Darwinistisch speculeren over virulente virussen van vleermuizen

Elke tot nu toe onderzochte levensvorm blijkt virussen te herbergen, ook veermuizen.1 Van verschillende virussen van vleermuizen, zoals de henipavirussen, de coronavirussen, filovirussen en de hondsdolheid veroorzakende lyssavirussen, is aangetoond dat ze overdraagbaar zijn op mensen, vaak via een tussenliggende gastheer.2 Met andere woorden, het zijn zoönotische virussen. Opmerkelijk is dat veel van die virussen niet pathogeen zijn voor de vleermuizen zelf, maar wel voor andere zoogdieren, inclusief mensen.

In dit artikel gebruik ik de theorie van Paul Ewald, de ‘evolution of virulence’,3 om de volgende onderling gerelateerde vragen te beantwoorden:

(a) Waarom zijn sommige besmettelijke ziekten kwaadaardiger dan andere?

(b) Waarom zijn vleermuizen, meer dan andere zoogdieren, een reservoir van virulente ziektes?

(c) Waarom zijn sommige van vleermuizen afkomstige virussen zeer pathogeen voor andere zoogdieren, inclusief mensen, maar niet voor de vleermuizen zelf?

Waarom zijn sommige besmettelijke ziekten kwaadaardiger dan andere?

De volgende regels zijn een beknopte beschrijving van Paul Ewalds theorie over de evolutie van virulentie.

Toen hij eind jaren zeventig geplaagd werd door diarree speculeerde evolutiebioloog Ewald dat zijn lichaam gemanipuleerd werd door een parasiet of ‘gast’. Het voordeel voor de gast of het pathogeen dat de ziekte verwekte was de potentiële overdracht naar andere gastheren. Net als druppels die verspreid worden tijdens hoesten, kan diarree een ziekteverwekker transporteren, bijvoorbeeld wanneer het riool naar drinkwater lekt. Wie dat water drinkt zal geïnfecteerd worden. De manier waarop parasieten overgebracht worden naar nieuwe gastheren is de sleutelvariabele in de theorie van Paul Ewald.

Als parasieten voor het transport naar nieuwe gastheren afhankelijk zijn van de gezondheid en mobiliteit van hun huidige gastheer, dan neigen ze ertoe vriendelijk te zijn tegen deze huidige gastheer. Want die moet gezond en mobiel blijven om de parasiet naar andere gastheren te brengen. Enigszins goedaardige relaties tussen gastheer en gast kunnen daarom ontstaan als de overdracht naar nieuwe gastheren bemoeilijkt wordt door ziekte.

Precies het tegenovergestelde is het geval als nieuwe gastheren geïnfecteerd kunnen worden, zelfs als de gastheer niet gezond is. Dit kan bijvoorbeeld als de parasiet langere tijd onafhankelijk van de gastheer kan overleven, en kan zitten wachten tot nieuwe gastheren langskomen, zoals miltvuur doet. Of wanneer parasieten naar een nieuwe gastheer getransporteerd worden door een vector, bijvoorbeeld een mug, een injectienaald, of een in drinkwater lekkend riool. In dergelijke gevallen hoeft de huidige gastheer niet levend en gezond te blijven om nieuwe gastheren te infecteren. De gast zal daarom, terwijl hij de middelen van de gastheer uitput, evolueren tot een parasiet die zich op kosten van de gastheer maximaal probeert te reproduceren. Hoe meer kopieën van zichzelf, hoe beter, des te groter de kans dat een ander besmet wordt. Parasieten die zich ongehinderd voortplanten betekenen ziekte voor de gastheer. In sommige gevallen hebben parasieten die hun gastheer doden meer reproductief succes dan minder schadelijke varianten. Dit is mogelijk wanneer toenemende reproductie door de parasiet tot een niveau van overdracht naar nieuwe gastheren leidt dat hoger is dan het verlies aan overdracht als gevolg van de dood van de gastheer. In zulke gevallen resulteert de natuurlijke selectie in gasten die hun gastheer intensief uitbuiten.

Micro-organismen zijn vaak in staat om binnen korte tijd meerdere nieuwe generaties te produceren, en ze kunnen zich daarom, door het proces van natuurlijke selectie, snel aan nieuwe omgevingen aanpassen. Specifieker geformuleerd, parasieten kunnen snel in meer dan wel minder virulente richting evolueren, afhankelijk van de mogelijkheden om nieuwe gastheren te infecteren. Ewald en anderen hebben talloze besmettelijke ziektes geïnspecteerd, en vonden overtuigende empirische steun voor het idee dat virulentie varieert met overdrachtmogelijkheden.

Om de theorie van Ewald in één enkele zin samen te vatten: als ziekte van de huidige gastheer geen belemmering vormt voor besmetting van nieuwe gastheren, dan wordt een virulente variant van de parasiet meer begunstigd door de natuurlijke selectie dan een milde variant, want de eerste maakt meer kopieën van zichzelf, en is daarmee schadelijker voor gastheren.

Laat de verkoudheid- en griepvirussen als voorbeeld dienen. Ze zijn zeer besmettelijk, maar de kwaadaardigste varianten hebben meestal weinig succes bij het infecteren van nieuwe gastheren, omdat de zieke thuisblijft en onder de wol kruipt. Wie daarentegen een milde variant onder de leden heeft, loopt vaak gewoon rond, schudt handen, verspreidt hoestdruppels, en verspreidt daarmee ook het virus. De milde varianten hebben dus meer reproductief succes dan de kwaadaardige en overheersen daarom gewoonlijk de populatie.

Het wordt een ander verhaal als geïnfecteerde mensen niet thuis blijven, zelfs niet als ze ernstig ziek zijn door een virus, maar voortdurend nieuwe gastheren besmetten, zoals het geval was tijdens de Eerste Wereldoorlog in de loopgraven. Paul Ewald is ervan overtuigd dat daar, in de vochtige loopgraven, de overvolle ziekenbarakken en tijdens troepentransporten, de kwaadaardige variant is geëvolueerd die later de Spaanse griep werd genoemd.4

Vleermuizen als reservoir van virulente ziektes

Vleermuizen herbergen een significant groter aantal zoönotische virussen dan alle andere orden van zoogdieren,5 hoewel dit door sommigen wordt betwist.6,7 Het grote aantal virussen bij vleermuizen is opmerkelijk, omdat er ongeveer tweemaal zoveel soorten knaagdieren zijn als soorten vleermuizen en knaagdieren nauwer verwant zijn aan mensen dan vleermuizen. Vleermuizen trekken ook de aandacht doordat de virussen die ze herbergen, als die worden overgedragen op andere zoogdieren, ernstige ziektes kunnen veroorzaken.

Verschillende eigenschappen van vleermuizen stellen hun parasieten in staat om gemakkelijk nieuwe gastheren – andere vleermuizen – te besmetten, meer dan het geval is bij andere zoogdieren. Ewalds theorie stelt dat als de virulente varianten makkelijk overgedragen kunnen worden, deze varianten zullen overheersen. Welke eigenschappen van vleermuizen maken dat hun virussen uitblinken in kwaadaardigheid?

Ten eerste leven veel vleermuissoorten in kolonies, sommige dicht opeengepakt. Kolonies kunnen een dichtheid hebben van 3000 vleermuizen per vierkante meter.8 Dit faciliteert uiteraard besmettingen, ook door vleermuizen die ziek zijn door virulente varianten.

Ten tweede bevinden zich op de rustplaatsen van vleermuizen vaak verschillende soorten vleermuizen. Dat is een verschil met knaagdieren, die hun nestplaatsen niet delen met andere soorten.8 Ook het delen van de rustplaatsen bevordert de overdracht van virussen.

Ten derde zijn vleermuizen een opmerkelijke uitzondering op de algemene regel ‘hoe kleiner het dier, hoe korter het leeft’. Sommige insectenetende vleermuizen kunnen wel 35 jaar oud worden.9 Voor deze hoge leeftijd is als verklaring wel geopperd dat oncolytische virussen bij de vleermuis kankercellen infecteren en doden.2 Hoe het ook zij, de lange levensduur van vleermuizen kan wellicht gunstig zijn voor de overdracht van virussen door chronisch geïnfecteerde dieren.

Om het bovenstaande samen te vatten in één enkele zin: zowel virulente als milde varianten van virussen van vleermuizen kunnen relatief gemakkelijk nieuwe gastheren besmetten, hetgeen kan verklaren dat de virulente varianten, die meer kopieën van zichzelf maken, overheersen.

Waarom worden vleermuizen er niet ziek van, maar mensen wel?

Het vroegst bekende fossiel van een vleermuis dateert van 52,5 miljoen jaar geleden.10 Het is waarschijnlijk dat vleermuizen en virussen gedurende zeer lange tijd samen geëvolueerd zijn. Als we aannemen dat de veronderstellingen in het voorgaande correct zijn, dan kan zich gedurende deze periode mogelijk een ‘wapenwedloop’ tussen de soorten hebben afgespeeld. Aan de ene kant de virussen die mijns inziens voortdurend geëvolueerd zijn in de richting van toenemende virulentie. Aan de andere kant de vleermuizen die, om kennelijk belangrijke redenen, de eigenschappen behielden die volgens de theorie van Ewald juist bevorderden dat de virussen virulent werden: dicht opeengepakte kolonies, rustplaatsen met meerdere soorten en een lange levensduur. Een onvermijdelijk gevolg moet zijn geweest dat de natuurlijke selectie, generatie na generatie, vleermuizen begunstigde die zich ondanks de virussen konden voortplanten.

Het gevolg van deze ‘wapenwedloop’ was, naar ik veronderstel, een evolutie van aangeboren immuungenen die maken dat vleermuizen een superieur antiviraal fenotype bezitten. Misschien begunstigde ook het vermogen om te vliegen de co-existentie met parasieten, door de dagelijkse cyclus van het versnellen van stofwisseling en verhogen van temperaturen, analoog aan de koortsreactie bij andere zoogdieren.11 Een enigszins paradoxale uitkomst van de ‘wapenwedloop’ tussen vleermuizen en hun virussen is dus dat de virussen zeer virulent zijn, maar meestal niet voor de vleermuizen zelf.

Andere zoogdieren hebben geen vergelijkbaar superieur antiviraal fenotype, en vliegen kunnen ze evenmin. Dat maakt de van vleermuizen afkomstige virussen gevaarlijk. Misschien is het leven in dicht opeengepakte kolonies de belangrijkste oorzaak van het ontstaan van de gevaarlijke virussen. Als dat zo is, waarom evolueerden de vleermuizen dan niet naar een meer solitaire manier van leven, of hielden ze tenminste wat meer sociale afstand tot soortgenoten? Ik vermoed dat de verklaring is dat vleermuizen, wanneer ze op de grond belanden, onhandige en kwetsbare dieren zijn. Maar door hun vermogen om te vliegen en echolocatie kunnen ze omgevingen zoals grotten benutten die moeilijk toegankelijk zijn voor roofdieren. Daar zijn deze dieren relatief veilig, houden elkaar warm, overwinteren en planten zich voort, in het gezelschap van virulente parasieten.