Een bacterie maakt insectenmannetjes onvruchtbaar, tenzij het vrouwtje dezelfde bacterie draagt. Wetenschappers willen daar gebruik van maken in de strijd tegen virusziektes als knokkelkoorts en zika.

Malaria, gele koorts, knokkelkoorts (dengue), zika- en chikungunya zijn door muggen overdraagbare ziektes die jaarlijks zo’n twee miljoen doden eisen. Geen wonder dat onderzoekers koortsachtig zoeken naar methoden om de ziekteverwekkers de wereld uit te helpen. Dat kan met behulp van de bacterie Wolbachia pipientis en diens virusgenen, die insectenmannetjes steriel maakt in bepaalde omstandigheden. Wetenschappers van de Pennsylvania State University ontdekten wat meer details over het ingenieuze mechanisme hierachter en publiceerden erover in Science.

Lees ook:

• Robotvoertuig helpt Dengue-muggen bestrijden in riool
• Sommige virussen laten je lekker ruiken voor muggen
• Complot: geboortecontrole door GMO-muggen?

Vreemde effecten

Eerst even een stukje achtergrond. Wolbachia pipientis is een bacterie die voorkomt in maar liefst de helft van alle insectensoorten. Hij leeft in de voorplantingsorganen van zowel vrouwtjes al mannetjes en zorgt daar voor vreemde problemen. Zo zijn er wespen die na infectie met de bacterie alleen nog maar vrouwelijke nakomelingen krijgen.

In de mannetjes van fruitvliegen en muggen is de bacterie in staat tot het manipuleren van sperma. Dat doet hij met behulp van twee virusgenen, Cif A en Cif B, die hij ooit een keer ontvangen heeft tijdens een infectie met het virus profaag WO.

Eitjes die niet uitkomen

Als een mannetje mét Wolbachia in zijn sperma paart met een vrouwtje die de bacterie ook bezit, dan leidt dat tot een succesvolle voorplanting. Alle nakomelingen dragen dan ook de microbe. Maar het gaat mis wanneer hetzelfde mannetje het doet met een vrouwtje die niét Wolbachia in haar voortplantingsorganen heeft.

De spermacellen hebben dan meer moeite eicellen te bevruchten en de bevruchte eicellen die wel ontstaan leiden tot eitjes die niet uitkomen. Oftewel: door de bacterie is het muggenmannetje onvruchtbaar, maar alléén voor vrouwtjes zonder de microbe. Op die manier kan Wolchachia zijn verspreiding door de gehele muggenpopulatie bespoedigen.

Muggen loslaten

Er is meer. Want een andere superkracht van Wolbachia is dat hij de verspreiding van ziekteverwekkende RNA-virussen, zoals zika en dengue, blokkeert. Muggen met de bacterie geven de virussen niet door aan de mensen die ze bijten. Hoe dat kan, is nog onbekend.

Beide opvallende eigenschappen van Wolbachia – de gestuurde steriliteit én de blokkade op virusverspreiding – komt ons natuurlijk er goed uit. Inmiddels lopen er wereldwijd meerdere projecten (binnen het World Mosquito Program) waarbij zwermen muggen met de bacterie worden losgelaten. De hoop is dat op die manier de virusziektes worden teruggedrongen.

Spermatransformatie

Tot zover de achtergrond. De huidige onderzoekers, onder leiding van Rupinder Kaur en Seth Bordenstein, wilden achterhalen hoe Wolbachia sperma manipuleert in fruitvliegen. Ze zoomden daarbij in op een cruciale fase in de spermaproductie in de zaadballen. In deze fase wordt het DNA verpakt in de zaadcel en verandert deze van vorm; van een kanovorm naar het bekende ‘kikkervisje’.

De virusgenen Cif A en Cif B in Wolbachia produceren eiwitten die deze transformatie van sperma beïnvloeden. De onderzoekers ontdekten met behulp van microscopie en fluorescente vlaggetjes op de eiwitten dat sperma mét de bacterie – of de Cif-eiwitten alleen – veel meer DNA-schade ondervonden in die fase.

Vriendjes redden

Maar hoe doen die Cif-eiwitten dat? Kaur, Bordenstein en collega’s ontdekten dat ze als schaartjes lange RNA-moleculen knippen. Dit specifieke RNA heeft als functie andere genen aan te zwengelen die nodig zijn voor DNA-herstel. De bacterie grijpt dus in op de voorplanting van de insectenmannetjes door cruciale spermavormingsgenen lam te leggen.

Dat verklaart de onvruchtbaarheid van deze mannetjes. Maar niet waarom het allemaal wel lukt met vrouwtjes die ook Wolbachia hebben. Blijkbaar heeft de bacterie in de eicellen een manier gevonden om de spermacellen die hun ‘vriendjes’ dragen te ‘redden’, om zo de eigen verspreiding te verzekeren.

Kanttekeningen

“Deze studie laat prachtig zien hoe twee virusgenen in een bacterie die leeft in een insect de voorplanting van die laatste kunnen beïnvloeden”, vertelt insectenkenner Marcel Dicke van de Wageningen University & Research. “Het lijkt wel een matroesjka, steeds weer een kleinere pop in de pop die je opent.”

De onderzoekers speculeren dat hun resultaten kunnen worden gebruikt om de Wolbachia nog beter in te zetten bij de bestrijding van plaaginsecten, zoals zika- en dengue-dragende muggen. “Dat is een interessant idee, maar ik moet daar wel belangrijke kanttekeningen bij maken”, geeft Dicke aan. “Hoewel het om dezelfde bacteriesoort gaat die in veel verschillende insectensoorten voorkomt, is bekend dat de effecten van Wolbachia pipientis zelf heel verschillend kunnen zijn. Bijvoorbeeld omdat er verschillende stammen in het spel zijn.”

“Bovendien is niet bekend of de insectensoort een invloed heeft op het leven van de bacterie en de activiteit van diens opgenomen virusgenen”, vervolgt hij. “Kortom, er zal nog heel wat onderzoek moeten plaatsvinden om de mechanismen van de virusgenen in de bacteriën in muggen te onderzoeken. En vóórdat het dan tot toepassing kan komen, zullen ook de ecologische effecten eerst bestudeerd moeten worden.”

Bronnen: Science, Penn State via EurekAlert!

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!