Griepvirus geen loser
UvA-biologen Marijn van Ballegooijen en Maarten Boerlijst keken met behulp van computersimulaties naar de evolutie van infectieziekten. Ze bestudeerden daarbij voor het eerst hoe verspreidingspatronen van de ziekte de evolutie kunnen beïnvloeden. Deze werkwijze leverde verrassende nieuwe inzichten op.
De klassieke theorie voorspelt een evolutionaire selectie van ziekteverwekkers die zoveel mogelijk nieuwe infecties kunnen veroorzaken. Van Ballegooijen en Boerlijst beiden biologen van de Universiteit van Amsterdam constateerden daarentegen evolutionaire voordelen voor ziekteverwekkers die zo frequent mogelijk een uitbraak veroorzaken. Dit rekent af met het oude idee dat ziekteverwekkers hun gastheer zo lang mogelijk geïnfecteerd zouden willen houden om zo meer 'nakomelingen' te maken: ziekteverwekkers die hun gastheer kortstondig infecteren kunnen juist een evolutionair voordeel hebben omdat ze ruimte bieden aan de volgende uitbraak. Dit geeft volgens de onderzoekers een verklaring voor de evolutie van ziektes die korte infecties veroorzaken maar frequent uitbreken, zoals griep en verkoudheid. Volgens de klassieke theorie zijn de virussen die deze ziektes veroorzaken losers die gemakkelijk door het immuunsysteem kunnen worden opgeruimd. Maar volgens van Ballegooijen en Boerlijst zijn het juist virussen die zeer goed evolutionair zijn aangepast aan het overleven in een mensenpopulatie.
Van Ballegooijen en Boerlijst beschrijven hun bevindingen in een recent artikel in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS, 28 december 2004). Vertrekpunt van hun onderzoek was dat er voor enkele ziekten een verband bestaat tussen besmettelijkheid en dodelijkheid. Cholerabacterie-varianten die hevige diaree veroorzaken kunnen zich juist door die diaree goed verspreiden, maar zijn daardoor ook dodelijker voor de drager. Hoge gastheersterfte verkort de infectieduur, en dat lijkt niet in het belang van de ziekteverwekker. De natuur zoekt daarom naar een evolutionair optimaal compromis (in vakjargon een trade-off). Volgens de heersende theorie is het optimale compromis een combinatie van besmettelijkheid en infectieduur die leidt tot zoveel mogelijke nieuwe infecties. Dit hoeft niet waar te zijn, laten de UvA-biologen zien. Wanneer ruimtelijke verspreidingspatronen in de analyses worden meegenomen, blijkt dat het optimale compromis wordt bepaald door de combinatie van besmettelijkheid en infectieduur die zorgt voor de meest frequente uitbraken. Een korte infectieduur leidt hierbij tot een hoge frequentie van uitbraken. Van Ballegooijen en Boerlijst voorspellen dan ook evolutie van ziektes die kort infecteren, maar frequent toeslaan. Bijvoorbeeld griep en verkoudheid.
Het evolutionaire effect van frequente uitbraken treedt op wanneer een ziekte in verspreidingsgolven door een gebied kan trekken. Uit de simulaties van Van Ballegooijen en Boerlijst bleek dat ziektes met een hogere uitbraak-frequentie zich via hun verspreidingsgolven beter konden verspreiden dan varianten die minder frequent tot uitbraak kwamen. Bij bijvoorbeeld mazelen en knokkelkoorts (dengue) zijn dit soort verspreidingsgolven waargenomen. De natuurlijke selectie ten gunste van frequente uitbraken zou ook een belangrijke rol kunnen spelen in (andere) biologische systemen waarin ruimtelijke patronen voorkomen, zoals predator-prooi systemen of biologische plagen.
234b7bf.wmz
De figuren geven een voorbeeld van de ruimtelijke verspreiding van de ziekte tijdens de computersimulaties. Rood staat voor het deel van de populatie dat geïnfecteerd is. Wit staat voor het deel dat nog geïnfecteerd kan worden. Blauw is al geïnfecteerd geweest, en daardoor tijdelijk immuun. Links is de ziekte verspreid in geïsoleerde clusters en is er selectie voor het maken van zoveel mogelijk nieuwe infecties. Rechts trekt de ziekte in golven door het landschap en is er selectie voor frequente uitbraken.
Universiteit van Amsterdam
Universiteit van Amsterdam