Genetici zitten het coronavirus op de hielen
Genetici zitten het coronavirus op de hielen
Coronavirus Een nieuwe techniek geeft Rotterdamse genetici razendsnel inzichten in de corona-epidemie.
/s3/static.nrc.nl/bvhw/files/2020/06/coverwet.jpg)
Twee dagen nadat op 27 februari de eerste bevestigde besmetting van Covid-19 in ons land was gemeld, hadden onderzoekers van het Erasmus MC in Rotterdam al de complete genetische sequentie van de eerste twee ‘Nederlandse’ varianten van het nieuwe coronavirus in handen. Die genetische informatie gaf meteen een belangrijke aanwijzing aan epidemiologen: de twee SARS-CoV-2-virussen waren afkomstig van verschillende introducties vanuit het buitenland.
Dat het onderzoek zo snel op stoom kwam, had alles te maken met een goede voorbereiding, zegt geneticus Bas Oude Munnink van Erasmus MC. Hij is postdoc in het virologielaboratorium van Marion Koopmans en eerste auteur van een wetenschappelijk artikel dat binnenkort in Nature Medicine verschijnt en nu als preprint al online staat. Het artikel beschrijft de beginfase van het genetische onderzoek naar het nieuwe coronavirus in Nederland. Dit was een van de pijlers waarop het Outbreak Management Team zijn adviezen baseerde.
PCR-testen, die worden afgenomen bij de GGD, detecteren kleine stukjes van het virus-RNA om aan te tonen of iemand al dan niet besmet is. Maar in het laboratorium in Rotterdam gaan ze verder: ze bepalen de volgorde van álle 30.000 letters van het virusgenoom. Subtiele variaties in de erfelijke code van het coronavirus kunnen informatie onthullen over de bron van besmetting. In het RNA van het virus treden spontaan mutaties op, met een snelheid van één verandering per anderhalve week à twee weken. Dat maakt het mogelijk om te bepalen hoe verschillende virusvarianten aan elkaar verwant zijn.
Subtiele variaties in de erfelijke code van het coronavirus kunnen informatie onthullen over de bron van besmetting
Het onderzoek maakte al snel duidelijk dat Nederland half maart niet meer te maken had met enkele kleine uitbraakjes, veroorzaakt door terugkerende vakantiegangers die elders de infectie opliepen. Nee, er bleken in Nederland – in Noord-Brabant maar ook in Utrecht en Noord- en Zuid-Holland – al diverse clusters van besmettingen te bestaan, infectiehaarden waarbij het virus rondging zonder dat duidelijk was waar het precies vandaan kwam. Dat was, samen met andere informatie, het sein voor het kabinet om voor heel Nederland ingrijpende maatregelen af te kondigen, zoals de tijdelijke sluiting van horeca en sportclubs.
„Meteen toen Chinese wetenschappers op 11 januari de eerste genetische sequentie van het nieuwe coronavirus bekendmaakten, zijn we aan de slag gegaan”, vertelt Oude Munnink. Aan de hand van de viruscode van SARS-CoV-2, een reeks van ruim 30.000 genetische letters die onderzoekers van de universiteit van Shanghai hadden toegevoegd aan de internationale databank GISAID, konden de Rotterdamse genetici al voorbereidingen treffen voor een snelle identificatie van dit nieuwe virus, mocht het ooit in Nederland belanden. Dat werk ging gelijk op met de ontwikkeling van een PCR-test voor het nieuwe virus, die de afdeling Viroscience van het Erasmus MC samen met Europese partners in een recordtijd van nog geen week tot stand bracht.
Generale repetitie
Toevallig hadden de Rotterdammers vorig jaar al ‘geoefend’ met een nieuwe methode om via genetische analyse snel een risico-inschatting te maken bij een onverwachte virusuitbraak. Ze gebruikten daarvoor een nieuwe techniek: nanopore-sequencing. Daarmee onderzochten ze het usutuvirus, een voor Nederland nieuw vogelvirus dat voor mensen niet gevaarlijk is.
In een voorbereidend onderzoek identificeerden ze eerst het usutuvirus in de hersenen van twee uilen die in 2016 in Nederlandse dierentuinen overleden aan de infectie. Oude Munnink en zijn collega’s perfectioneerden de techniek, zodat ook in monsters met weinig virus de genetische code betrouwbaar kon worden uitgelezen. In een publicatie in Scientific Reports lieten ze vervolgens zien dat de methode geschikt is om een epidemie real time in kaart te brengen. Op basis van de monsters van 165 dode merels die in 2016-2018 in heel Nederland verzameld werden konden ze een nauwkeurig beeld van de verspreiding van het virus vormen, en conclusies trekken over de oorsprong van het virus dat pas in 2016 voor het eerst in Nederland werd ontdekt. „Achteraf gezien was het vogelvirusonderzoek een perfecte generale repetitie voor het onderzoek aan het nieuwe coronavirus”, zegt Oude Munnink. Het recept lag klaar.
Achteraf gezien was het vogelvirusonderzoek een perfecte generale repetitie voor het onderzoek aan het nieuwe coronavirusBas Oude Munnink geneticus
Aan de hand van de digitale Chinese blauwdruk was het voor de Rotterdammers in januari een koud kunstje om primers te maken. Primers zijn korte stukjes DNA die precies op het RNA van het virus passen. Het zijn de beginnetjes waarmee de erfelijke code van het virus vermeerderd kan worden, zodat er voldoende van is om de sequentie ervan te kunnen bepalen. Ze kozen de primers zo dat het hele virusgenoom in 89 overlappende stukjes werd verdeeld. Dat zijn amplicons. Die amplicons hebben een overzichtelijke lengte van nog geen 500 genetische letters, waardoor ze geschikt zijn voor de volgordebepaling in een nanopore-sequencer. Omdat de stukjes overlappen kan de computer de 30.000 lettervolgordes die eruit rollen makkelijk als een legpuzzel aan elkaar passen, waardoor de onderzoekers de hele genoomvolgorde van het virus in handen hebben.
In Nederland werden reizigers uit risicogebieden met symptomen vanaf eind januari getest op het nieuwe coronavirus. In China waren Wuhan en andere miljoenensteden in lockdown geplaatst om de epidemie in te dammen. Maar het virus had zich al verspreid naar andere Aziatische landen en dook in kleine uitbraken op in Europa. In Noord-Italië ontstond een grote virushaard die uitbraken voedde in diverse andere westerse landen. Nederland voegde de regio op 24 februari toe aan het lijstje met risicogebieden.
Dat leidde drie dagen later al tot de ontdekking van de eerste Nederlandse coronapatiënt: een man uit Loon op Zand die een paar dagen daarvoor een handelsbeurs had bezocht in Milaan. Een dag later diende de tweede Nederlandse patiënt zich al aan, een vrouw uit Diemen die op skivakantie in Noord-Italië was geweest. In de genetische stamboom zaten ze niet bij elkaar: een bevestiging dat het ging om verschillende introducties.
„We kunnen dankzij de genetische vingerafdruk snel zien of virusvarianten aan elkaar verwant zijn”, zegt Oude Munnink. „We kunnen alleen geen richting aangeven: welk virus de voorouder was van de ander weten we niet.” Bronnen- en contactonderzoek kan dat helpen invullen.
Lokale uitbraakclusters
Dankzij het sequencen werd al snel duidelijk dat er in Noord-Brabant lokale uitbraakclusters waren ontstaan, mogelijk gevoed door mensen die half februari in Noord-Italië waren gaan skiën en versterkt door het carnaval van een paar weken eerder, waarbij mensen massaal en dicht op elkaar bijeen kwamen.
Het aantal bevestigde besmettingen liep in de eerste week van maart snel verder op, tot meer dan 500. Hoewel er later kritiek kwam op het beperkt testen op corona, was het onderzoek naar de genetische variatie van de virussen op dat moment ongekend intensief. Nergens anders werd de genetica van het nieuwe coronavirus zo gedetailleerd in kaart gebracht.
Op 15 maart beschikten de onderzoekers in Rotterdam over 190 Nederlandse genoomvolgordes van het nieuwe virus, destijds ruim een kwart van alle wereldwijd bekende sequenties van SARS-CoV-2. De Nederlandse virusvarianten bleken divers. „De eerste besmettingen in Nederland kwamen vooral uit Italië”, zegt Oude Munnink. „En in Zuid-Limburg waren er ook introducties vanuit Duitsland, waar vlak over de grens een grote uitbraak was. Maar er doken in Nederland ook virusvarianten op die te herleiden waren tot Frankrijk en Oostenrijk.”
Nergens anders werd de genetica van het nieuwe coronavirus zo gedetailleerd in kaart gebracht
Lang niet altijd lukte het een land van herkomst aan te wijzen. „Tot op welke hoogte we de genoominformatie hier konden interpreteren was in belangrijke mate afhankelijk van hoeveel we wisten van circulerende stammen in het buitenland”, zegt Oude Munnink. „Maar duidelijk was wel dat we hier te maken hadden met verscheidene clusters van virusvarianten, die op verschillende plaatsen in de genetische stamboom zaten.”
De man uit Loon op Zand was zeker niet de eerste Nederlander met Covid-19. Het virus moet eerder in februari al onopgemerkt in Nederland hebben gecirculeerd. Inmiddels staat vast dat het coronavirus ook overgedragen kan worden door mensen die geen ziekteverschijnselen hebben, waardoor het lang onzichtbaar kan blijven.
Vonkenregen
Het virus kwam dus niet één keer, maar vele keren achter elkaar ons land binnen. En het waren niet een paar vonkjes die oversloegen van de grote brandhaarden die al elders waren ontstaan, maar het was een hele vonkenregen.
Dat verspreidingspatroon is ook bekend uit andere landen. In Groot-Brittannië kwam het virus binnen met tenminste 1.356 afzonderlijke introducties, hebben genetici geconstateerd. En dat is waarschijnlijk nog een onderschatting. De zoektocht naar een ‘patiënt zero’ die vervolgens met een sneeuwbaleffect de hele uitbraak in een land heeft veroorzaakt, heeft dus geen zin. Veel buitenlandse viruslijnen die in het begin in Groot-Brittannië gedetecteerd werden, werden na verloop van tijd zeldzaam of liepen dood. Bijna tweederde van de Britse virusvarianten stamde oorspronkelijk uit Spanje en Frankrijk, en ongeveer 14 procent uit Italië.
De snelle genetische identificatietechniek bewees zijn kracht ook bij het onderzoek naar besmettingen van nertsenboerderijen in Brabant. Al snel was duidelijk dat het virus vanuit de dierverzorgers op de nertsen was overgedragen maar ook dat het virus al weken, zo niet maanden, onopgemerkt door de stallen is gegaan. Het virus van nertsen had mutaties die niet bij mensen werd gezien, wat betekent dat het al een tijdje zelfstandig zijn weg zoekt.
Toen het nertsenvirus ook bij de eigenaren van een nertsenfokkerij werd aangetroffen en bij een naast familielid dat niet in de stallen was geweest, was duidelijk dat het virus tussen mens en nerts heen er weer kon gaan. Uiteindelijk besloot Landbouwminister Schouten (CU) om de bedrijven te ruimen, om ieder mogelijk risico uit te sluiten.
Vakantievirussen
Inmiddels staat de teller in Rotterdam op 1.790 „Nederlandse” coronavirussequenties, en er komen er wekelijks nog 144 bij. Nu de epidemie in Nederland door een pakket van ingrijpende maatregelen onder controle is gebracht (wellicht geholpen door het zomerweer dat niet gunstig is voor de overdracht van het virus) en er ruimte is voor versoepeling, is het werk van de Rotterdamse genetici nog niet voorbij. De genetica kan nog steeds waardevolle aanwijzingen geven over bronnen van lokale uitbraken. En daarnaast moeten we de opgebouwde informatievoorsprong niet zo maar inleveren, zegt Oude Munnink; we kunnen dit gebruiken om toekomstige uitbraken beter op te sporen.
„We zijn nu bezig in kaart te brengen welke virusvarianten er op dit moment in Nederland circuleren”, legt Oude Munnink uit. „Iedere maand krijgen wij daarvoor van GGD’en in Nederland uit iedere provincie tien willekeurige monsters toegestuurd. Het doel van de steekproef is dat we straks beter kunnen zien of er vakantievirussen worden meegebracht als er meer toeristen hier komen of Nederlanders weer terugkomen uit Spanje of Italië.
Met de steekproef hopen we straks beter te zien of er vakantievirussen worden meegebrachtBas Oude Munnink geneticus
„Zo hebben we alvast een beeld van de lokale achtergrond, waarin we straks ongetwijfeld weer nieuwe buitenlandse varianten gaan zien als mensen terugkeren van vakantie. Niet dat mensen daar per se een groter risico lopen om besmet te raken dan in Nederland, want ook in andere landen binnen Europa is de epidemie flink op zijn retour.”
En er zijn meer redenen om een vinger aan de pols te houden. Als het virus precies muteert in één van de stukje genetische code die gebruikt worden in de PCR-detectietest, zou de test voor zulke virusvarianten minder betrouwbaar kunnen worden. En de mogelijkheid bestaat dat bepaalde mutaties het agressiever of juist milder maken. „Op dit moment zijn daar nog geen aanwijzingen voor gevonden”, zegt Oude Munnink, „De veranderingen die we tot nu toe in het genoom zien, hebben kennelijk geen effect op het gedrag van het virus. Maar het is wel iets om in de gaten te blijven houden.”
Reacties
Een reactie posten