Bacteriofagen evolueren zó snel dat ze hun doel weleens voorbij kunnen streven

Bacteriofagen zouden in de nabije toekomst een sleutelrol kunnen spelen in de internationale strijd tegen resistente bacteriën – mits we hun werking beter monitoren dan we dat bij antibiotica hebben gedaan.

Alexander Fleming voorspelde het in 1945 al. Nog geen twintig jaar nadat hij de penicilline uitvond, stelde hij zich een toekomst voor waarin bacteriën steeds minder gevoelig zouden worden voor antibiotica. Hij kreeg gelijk. Vandaag de dag is antibioticaresistentie volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) een van de grootste dreigingen voor de internationale volksgezondheid.

Maar wat niet veel mensen weten, is dat er al vóór Flemings uitvinding een mogelijke oplossing werd gevonden. Een oplossing die de natuur ons op een presenteerblaadje aandroeg, maar waar we lange tijd niets mee deden: bacteriofagen.

Ook bacteriën worden ziek

‘Een bacteriofaag is een virus dat een bacterie kan infecteren,’ vertelt Justin Meyer in een videogesprek. Meyer is universitair hoofddocent ecologie, gedrag en evolutie aan de University of California San Diego en publiceerde in november 2023 een onderzoek over de manier waarop fagen en bacteriën evolueren.

‘Veel mensen zien een bacterie vooral als iets dat óns ziek kan maken,’ zegt Meyer, ‘maar een bacterie zelf kan ook ziek worden. Bacteriaphagein betekent ‘bacterie-eter’ in het Grieks. Het zijn dus bacterievirussen.’

Lange tijd werd de mogelijke inzetbaarheid van bacteriofagen nauwelijks onderzocht. Maar nu antibioticaresistentie een steeds urgenter probleem vormt, komt daar langzaam verandering in. Meyer is een van de mensen die de evolutie van fagen al jaren bestudeert. En dat leverde hem recentelijk een interessante ontdekking op.

Een ecosysteem in een shotglas

‘Ik begon mijn experiment met het eenvoudigste ecosysteem dat je je kunt voorstellen,’ legt Meyer uit. ‘Eén virus en één bacterie. De faag wil de bacterie infecteren, en de bacterie wil dat voorkomen. Daarom ontwikkelt de bacterie mutaties waardoor hij resistent wordt voor de faag. De faag denkt op zijn beurt: ik kan jou te slim af zijn, ik ontwikkel een tegenaanval. Dat blijft zo doorgaan. In ons experiment drie weken lang.’

Tot zover niets nieuws, beaamt Meyer desgevraagd. Dat bacteriën en virussen zich in hoog tempo op elkaar kunnen aanpassen, is al langer bekend. ‘Wat dit experiment zo uniek maakt,’ zegt Meyer, ‘is de ongekende complexiteit van het ecosysteem dat er in ons lab ontstond. In slechts drie weken tijd, in een shotglaasje vol vloeistof. Dat was het wauw-moment.’

De wapenwedloop tussen bacteriën en virussen uitgelegd

Die complexiteit omschrijven Meyer en zijn collega’s in hun artikel als multiscale ecological networks. Ecologische netwerken op meerdere schaalniveaus dus. Wat dat betekent?

‘Als je dat wilt weten, dan ga ik in professormodus,’ zegt Meyer opgewekt, terwijl hij zich omdraait naar het whiteboard achter hem. Met een marker tekent hij de verschillende processen schematisch uit.

Zijn college in kort: Stel je de evolutie van fagen en bacteriën voor als een stamboom die zich razendsnel vertakt. Je begint met een oerfaag en een oerbacterie die de strijd met elkaar aangaan. Van generatie op generatie worden zowel aanval als verdediging steeds aangepast en geperfectioneerd.

Die wapenwedloop verloopt op zo’n manier dat een faag niet alleen leert hoe hij de nieuwste generatie bacteriën kan infecteren, maar óók onthoudt hoe zijn voorouders dat bij oudere generaties deden. ‘Dit noemen we een ‘genest’ patroon,’ zegt Meyer, ‘en we zien het overal op aarde terug; bij bestuivers en hun bloemen, roofdieren en hun prooien. Maar wat ons in dit experiment verbaasde, is dat het patroon heel plotseling doorbroken werd.’

De bacteriofaag als tweede kans

Als uit het niets zag Meyer een faag ontstaan die nog wél in staat bleek zijn generatiegenoten te infecteren, maar níet langer wist hoe dat bij voorgaande generaties bacteriën te doen. ‘Plotseling lijkt zo’n faag te besluiten een andere richting in te slaan, door zich op één bacterie te specialiseren,’ zegt Meyer. ‘En dat maakt hem mogelijk minder geschikt als geneesmiddel. Waarom dit gebeurt, dat weten we nog niet precies. Maar het is in elk geval niet logisch.’

Meyer legt de marker weg en draait zich om, zijn gezicht weer richting de camera. ‘We weten al heel lang dat bacteriën resistent zouden worden voor antibiotica,’ zegt hij. ‘Zelfs Alexander Fleming wist dat al. Toch hebben we niets gedaan om dat te voorkomen. Met bacteriofagen hebben we een tweede kans gekregen om antimicrobiële middelen te ontwikkelen. Dat we deze keer wél beducht zijn op de evolutie van resistentie, is van groot belang.’

‘Wij zullen onderzoek blijven doen om te leren begrijpen hoe dit soort complexiteit zich in een ecosysteem ontwikkelt – om die kennis hopelijk in de toekomst te kunnen toepassen.’

< nieuwsoverzicht