Extreme micro-organismen en hun virussen in het lab

RUG-hoogleraar Tessa Quax onderzoekt micro-organismen die in zeer extreme omstandigheden leven, bijvoorbeeld in hete bronnen of in heel zout water. Veel van deze micro-organismen zijn zogenaamde archaea: ze zijn oeroud, maar zijn meer aan ons verwant dan je misschien zou denken. Quax onderzoekt in het bijzonder de virussen die deze archaea infecteren: ‘Dat leert ons iets over de mechanismen van een virusinfectie, en over de evolutionaire geschiedenis van virussen.’

FSE Science Newsroom | tekst Charlotte Vlek | fotografie AV-services RUG

Ze leven in extreme omstandigheden, zoals de hete bronnen van Yellowstone National Park (VS) of de Dode Zee, maar ook op je huid en in je darmen. Archaea zijn micro-organismen die echt anders zijn dan bacteriën, ze vormen zelfs een heel eigen domein in de stamboom van het leven. Toch zijn ze op een belangrijke manier aan onze menselijke cellen verwant: vermoedelijk zijn de cellen met een celkern, zoals ook wij mensen die hebben, ontstaan doordat zo’n archaeon een specifieke bacterie in zich opnam.

Net als onze cellen of bacteriën kunnen ook archaea besmet raken met een virus: er zijn zelfs talloze archaea-virussen die rondwaren. Door die te onderzoeken, leert Quax iets over de verschillende methodes die virussen zoal gebruiken om een cel binnen te dringen, en – na zichzelf te hebben vermenigvuldigd – weer te verlaten. En dat geeft inzicht in hoe die virus-mechanismen ook bij ons mensen zouden kunnen werken. 

Je moet ze allemaal happy houden

Het is een hele uitdaging om met archaea en hun virussen te werken in het lab, vertelt Quax: ‘Omdat wij werken met archaea uit heel extreme leefomgevingen, moeten we dat ook in het lab nabootsen. Dan moet je bijvoorbeeld je microscoop ook tot zestig of tachtig graden verwarmen, of werken met een sterke zoutoplossing.’ Quax vindt de praktische uitdagingen juist zo mooi aan dit werk. ‘En niemand heeft dit eerder gedaan, dus is er veel te ontdekken in dit vakgebied!’

Quax legt uit dat het belangrijk is om te zorgen dat die archaea in het lab gezond zijn voordat zij ze besmet met een virus: anders krijg je geen realistisch beeld van wat er gebeurt. Momenteel heeft ze bovendien uiteenlopende kweekjes in haar lab staan, met daarin een soort symbiotische combinatie van kleine archaea die op een grotere archaeon leven.  Deze archaea zijn afkomstig uit een hete bron in Japan. Quax onderzoekt hoe deze symbiotische relatie de grote gastheer helpt wanneer die met een virus te maken krijgt. ‘Maar dat is best lastig, want je moet ze alle drie happy houden: grote archaea, kleine archaea én het virus.’ 

Dit is echt pionierswerk, vertelt Quax: ‘Andere onderzoekers hebben wel verschillende combinaties van deze symbiotische archaea gekweekt, maar nog niet in combinatie met een virus.’ Vooralsnog lijkt het erop dat het virus het moeilijker heeft wanneer de gastheer een symbiotische relatie met kleine archaea is aangegaan. ‘We denken dat de symbiose de buitenkant van de cel aanpast,’ vertelt Quax. Daarmee maakt de kleine archaea zijn symbiotische partner blijkbaar beter bestand tegen de virusinfectie.

Langdurige infecties en maanlanders met pootjes

Interessant aan de archaea-virussen is dat ze allerlei verschillende vormen kunnen aannemen, en dat ze soms een stuk minder destructief met hun gastheer omgaan dan ‘onze’ virussen. ‘We zien bijvoorbeeld archaea-virussen, rond van vorm of een beetje citroen-vormig, die langdurig in de gastheer verblijven en zelfs voorkomen dat die besmet raakt met andere, meer destructieve virussen. Dat is dus best gunstig voor de archaea. We willen graag weten hoe dat mechanisme werkt.’ 

Maar er zijn ook archaea-virussen die qua vorm juist wél lijken op ‘onze’ virussen, of op de virussen die een bacterie kunnen besmetten. Een voorbeeld is de bekende ‘maanlander-vorm’ van bacterie-virussen: een bolletje op een stokje met pootjes die zich kunnen vastgrijpen aan de buitenkant van de celwand. Quax bracht de precieze structuur en werking van een archaea-virus met zo’n maanlander-vorm in kaart, afkomstig van een zoutmeer in Senegal. De belangrijkste vraag: hoe gaat het virus de cel in, en er na vermenigvuldiging weer uit? 

‘Deze resultaten vertellen ons iets over de evolutie van virussen,’ legt Quax uit. Want hoewel de virussen andere doelwitten hebben (archaea versus bacterie), lijken ze toch sterk op elkaar. ‘Dat wijst erop dat de twee virussen onafhankelijk van elkaar tot dezelfde uiterlijke vorm zijn gekomen. Of zijn ze misschien al ontstaan ten tijde van het eerste leven op aarde? Maar we zien dan wel weer dat een archaea-maanlandertje ook een soort stekels aan de bovenkant heeft. Mogelijk is dat nodig omdat zo’n archaea-virus in de extreme omgevingen waar het voorkomt een veel lagere kans heeft om een goede gastheer tegen te komen. Met pootjes onder én boven kan het virus zich dan meteen vastgrijpen bij contact met een cel, en dan brengt het zichzelf later nog in de juiste positie.’