme omgevingen zoals warme of koude temperaturen, hoge druk enzovoort. Het zit onschuldig te wachten tot er een nieuwe gastheer langskomt. Die gastheer kan een geit of een ezel zijn die besmet gras eet, of als je pech hebt, kun jij zelfs een 'spore' inhaleren. Als je deze stiekemerd inhaleert, is de kans groot dat je sterft. Wanneer de 'spore' eenmaal je darmen of je longen bereikt, groeit hij in zijn actieve vorm en infecteert hij het lichaam. Het is zeer effectief en er is nog geen goede remedie beschikbaar. Dat verklaart waarom anthrax door een aantal landen wordt ontwikkeld als biowapen.
"Miltvuurbacterieën kunnen in een sluimerende staat gaan, als een gevaarlijke 'schone slaapster' die onschuldig zit te wachten op haar volgende gastheer."
Maar met of zonder de betreurenswaardige bemoeienis van de mensheid is antrax een niet te onderschatten bedreiging. En die gaat al een tijdje mee. Er zijn sporen van sporen gevonden in mammoeten en Egyptische mummies, en we zijn er vrij zeker van dat de 5e plaag waar de bijbel het over heeft eigenlijk antrax was. Lange tijd begrepen de mensen niet wat er aan de hand was. Toen het vee in drommen stierf, noemden ze het 'een plaag' of dachten ze dat de velden gewoon 'vervloekt' waren.
Al langer dan een eeuw zijn we in staat om deze vijand als een schadelijke bacterie vast te pinnen. Maar een goede manier om die te bestrijden is er nog niet. Het blijft maar opduiken, zoals in de antrax-uitbraak van 2016 bij Siberische rendieren. De verontreinigde grond die al eeuwenlang bevroren was, begon te smelten door de klimaatverandering die de temperatuur in het gebied deed stijgen. Omdat antraxsporen deze extreme omstandigheden kunnen overleven, groeide er nieuw besmet gras dat werd opgegeten door de arme rendieren en voilà: een nieuwe 5e plaag is nooit ver weg. Om nog maar te zwijgen van het feit dat miljoenen mensen door antrax in mensenhanden zijn gedood. Laten we het er dus allemaal over eens zijn, het is meer dan eng.
Hoe ziet de vijand eruit?
Oké, volgens mij hebben we duidelijk gemaakt dat antrax geen grap is, en de moeite waard om tegen te vechten. Laten we de vijand dus eens van dichtbij bekijken.
Alle bacteriën hebben een membraan aan de buitenkant, je zou het hun huid kunnen noemen. Maar sommige van hen, waaronder Bacillus anthracis, hebben een 'extra' laag om zich heen: de machtige 'S-laag'. Gezien de bacteriën 10 tot 15% van hun energie investeren in het maken ervan, moet het voor hen belangrijk zijn, toch?
Waarom dan? Ten eerste, de 'S-laag' is super sterk, als een pantser. Ten tweede, het is zelf in elkaar gezet! Het bestaat uit kleine stukjes (proteïnen), die zich automatisch in elkaar zetten tot een laag. Stel je voor dat een stapel stenen automatisch een muur vormt. Het klinkt als een superkracht, maar het is waar.
Het probleem met deze machtige S-laag is dat hij zo sterk is, dat het niemand gelukt is om hem af te breken. Daarmee bedoelen we: totdat Antonella langskwam en het pantser aan stukken scheurde. Het klinkt misschien gemakkelijk, maar het is behoorlijk indrukwekkend als je weet dat het onbreekbaar leek sinds de ontdekking in de jaren '50!
En toen kwam Antonella
Om deze machtige 'S-muur' te vernietigen, moesten zij en haar team eerst uitzoeken hoe een enkele 'baksteen' of eiwit in de S-laag eruitziet. Door het toepassen van röntgenkristallografie was ze in staat om de atoomstructuur van het eiwit bloot te leggen. Nu ze de blauwdruk had uitgezocht, kon ze zoveel kopieën van de 'bakstenen' in haar labo produceren en bestuderen als ze wilde.
De volgende stap was het vinden van iets dat zich kon richten op de eiwitten en hun normale gedrag kon blokkeren. Een manier om dat te doen is door middel van ons eigen immuunsysteem.
Als een 'buitenvijand' ons lichaam binnendringt, schiet ons immuunsysteem in gang en begint het meteen 'antilichamen' te maken. Deze antilichamen zijn in staat om de nieuwe vijand te herkennen en te neutraliseren. Zie het als politieagenten met handboeien van de perfecte grootte en vorm om de vijand te 'vangen'. Het zal je niet verbazen dat deze neutraliserende handboeien precies zijn wat Antonella in gedachten had!
” Antilichamen kunnen een nieuwe vijand neutraliseren. zoals politieagenten met handboeien van de perfecte vorm en grootte om ze te 'vangen'.“
Gered door een lama
Dit was allemaal al behoorlijk interessant, maar nog verbazingwekkender is wat er gebeurt bij dieren als kamelen, haaien en ... lama's! Als je ze een nieuwe vijand voorstelt, maakt hun immuunsysteem ook superkleine politieagenten. Het grote voordeel is dat ze gemakkelijker hun handboeien loslaten in het lab, en de handboeien werken nog, ook zonder hun agent. Ze zijn klein, stabiel en makkelijker na te maken in een lab. Wetenschappers noemen deze geweldige lama-handboeien 'nanobodies'.
Ben je nog mee? Tot nu toe hebben we een vijand (de 'stenen' of eiwitten in de S-laag) en een idee om ze te neutraliseren (de 'handboeien' of lama-nanobodies).
Antonella's geniale plan was dus om haar S-laag-eiwitten aan een lama toe te dienen. Het immuunsysteem van de lama zou dan zijn werk doen en 'nanobodies' produceren die deze eiwitten kunnen neutraliseren. Geen gemakkelijke klus, maar na 'zes weken van waanzin' zoals Antonella het noemt, werkte het! Haar nieuwe wollige vriendin had verschillende nanobodies geproduceerd. Na nog eens zes maanden laboratoriumwerk had ze de geschikte nanobodies gevonden en geïdentificeerd.
Het mooie is dat ze de eiwitten precies op de juiste plek hebben geneutraliseerd. Dat wil zeggen, de plek die ze normaal gebruiken om de 'S-muur' aan elkaar te lijmen en te vormen. De nanobodies werken zo goed dat ze niet alleen kunnen voorkomen dat het pantser zich vormt, ze kunnen het pantser zelfs vernietigen als het er al is. Dat betekent dat als je een stel antraxbacteriën neemt en ze bombardeert met deze speciale lama-nanobodies, hun eens zo machtige pantser krimpt, ze niet meer kunnen groeien en uiteindelijk sterven.
Antonella is hierin geslaagd, niet alleen met bacteriën in het labo (in vitro), maar ook tijdens een diereninfectie (in vivo).
Missie volbracht. Pantser vernietigd. Anthrax verslagen.
Daar eindigt Antonella's heldhaftige wetenschapsverhaal voor nu, of beter nog, begint. Na haar publicatie in Nature Microbiology (FYI, bekijk daar haar blog), reikt ze nu naar de sterren. Ze werkt eraan om haar eerste succes om te zetten in een echte therapie voor antrax, en ze is al op zoek naar de volgende ongewenste bacterie die ze moet doden. Wtnschp wenst haar het allerbeste!
