Een team van wetenschappers dat werkzaam is bij de Central Laser Facility (CLF) heeft een belangrijke doorbraak bereikt bij het begrijpen van de wijze waarop een parasiet genaamd Toxoplasma gondii zich voortplant met zijn gastheer. De parasiet, die een ziekte veroorzaakt die toxoplasmose wordt genoemd, kan bijna elk warmbloedig dier besmetten, maar moet zich voortplanten bij katten, kan het gedrag van zijn gastheer beheersen en zou de helft van de wereldbevolking besmet hebben. Het werk is een belangrijke stap in de richting van de ontwikkeling van een geneesmiddel.

Als er één constante in de natuurlijke wereld is, dan is het wel dat roofdieren op prooien jagen en dat die prooien er niet van houden te worden opgegeten en dus hun roofdieren zo mogelijk zullen trachten te ontwijken – met andere woorden, de prooi loopt weg. Neem bijvoorbeeld de muis: muizen staan vrij laag in de voedselketen en worden als zodanig opgejaagd (en verslonden) door een waar leger van roofvijanden – één daarvan is de nederige huiskat. Als er één dier is dat gegarandeerd uit de buurt blijft van waar een kat kan zijn, of is geweest, dan is het wel de muis.

Een vrij grote aanwijzing dat er een kat in de buurt kan zijn, is de aanwezigheid van katachtige urine. Muizen zijn dus zo ingesteld dat ze overal waar ze de bedwelmende geur van kattenpis ruiken, uit de buurt blijven. Maar zo nu en dan komt er een muis voorbij die zijn angst voor katten heeft verloren en, in plaats van te worden afgeschrikt door de geur van kattenpis, erdoor wordt aangetrokken – actief op zoek gaat en dan rondhangt totdat de kat zich plotseling gepresenteerd ziet met een opmerkelijk meegaand hapje.

Dus waarom zou een dier met ontelbare generaties van roofdiervermijding in zich geprogrammeerd plotseling die programmering doorbreken en zichzelf aanbieden als maaltijd? Het antwoord is een eencellig microscopisch organisme genaamd Toxoplasma gondii.

T. gondii is geen bacterie of een virus, maar is eigenlijk een parasiet die verre verwant is aan degene die malaria veroorzaakt. T. gondii kan in bijna elk warmbloedig dier leven (onlangs werd het zelfs ontdekt in beluga walvissen in het noordpoolgebied), maar het kan zich alleen voortplanten in het spijsverteringsstelsel van katten, wat betekent dat, welk dier het ook heeft besmet, als het geen kat is, het zijn weg naar een kat wil vinden.

De levenscyclus van de parasiet begint in een kat, waar het miljoenen ei-achtige peulen produceert, oocysten genaamd. Deze komen vrij in de uitwerpselen van de gastheer, klaar om verspreid te worden als het onwetende dier naar het toilet gaat. Andere dieren kunnen dan besmet raken door direct contact met de uitwerpselen of, wat waarschijnlijker is, wanneer de oöcysten in de bodem of het water terechtkomen, waar ze maanden of zelfs jaren kunnen overleven – en zo in de voedselketen terechtkomen, op weg naar de volgende gastheer. Als de volgende gastheer geen kat is, banen ze zich een weg door het lichaam tot ze een gezellige cel vinden waarin ze zich vestigen, zich vermenigvuldigen en wachten tot hun gastheer door een kat wordt opgegeten.

Hoewel T. gondii jaren kan sluimeren en wachten, heeft de parasiet het vermogen om meer directe actie te ondernemen door zich een weg te banen naar de hersenen van zijn gastheer en daar daadwerkelijk zijn gedrag te veranderen. In het geval van kleine prooidieren, zoals muizen, kan T. gondii ervoor zorgen dat zij worden aangetrokken door kattenurine en, in sommige gevallen, rechtstreeks in de kaken van hongerige katachtigen lopen, waar de parasiet zijn levenscyclus opnieuw kan beginnen.

Men denkt dat T. gondii zijn hersentruc bereikt door cysten te vormen in delen van de hersenen die angst en besluitvorming verwerken en kan ook het gedrag beïnvloeden door de niveaus van de neurotransmitter dopamine te verhogen, die betrokken is bij belonend gemotiveerd gedrag en het nemen van risico’s.

Het zijn niet alleen harige zoogdieren en walvissen die Toxoplasma gondii kunnen krijgen en de ziekte die het veroorzaakt, toxoplasmose – mensen kunnen ook dragers zijn. Volgens sommige schattingen zou zelfs de helft van alle mensen op aarde drager van de parasiet kunnen zijn, waarbij de besmettingspercentages veel hoger zijn in landen waar de sanitaire voorzieningen slecht zijn of waar mensen meer rauw vlees eten (T. gondii houdt ervan zich in spierweefsel te verbergen).

Omdat de parasiet zijn levenscyclus niet in mensen kan voltooien, zijn we ons er meestal niet van bewust dat we besmet kunnen zijn. Bij gezonde mensen veroorzaakt toxoplasmose een lichte griepachtige ziekte of helemaal geen symptomen, maar bij mensen met een verzwakt immuunsysteem kan de ziekte soms fataal zijn. T. gondii kan cysten vormen in menselijke hersenneuronen en bij mensen met een verzwakt immuunsysteem (zoals HIV-patiënten) kunnen de cysten groeien en zich vermenigvuldigen – wat fatale hersenontsteking, dementie en psychose kan veroorzaken.

De ziekte kan niet worden doorgegeven tussen mensen, maar wel tussen een zwangere moeder en het ongeboren kind, wat het krijgen van toxoplasmose tijdens de zwangerschap bijzonder gevaarlijk maakt. Dit komt omdat een zich ontwikkelende zuigeling alleen wordt beschermd door de antilichamen van de moeder, maar haar T-cellen, die de meest effectieve wapens zijn tegen bacteriën en parasieten, kunnen de foetus niet binnendringen (als ze dat wel zouden doen, zouden ze het behandelen alsof het een enorme parasiet is en het aanvallen). Zonder T-cellen om de verspreiding van de parasieten onder controle te houden, kunnen zij zich ongecontroleerd vermenigvuldigen en hersenbeschadiging of zelfs een miskraam veroorzaken.

Het kan ook zijn dat zelfs degenen onder ons met een gezond immuunsysteem niet volledig immuun zijn voor de invloed van T. gondii. Er zijn aanwijzingen dat toxoplasmose de persoonlijkheid van mensen kan veranderen – waardoor risicogedrag toeneemt en de kans op het ontwikkelen van psychische stoornissen zoals schizofrenie, autisme en de ziekte van Alzheimer wellicht toeneemt.

Zoals het er nu voor staat, is er momenteel geen geneesmiddel voor toxoplasmose beschikbaar, omdat men tot voor kort dacht dat de ziekte, op een paar gevallen na, vrij goedaardig was. Nu is T. gondii echter het onderwerp geworden van een vrij intensief onderzoek door parasitologen, biologen en, dankzij de potentieel gedragsveranderende eigenschappen, door psychiaters. Een van de meest recente studies naar de parasiet werd onlangs uitgevoerd met behulp van de OCTOPUS-faciliteit van de Central Laser Facility (CLF). OCTOPUS (Optics Clustered to Output Unique Solutions) maakt gebruik van laserlicht om te fungeren als een superkrachtige microscoop waarmee beelden kunnen worden gemaakt van levend biologisch materiaal op moleculair niveau.

Om een geneesmiddel te kunnen ontwikkelen is het van belang te begrijpen hoe de parasiet zijn gastheercellen aantast en hoe hij zich vermenigvuldigt. Het is bekend dat T. gondii een reeks gespecialiseerde organellen heeft (minuscule structuren die binnen een cel specifieke taken verrichten), micronemes genaamd, die, wanneer zij hun inhoud vrijgeven, de parasiet in staat stellen zich aan gastheercellen vast te hechten, zich te verplaatsen en vervolgens de cellen binnen te dringen. Eenmaal in de cel deelt de parasiet zich meerdere malen totdat de volgroeide parasieten volledig gevormd zijn en in staat zijn de gastheercellen te doen barsten.

Wat niet wordt begrepen is hoe de parasiet zich deelt om een volgroeide parasiet te produceren die in staat is nieuwe gastheercellen te infecteren. Het nieuwe onderzoek werd uitgevoerd door Dr. Javier Periz van het Institute of Infection, Immunity and Inflammation van de Universiteit van Glasgow, Prof. Markus Meissner van de Ludwig Maximilian Universiteit van München, en Dr. Lin Wang van STFC’s Central Laser Facility. De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, richtte zich op het beantwoorden van twee belangrijke vragen over dit proces. Ten eerste, hoe de parasiet ervoor zorgt dat de organellen van de micronemes zich op de juiste plaats op de volwassen parasiet bevinden om een maximale infectie te garanderen; en ten tweede, wat gebeurt er met deze organellen na elke delingsronde.

Door gebruik te maken van superresolutiemicroscopie-technieken die beschikbaar zijn bij CLF, was het team in staat om de locatie van de micronemes met een precisie van enkele tientallen nanometers te volgen tijdens het delingsproces. Zij konden aantonen dat er een netwerk van mobiele sporen is dat de parasiet gebruikt om de eiwitten, adhesines genaamd, te vervoeren die hij gebruikt als een soort lijm om zich aan de gastheercel te hechten.

Zij ontdekten ook dat de organellen bij elke delingsronde worden geproduceerd en door de moedercel aan de dochtercellen worden doorgegeven. Deze recycling van organellen betekent dat de parasiet in staat is waardevolle materialen terug te winnen die nodig zijn voor T. gondii om zich te vermeerderen en een volwassen infectieve parasiet te worden. Dit betekent ook dat T. gondii, ondanks het feit dat het een parasiet is (die per definitie de hulpbronnen van anderen exploiteert), in staat is zijn eigen hulpbronnen te recyclen en ervoor te zorgen dat niets wordt verspild om zijn overleving in de geïnfecteerde cel te verzekeren. Dat een parasiet zijn hulpbronnen zo efficiënt gebruikt, is een unieke ontdekking.

Deze doorbraak opent een nieuw onderzoeksterrein dat de mogelijkheid biedt behandelingen te ontwikkelen die dit proces kunnen onderbreken en kunnen verhinderen dat de parasiet zich vermenigvuldigt en ontwikkelt. Inzicht in de rol van adhesines betekent dat wetenschappers moleculaire hulpmiddelen zouden kunnen ontwikkelen om het netwerk te verstoren en de sporen te ‘verscheuren’ en te breken om hun transport te stoppen, te voorkomen dat de parasiet zich aan zijn gastheercellen hecht en hem zo niet-infectieus te maken.

Als u dit leuk vond, mis dan nooit meer een verhaal door u te abonneren op onze nieuwsbrief FASCINATIE:

Schrijf u in voor Fascinatie