Reuzenvirus: de microben die de grens tussen leven en niet-leven vervagen
Een reuzenvirus is precies wat de naam zegt: een virus dat veel groter is dan we lange tijd voor mogelijk hielden. Waar een gewoon griepvirus ongeveer 100 nanometer groot is en met blote elektronenmicroscoop-ogen nauwelijks te onderscheiden valt van een stofje, zijn reuzenvirussen soms wel tien keer zo groot. Sommige exemplaren zijn zelfs zichtbaar met een gewone lichtmicroscoop, het soort apparaat dat op een middelbare school in het biologielokaal staat. Onderzoekers hielden zulke deeltjes dan ook decennialang voor kleine bacteriën, tot bleek dat het toch echt virussen waren.
Het bekendste voorbeeld heet Mimivirus, een naam die staat voor "mimicking microbe" (nabootsende microbe), omdat het zich zo lang voordeed als een bacterie. Stel je een virus voor als een simpel pakketje: een klein doosje eiwit met daarin een sliert erfelijk materiaal en verder niets. Een reuzenvirus is eerder een goed gevulde koffer: een grote, complexe verpakking met honderden tot duizenden genen, waaronder genen die je normaal alleen bij cellen verwacht, zoals genen voor het repareren van DNA of het aanmaken van bepaalde eiwitten. Die rijkdom aan genetische informatie maakt reuzenvirussen tot een van de vreemdste en meest besproken ontdekkingen in de moderne microbiologie.
Wat is het precies?
Een virus is, kort gezegd, geen zelfstandig levend wezen. Het heeft geen eigen stofwisseling en kan zich niet uit zichzelf voortplanten; daarvoor heeft het altijd een gastheercel nodig, die het als het ware kaapt. Klassieke virussen zijn daarom uiterst minimalistisch gebouwd: ze bevatten precies genoeg genetische code om een cel te dwingen kopieën van hen te maken, en verder niets overbodigs.
Reuzenvirussen breken met dat idee. Hun genoom, de volledige set erfelijke informatie, kan tot ongeveer 2,5 miljoen bouwstenen (baseparen) lang zijn en honderden tot ruim tweeduizend genen bevatten. Ter vergelijking: het griepvirus heeft er ongeveer tien. Reuzenvirussen dragen bovendien genen bij zich voor eiwitten die te maken hebben met eiwitproductie, iets wat vrijwel alle andere virussen volledig overlaten aan de gastheercel. Daardoor lijken ze in sommige opzichten meer op een simpele cel dan op een klassiek virus, al missen ze nog steeds het vermogen om zelfstandig energie op te wekken of te delen.
Fysiek zijn ze ook opvallend: sommige soorten hebben een deeltje van 1 tot 1,5 micrometer, groter dan sommige bacteriën. De vorm varieert van bijna perfecte bollen tot ovale, kruikvormige deeltjes die aan een amfoor doen denken. De meeste bekende reuzenvirussen infecteren geen mensen, maar eencellige amoeben, vooral soorten uit het geslacht Acanthamoeba, die in grond en water leven.
Wat wil men ermee bereiken?
Onderzoek naar reuzenvirussen draait niet om een technologie die je kunt bouwen of verkopen, maar om fundamentele vragen over leven, evolutie en gezondheid. Ten eerste dagen reuzenvirussen de klassieke driedeling van het leven uit (bacteriën, archaea en eukaryoten). Sommige wetenschappers hebben geopperd dat reuzenvirussen wijzen op een vierde, oeroude tak in de levensboom, al is dat idee onder specialisten omstreden en niet algemeen aanvaard.
Ten tweede leveren ze inzicht in hoe virussen zijn ontstaan. Zijn het sterk vereenvoudigde cellen die hun zelfstandigheid zijn kwijtgeraakt, of juist opgeblazen, complexer geworden virussen? Het antwoord raakt aan een van de oudste onopgeloste vragen in de biologie: wat was er eerder, de cel of het virus?
Ten derde speelt er een praktischer, actueler motief: klimaatverandering. Een deel van het giant-virusonderzoek richt zich op permafrost, de permanent bevroren grond in Siberië en andere poolgebieden. Doordat de aarde opwarmt, dooit permafrost sneller dan verwacht, en daarmee komen organismen vrij die tienduizenden jaren bevroren lagen, inclusief virussen. Onderzoekers willen weten hoe lang zulke virussen levensvatbaar kunnen blijven en of dat risico's met zich meebrengt.
Voorbeelden uit de praktijk
Mimivirus (ontdekt 1992, herkend als virus in 2003) werd gevonden in het koelwater van een Britse airconditioninginstallatie in Bradford, tijdens onderzoek naar een longontsteking-uitbraak. Pas jaren later toonden de Franse onderzoekers Didier Raoult en Jean-Michel Claverie aan dat het geen bacterie maar een virus was, met een genoom van ongeveer 1,2 miljoen baseparen.
Megavirus chilensis (2011) werd ontdekt in zeewater voor de kust van Chili en had op dat moment het grootste bekende virale genoom, iets groter dan dat van Mimivirus.
Pandoravirus (2013), beschreven door het team van Jean-Michel Claverie en Chantal Abergel aan de Aix-Marseille Université, brak opnieuw records: een genoom tot 2,5 miljoen baseparen met ongeveer 2500 genen, waarvan de functie van het merendeel nog altijd onbekend is. De naam verwijst naar de kruikvorm van het deeltje, als de mythologische doos van Pandora.
Pithovirus sibericum (2014) is wellicht het meest tot de verbeelding sprekende voorbeeld. Hetzelfde Franse team wist dit virus te reactiveren uit een monster Siberische permafrost dat naar schatting 30.000 jaar oud was. Het deeltje bleek nog steeds in staat amoeben te infecteren, ondanks de duizenden jaren in bevroren toestand.
Mollivirus sibericum (2015) werd uit datzelfde permafrostmonster gehaald en was het tweede virus dat de onderzoekers na tienduizenden jaren weer actief kregen, wat aantoonde dat het geen toevalstreffer was.
Hoe ver is de techniek?
"Techniek" is hier een wat ongebruikelijk woord, want het gaat vooral om ontdekkend, beschrijvend onderzoek, niet om een technologie die stap voor stap wordt doorontwikkeld richting een product. Toch is er duidelijk sprake van voortgang. Sinds de eerste herkenning van Mimivirus in 2003 is het aantal bekende families van reuzenvirussen flink gegroeid, mede dankzij betere DNA-sequencingtechnieken waarmee onderzoekers ook virussen kunnen opsporen die zich niet makkelijk laten kweken.
Het reactiveren van eeuwenoude permafrostvirussen blijft echter een specialistische en trage bezigheid: het vereist zorgvuldige monstername op grote diepte, laboratoriumkweek in amoeben onder strikt gecontroleerde omstandigheden, en jaren aan genoomanalyse. Een belangrijk obstakel is bovendien dat het merendeel van de genen die in reuzenvirussen worden aangetroffen, geen gekende functie heeft; onderzoekers noemen dit weleens "virale duistere materie". Er is dus nog veel basale biologie te ontrafelen voordat men echt kan spreken van een volgroeid onderzoeksveld.
Wat betreft het permafrost-risico is de wetenschappelijke consensus voorzichtig: de tot nu toe gereactiveerde virussen infecteren amoeben, niet mensen of dieren, en er is geen bewijs dat er via dit mechanisme al een voor mensen gevaarlijke ziekteverwekker is vrijgekomen. Onderzoekers waarschuwen wel dat het denkbaar is dat er in de permafrost ook oudere, voor mensen relevante ziekteverwekkers besloten liggen, en pleiten daarom voor verder monitoringonderzoek naarmate het dooiproces versnelt.
Wie werken eraan?
Het onderzoeksveld wordt van oudsher gedomineerd door een Frans laboratorium: het Information Génomique et Structurale (IGS) van het CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), verbonden aan de Aix-Marseille Université. Jean-Michel Claverie en Chantal Abergel, het onderzoeksechtpaar achter vrijwel alle grote reuzenvirus-ontdekkingen sinds 2003, zijn de meest aangehaalde namen in dit vakgebied. Didier Raoult, verbonden aan hetzelfde universitaire netwerk, was medeontdekker van de virale aard van Mimivirus.
Daarnaast doen onderzoeksgroepen in de Verenigde Staten, Japan en Brazilië verwant werk, vooral gericht op het in kaart brengen van reuzenvirussen in oceanen en zoetwater, waar ze een rol lijken te spelen in de regulatie van algenbloei en dus indirect in het wereldwijde koolstofcyclusproces. Internationale genoomdatabanken zoals die van het Amerikaanse National Center for Biotechnology Information (NCBI) spelen een ondersteunende rol door de duizenden gevonden virale genoomsequenties publiek toegankelijk te maken voor vergelijkend onderzoek.