Tuberculose is al jarenlang een van de meest dodelijke ziektes ter wereld, maar onderzoekers zetten nog steeds kleine stapjes vooruit die genezing makkelijker moeten maken.

Wereldwijd sterven er per jaar 1,5 miljoen mensen aan tuberculose (tbc) en naar schatting lopen zo’n 1,7 miljard mensen rond met de bacterie in hun lichaam. Dit zijn de schokkende cijfers van een ziekte die de moderne geneeskunde maar niet onder controle weet te krijgen. In onder meer Zuid-Amerika, China, zuidelijk Afrika en Rusland blijft de ziekte zich verspreiden. In Oost-Europa duikt ze steeds vaker op, en de bacterie blijkt regelmatig resistent tegen allerlei antibiotica. Wat maakt Myobacterium tuberculosis toch zo ongrijpbaar?

Latent

De meeste mensen die besmet zijn met de tuberculosebacterie krijgen niet meteen symptomen. ‘Dit noemen we latente of gesloten tuberculose’, vertelt Jeffrey Buter, postdoc en tbc-onderzoeker aan de Rijks­universiteit Groningen. ‘De bacterie verstopt zich dan in je immuuncellen.’ Dit is opmerkelijk, want normaliter moeten immuuncellen dergelijke bacteriën via het zogenoemde fagosoom isoleren en vervolgens afbreken. Buter: ‘Die laatste stap gebeurt bij tuberculose om een of andere reden vaak niet. Zo overleeft de bacterie als een soort parasiet in ons lichaam, soms wel tien of twintig jaar.’ Pas als je immuunsysteem om wat voor reden dan ook uit balans raakt, gaat de bacterie zich verder delen en word je ziek.

In die verstoptruc ligt de kracht van tuberculose, en het maakt de ziekte lastig te bestrijden. Maar wellicht vormt het ook de sleutel tot een effectieve behandeling van de ziekte, zowel de gesloten als de open vorm. Daarom was Peter Peters, hoogleraar nanobiologie aan de Universiteit van Maastricht, heel blij toen hij tien jaar geleden een eerste tipje van de sluier wist op te lichten. ‘Met behulp van elektronenmicroscopie bekeken we wat er gebeurt op het moment dat mensen echt ziek worden van tuberculose’, vertelt Peters. ‘We zagen we dat de bacterie niet in het fagosoom bleef zitten, maar dat zij daaruit was ontsnapt naar het cytosol – de vloeistof in de cel.’ Hierdoor gaat de cel gaat dood, waarna de bacterie zich verder deelt en je ziek maakt. Peters: ‘Dit was totaal nieuwe informatie. Nicole van der Wel, die student de experimenten deed, dacht eerst zelfs dat ze een fout had gemaakt.’

Tuberculose is wereldwijd bezig aan een opmars

Het bleek echter geen fout, maar een cruciale stap in het overlevingsmechanisme van tuberculose. Met de hulp van een Britse collega kwam de hoogleraar ook op het spoor van het onderliggende mechanisme. ‘Dank­zij die collega kwamen we op het spoor van CFP10, een eiwit in het ESX-1 secretiesysteem van de tuberculosebacterie. We ontdekten dat de bacterie zonder dit eiwit niet uit het fagosoom kon ontsnappen.’

Chemisch mechanisme

Sinds zijn ontdekking probeert Peters het mechanisme verder te ontrafelen. Want hoe gaat het eiwit te werk? ‘In andere bacteriën zien we bijvoorbeeld een ‘naaldje’ uitsteken, meestal een eiwit dat door de celwand kan breken. We willen weten of tuberculose ook zoiets heeft.’ Dit onderzoekt de hoogleraar op dit moment met behulp van cryo-elektronenmicroscopie. ‘We bevriezen de geïnfecteerde immuuncellen op verschillende momenten, snijden er 100 nm dunne lamellen van en bekijken die onder de elektronenmicroscoop.’ Ze hebben die techniek eerst geoptimaliseerd met andere bacteriën, maar sinds een paar weken kijken de onderzoekers ook naar tuberculose. ‘We hebben nog niks gevonden, maar we zijn pas net begonnen. Misschien steekt de bacterie het naaldje alleen uit op het moment dat zij uit het fagosoom wil ontsnappen, dan moeten we heel goed timen.’

Terwijl Peters echt kijkt naar het moment waarop je ziek wordt van de tuberculosebacterie, richten Buter en zijn collega’s zich meer op het chemische mechanisme van de verstoptruc. Die aanpak begon met een ontdekking aan Harvard, in het lab van de Amerikaanse immunoloog Branch Moody. Die vergeleek in 2014 de chemische samenstelling van Mycobacterium tuberculosis en andere mycobacteria die niet ziekteverwekkend zijn, en vond een interessant molecuul: 1-tuberculosinyladenosine. ‘Alleen de tuberculosebacterie maakt dit molecuul aan, in zeer grote hoeveelheden’, vertelt Buter. ‘Dat komt door een specifiek eiwit dat alleen Mycobacterium tuberculosis heeft, genaamd RV3378c.’ Dit eiwit blijkt een onderdeel van hetzelfde secretiesysteem dat Peters al bekeek.

Zuurgraad

Buter promoveerde destijds in de groep van Adri Minnaard aan de Rijksuniversiteit Groningen, en samen doken ze verder in de mogelijke functie van het molecuul 1-tuberculosinyladenosine. ‘Het molecuul heeft een positieve lading en is een zwak zuur’, zegt Buter. ‘Het is dus in evenwicht met zijn geconjugeerde base, die niet geladen is. Dat vonden we interessant, want dat zou van invloed kunnen zijn op de zuurgraad.’ En die zuurgraad is belangrijk, omdat de afbraakenzymen in het fagosoom alleen werken bij een lage pH. Uiteindelijk formuleerde de onderzoeker de hypothese dat de neutrale vorm van 1-tuberculosinyladenosine door de celwand van de bacterie in het fagosoom terecht zou komen. ‘Eenmaal in het fagosoom reageert de base met de aanwezige protonen en verhoogt zo de pH, waardoor de enzymen die de tuberculosebacterie moeten afbreken niet meer werken en tuberculose overleeft’, legt Buter uit. ‘Eigenlijk werkt het dus net als een maagzuurremmer.’

‘We willen de ziekte op meerdere plekken en momenten aanvallen’

Om de hypothese te testen, labelde Buter enkele immuuncellen met een molecuul dat in de zure vorm rood fluorescent is. ‘Zodra we 1-tuberculosinyladenosine toevoegen, verdwijnt die rode kleur compleet, terwijl alleen adenosine toevoegen geen effect heeft’, vertelt de onderzoeker. ‘Dat lijkt onze hypothese te bevestigen.’ En ook een ander experiment dat de Groningers deden in samenwerking met Van der Wel, die inmiddels bij de Universiteit van Amsterdam was gaan werken, lijkt te bevestigen dat de tuberculosebacterie deze maagzuurremmer naar het fagosoom pompt. Buter: ‘Het fagosoom zie je meestal als een dun laagje om de bacterie heen. Maar als je een immuuncel besmet met tuberculose zie je dat het fagosoom enorm opzwelt. Dat lijkt vanuit onze hypothese heel logisch, want al die moleculen moeten toch ergens blijven.’ Ter controle bekeek hij ook het fagosoom van een tuberculosebacterie zonder het RV3378c-eiwit. ‘Die maakt het molecuul niet aan, dus daar zie je geen enkele zwelling.’

Nieuwe medicijnen

Met zijn nieuwe fundamentele ontdekking hoopt Buter de eerste stappen te zetten naar misschien wel een nieuw vaccin. ‘Het is mooi dat de tuberculosebacterie als enige dit molecuul aanmaakt, dat maakt het een heel specifiek doelwit. Wij werken nu aan een manier om antilichamen te creëren die op 1-tuberculosinyladenosine reageren, maar je zou ook kunnen kijken naar inhibitors voor het RV3378c-eiwit.’

Ook Peters hoopt met zijn cryo-EM nieuwe targets voor medicijnen te vinden. ‘We willen zo veel mogelijk weten over tuberculose en alle stappen van het proces ontrafelen. Dan kunnen we de ziekte op meerdere plekken en momenten aanvallen.’ De hoogleraar is in ieder geval blij dat de gevaarlijke ziekte steeds meer aandacht krijgt. ‘Het is een enorm probleem in de wereld, en we moeten alles doen om het te stoppen. Ik blijf in ieder geval zoeken tot ik het antwoord heb gevonden.’