De schaduwzijde van virusremmers

Noem het sabotage. Het woord ontstond aan het einde van de 19^e eeuw toen boze fabrieksarbeiders hun klomp (Frans: sabot) in de machinerie gooiden om de productie tot stilstand te brengen. Het was vaak hun enige machtsmiddel.
Op nanoniveau deed de onderzoeksgroep van prof.dr. Nynke Dekker (faculteit Technische Natuurwetenschappen) hetzelfde. Ze verstoorden de moleculaire machine (polymerase geheten) die een kopie maakt van het RNA van een virus. Polymerase leest de bouwstenen in een RNA-keten (er zijn vier soorten) en plaatst telkens de volgende bouwsteen op de juiste plek in de kopie. Zo vermenigvuldigt een virus zich. Of beter: zo laat het zich vermenigvuldigen door de genetische machinerie van de geïnfecteerde gastcel.
De sabotage komt van een molecuul dat erg veel lijkt op één van de bouwstenen, maar er toch niet lekker tussen past. Daardoor loopt het kopieerproces vast en komt de opmars van het virus tot stilstand. Dat is althans één van de mogelijke uitkomsten van het antivirale middel dat Dekker beproefde.
Andere mogelijkheden zijn dat het kopieerproces toch weer op gang komt, maar foute kopieën maakt (lees meer over dit proces onderaan dit artikel). Foute kopieën zullen meestal defecte virussen opleveren. Maar door toeval kan ook een beter virus ontstaan dat resistent is en/of besmettelijker dan het origineel. Dat is, althans in theorie, een mogelijk risico van antivirale middelen.

Resistentie
Hoe zit dat in de praktijk? Prof.dr. Louis Kroes is afdelingshoofd medische microbiologie aan het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC). “Wij behandelen mensen met virale infecties en gebruiken daar antivirale middelen bij”, vertelt Kroes. “Dat is een heel andere wereld dan het moleculaire onderzoek van de groep van Nynke Dekker aan stoffen die mogelijk ooit voor virusbestrijding worden gebruikt.”
Hij kent voorbeelden van mutaties als gevolg van behandeling van antivirale middelen. “Lamivudine werd als eerste middel ingezet tegen Hepatitis B-infectie, maar was eigenlijk een anti-HIV-middel. Er ontstond toen al gauw resistentie als gevolg van mutaties in het virus.”
Kroes heeft ervaren dat te laat beginnen met een therapie, niet-specifieke middelen inzetten en het niet bereiken van een volledige remming het risico op resistentie vergroten.

Resistentie is het gevolg van gunstige mutaties. “Wij hebben nu voor het eerst laten zien dat een antiviraal middel ervoor zorgt dat een polymerase sprongen in het RNA veroorzaakt”, vertelt Dekker enthousiast.  “Voor zover ik weet worden medicijnen er niet op gescreend of ze op deze manier veranderingen in het RNA in de hand werken.”

Supervirus
Al in 2010 suggereerde de populairwetenschappelijke website ScienceDaily dat ‘als virussen geforceerd mutaties ondergaan als de mutatiesnelheid niet hoog genoeg is, kan dat leiden tot toevallig goed-aangepaste supervirussen’ die zich niet alleen aan de behandeling onttrekken maar zich ook nog beter verspreiden. Wat je niet doodt, maakt je sterker.

Kroes kan daar vanuit het LUMC geen voorbeelden van noemen. Ook niet uit de literatuur. In zijn ervaring hebben farmaceuten wel degelijk oog voor het risico van mutanten. Bij de bestrijding van corona met het middel Remdesivir bijvoorbeeld, betaalt de fabrikant voor genetische analyses van het virus tijdens de behandeling om controle te houden op de mutaties. Voor zover Kroes gezien heeft was er bij corona weinig genetische variatie. Is dat goed nieuws? “Ik leid eruit af dat het virus niet erg veel druk ondervindt van het middel.” Om diezelfde reden raadt de wereldgezondheidsorganisatie WHO de inzet van het middel bij covid-19 af, ongeacht de ernst van de ziekte, meldt dr. Richard Janissen, collega-onderzoeker van Nynke Dekker en eerste auteur van de publicatie.

Magnetisch pincet
Onderzoekers in het Nynke Dekker Lab bouwden een opstelling waarmee ze een enkel RNA-kopieerproces op de voet kunnen volgen. Met een ‘magnetisch pincet’ kunnen ze als het ware voelen wat er precies gebeurt tijdens het kopiëren, ook wanneer dat wordt verstoord door een virusremmer. Ze publiceerden hierover in het blad Molecular Cell. De onderzoekers zagen het kopieerproces dan stoppen, en het polymerase een paar stappen terug gaan.
Dan kon het kopieerproces op twee manieren ontsporen: het polymerase volgde de onafgemaakte kopie als origineel. Of: het polymerase volgde een ander stuk RNA dat zich intussen aan de vrijgekomen kopie gehecht had, een proces dat recombinatie wordt genoemd. In beide gevallen ontstaat een foutieve kopie van het virus RNA, waarbij de genen door elkaar gehusseld zijn.
Dat recombinatie regelmatig plaatsvindt in virussen was al langer bekend, maar dit is de eerste keer dat een groep erin geslaagd is om de moleculaire oorsprong van recombinatie in virussen op dergelijke manier te doorgronden.
In samenwerking met de Universiteit van North Carolina (Verenigde Staten) en de Chang Gung University (Taiwan) toonden TU-onderzoekers aan dat recombinatie kan toenemen onder druk van virusremmers. Cellen werden geïnfecteerd met het virus, en de hoeveelheid gerecombineerd virus RNA gemeten. Een deel van de cellen kreeg een virusremmer toegediend die het RNA-kopieerproces verstoorde. Onder die laatste groep was er ook meer gerecombineerd RNA meetbaar, precies wat de moleculaire metingen in Delft voorspelden. In algemene zin zou dit kunnen betekenen dat men zou moeten waken voor te lage doses virusremmers, die wel recombinatie doen toenemen maar niet genoeg virussen doden.

Dekker benadrukt dat vooral de basiskennis over deze processen is toegenomen. “We zijn begonnen met de moleculaire mechanica. Daarna hebben we hetzelfde proces in levende cellen gezien. Dat was erg interessant om te beleven.”