De ongewone manieren waarop virussen en parasieten hun celmembranen gebruiken

De ongewone manieren waarop virussen en parasieten hun celmembranen gebruiken om zich te verspreiden – en hoe wetenschappers terugvechten

Rode uienhuidcellen gezien door een microscoop. Claudio Divizia/Shutterstock

Celmembranen vormen de buitenkant van alle cellen en zijn een basisstructuur in de meeste levende organismen. Maar ze helpen ook parasieten overleven in het menselijk lichaam, spelen een belangrijke rol bij de groei van kanker en omsluiten en beschermen dodelijke virussen, waaronder het virus dat COVID veroorzaakt. Wetenschappers proberen te begrijpen hoe bilagen (celmembranen met twee lagen) werken en of ze kunnen worden gebruikt om nieuwe geneesmiddelen tegen infecties te ontwikkelen.

Het is al lang bekend dat levende cellen worden omsloten door een vetlaag die de verschillende cellen van elkaar scheidt. Dit is duidelijk te zien in de huidcellen van rode uien, waarin de kleurstof die de ui zijn kenmerkende kleur geeft in deze lagen is opgesloten. Voortbouwend op eerder werk stelden Seymour Singer en Garth Nicolson in 1972 een structuur voor deze laag voor, die zij het vloeistofmozaïekmodel noemden.

Rode ui doormidden gesneden waarbij de rode lagen zichtbaar worden.

Zichtbare bilagen.
Jiang Hongyan/Shutterstock

Hun model blijkt sindsdien veel eigenschappen in levende organismen te verklaren. De bilaag is zelfs onderdeel van de structuur en functie van veel virussen zoals influenza en SARS-Covid-2. Virale deeltjes kunnen het gebruiken als een beschermende laag die hen helpt zich te verspreiden. We kunnen bijvoorbeeld nagaan hoe een virusdeeltje van SARS-Covid-2 een longcel binnenkomt en wat er vervolgens gebeurt.

Wanneer een van deze virusdeeltjes een longcel binnendringt, laat het zijn ribonucleïnezuur (RNA) – enkelstrengs genetische code – los. Dit vertaalt zich in virale eiwitten op balachtige structuren, ribosomen genaamd, die aan membranen in de gastheercel zijn bevestigd. Deze virale eiwitten worden vervolgens vervoerd naar een ander deel van de cel, het Golgi-apparaat, dat ze omsluit in lipide (vette) bilagen. Vervolgens maken zij een verdere reis, waarbij zij versmelten met het oppervlaktemembraan van de cel, alvorens deze geheel te verlaten – een proces dat bekend staat als exocytose.

Man hoest in gebalde vuist.

Virusdeeltjes ondergaan een aantal veranderingen voordat ze zich verspreiden.
Ralf Geithe/Shutterstock

Wanneer het virus de cel verlaat, neemt het een deel van de membranen van de gastheercel mee. En het virus – nu met een beschermende mantel – zal proberen een andere longcel te infecteren of in de lucht terechtkomen als we ademen of hoesten.

Het virus verstoren

Biochemici in een team onder leiding van Valerie O’Donnell van de Universiteit van Cardiff proberen meer te weten te komen over deze bilaag, in de hoop dat er geneesmiddelen kunnen worden ontworpen om het virus zelf te bestrijden. Door het COVID-virus in het laboratorium te kweken en de lipide eruit te halen, hebben zij ontdekt dat zijn oppervlaktemembraan sterk verschilt van dat van de gastheer – het heeft veel minder cholesterol en sfingomyeline (een vette lipidecomponent) en veel meer lipiden die de bloedstolling kunnen verhogen.

Als we kijken naar de manier waarop het virus zijn membraan verkrijgt, kunnen een aantal geneesmiddelen worden gebruikt om de route te verstoren. Dit is al eerder gedaan. Wetenschappers die in de jaren 1950 met tuberkelbacillen werkten, toonden aan dat bepaalde onschadelijke detergenten de tuberculose-infectie die zij veroorzaken, verstoorden. Met COVID, het op grote schaal wassen van de handen, het gebruik van handontsmettingsmiddelen en het wassen van de mond viel de bilaag van het virus aan en vernietigde het.

Misschien produceert het virus door mutatie een nieuwe stam met een hardere bilaag. Het laboratorium van Cardiff onderzoekt de lipidensamenstelling van verschillende stammen en de resultaten kunnen wijzen op nieuwe routes voor de evolutie van virussen en de behandeling ervan.

Andere rollen voor bilagen

1666877372 551 De ongewone manieren waarop virussen en parasieten hun celmembranen gebruiken.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip

Schistosoma larven veranderen om te overleven in menselijk bloed.
Mohammed_Al_Ali/Shutterstock

Bilagen zijn ook betrokken bij de infectie van mensen door ziekten als schistosomiasis (ook bekend als bilharzia). Infectielarven die in water zwemmen dringen de menselijke huid binnen en de bilaag op het larvale oppervlak verandert onmiddellijk in een unieke dubbele laag om te kunnen overleven in menselijk bloed. De larve bedekt zich dan met lipiden uit dit bloed en wetenschappers hebben gesuggereerd dat dit het membraan verhult voor de immuunrespons van de gastheren – met andere woorden, ons.

Een andere hypothese die door wetenschappers in Egypte naar voren is gebracht over de taaiheid van deze dubbele bilaag komt voort uit de hoeveelheid sfingomyeline, waarvan zij vonden dat die het membraan beschermt door waterstofbruggen te vormen aan het oppervlak. Dit zou de toegang tot immuunantilichamen en cellen verhinderen. Het verminderen van de hoeveelheid sfingomyeline met arachidonzuur – een vetzuur dat in het lichaam voorkomt en ook wordt gebruikt in sommige supplementen – kan werken als een geneesmiddel tegen de ziekte. Het wordt gewoonlijk gebruikt in combinatie met een ander geneesmiddel, praziquantel genaamd, dat het membraan van de parasiet aanvalt.

Een uitzondering op de generalisatie dat bilagen zich in alle levende cellen bevinden zijn de parasitaire en bodemaaltjes. Hiervan worden enorme aantallen in de bodem aangetroffen: die welke geen andere planten of dieren aantasten zoals Caenorhabditis, maar ook talrijke andere dierlijke en plantaardige parasitaire soorten in de tropen en gematigde zones. Deze organismen hebben een oppervlak waarin de lipiden in ongebruikelijke zeshoekige structuren zijn gerangschikt om grote vlotten te vormen die een alternatieve structuur vormen voor de bilaag die in de meeste cellen wordt aangetroffen.

De studie van lipiden kan ons verrassen en leiden tot nieuwe ideeën over het leven en zijn structuur, maar ook, en dat is spannend, tot geneesmiddelen die kunnen worden ontwikkeld om de structuur van de lipidemembranen van ziekteverwekkers, kankers en andere menselijke infecties te verstoren.

Het Gesprek

John Kusel werkt niet voor, geeft geen advies, heeft geen aandelen in of ontvangt geen financiering van een bedrijf of organisatie die baat heeft bij dit artikel, en heeft geen relevante banden bekendgemaakt buiten zijn academische aanstelling.