Amoeben als gastheren voor mycobacteriën in water, biofilms en detritus in relatie tot Buruli ulcus endemiciteit

 Op zoek naar de natuurlijke gastheer van Mycobacterium ulcerans, veroorzaker van Buruli ulcus

In de tropische regio’s van onze planeet heersen er heel wat ziektes die veroorzaakt worden door micro-organismen, de zogenaamde infectieziekten. Allerlei spoelwormen, eencelligen, bacteriën en virussen teisteren de lokale bevolkingen, maar omdat we vaak redelijk goed weten op welke manier deze griezelige organismen de mens binnendringen hebben we ook een idee van hoe men zich ertegen kan beschermen. De malariaparasiet bijvoorbeeld komt uit muggen, dus slaap je best onder een muskietennet. HIV komt uit lichaamsvloeistoffen van andere mensen, dus draag je best een condoom.

Er heersen echter ook nog ernstige infectieziekten waarvan nog ontdekt moet worden waar de veroorzakende organismen vandaan komen. Heel interessant voor ijverige biologiestudenten zoals ik die op ontdekkingsreis willen gaan naar Afrika, minder interessant voor een Ghanese twintiger die totaal geen idee heeft hoe het komt dat de huid van haar hele arm is omgevormd tot een zwerende open wonde, waardoor ze nu niet meer kan gaan werken, laat staan aan een man geraken. Dit meisje heeft namelijk de huidziekte Buruli ulcus, die wordt veroorzaakt door de bacterie Mycobacterium ulcerans.

Men weet ondertussen dat de aanwezigheid van traag stromend water belangrijk is voor de verspreiding van de bacterie, en men vermoedt dat bijtende waterinsecten de bacterie kunnen overdragen naar de mens, maar waar de bacterie echt leeft in de natuur weet eigenlijk nog niemand.

Maar men blijft zoeken. Mijn taak was om uit te pluizen of amoeben in dergelijk traag stromend water M. ulcerans herbergen. Amoeben behoren tot de protozoa, een grote en diverse groep eencelligen, en voeden zich voornamelijk met bacteriën. Heel wat bacteriën blijken echter bestand te zijn tegen de vertering van amoeben en kunnen dus binnenin hen overleven, wat al dan niet gepaard gaat met schade aan hun gastheer. Hierdoor vermoedt men dat omgevingsbacteriën die mensen kunnen infecteren in hun natuurlijke leefwereld de bescherming genieten van amoeben. Een protozoacel lijkt bovendien erg op een macrofaag, een celtype van de immuunsystemen van meercellige dieren zoals de mens. Daardoor is de overgang van een protozoahabitat naar een macrofaaghabitat eigenlijk niet zo drastisch. Sommige onderzoekers gebruiken zelfs amoeben om pathogene bacteriën in te omgeving te kunnen vinden, omdat ze zonder de aanwezigheid van een dergelijke cel niet uit het water kunnen overleven. Sterker nog, uit laboratoriumexperimenten blijkt dat bepaalde bacteriën (waaronder M. ulcerans) beter worden in het infecteren van muizen na een verblijf in protozoa, alsof ze daar in de protozoa al hebben geoefend hoe ze best zoogdiercellen zouden infecteren.

Om te kijken of protozoa van het amoebentype daadwerkelijk M. ulcerans bevatten in de gebieden waar Buruli ulcus patiënten leven, trokken wij –een team wetenschappers uit België en Ghana- naar Zuid-Ghana waar we enkele Buruli ulcus endemische dorpen bezochten. In de beken, rivieren en poelen waar de bewoners dagelijks mee in contact komen om bijvoorbeeld te vissen, zich te wassen of verkoeling te zoeken verzamelden we stalen van water, biofilms (dit zijn groeperingen van micro-organismen tot slijmerige lagen op planten of stenen) en detritus (dood organisch materiaal dat zeer voedselrijk is voor micro-organismen). We zochten niet alleen naar M. ulcerans maar ook naar andere leden van de mycobacteriefamilie, die nauw verwant zijn aan M. ulcerans maar meestal geen ziekten bij mensen veroorzaken en die veel gemakkelijker te detecteren zijn in de natuur (met uitzondering van de beruchte M. tuberculosis en M. leprae).

In het laboratorium deden we een resem tests om na te gaan of M. ulcerans, andere mycobacteriën en amoeben überhaupt in de stalen aanwezig waren. Vervolgens onderzochten we of de mycobacteriën in de amoeben leefden of dat de twee op een manier met elkaar geassocieerd waren.

Amoeben bleken overal aanwezig te zijn en we konden ze gemakkelijk kweken in petrischaaltjes. We vonden eveneens in bijna alle stalen mycobacteriën (door hun DNA op te sporen), maar slechts in 2% was dit M. ulcerans (de rest waren andere mycobacteriesoorten), en bovendien waren er maar heel weinig cellen van aanwezig. Interessant was dat we in 75% van de gevallen konden aantonen dat mycobacteriën binnenin andere micro-organismen verbleven op het moment van de staalname. Dit hebben we onderzocht door aan de stalen een antibioticumoplossing toe te voegen die dodelijk is voor mycobacteriën maar die niet in amoeben kan binnendringen (het verstoppen in amoeben is nota bene een manier waarop sommige bacteriën aan de ontsmetting van drinkwater kunnen ontsnappen). Alleen deze intracellulaire mycobacteriën overleefden dus de antibioticabehandeling, waardoor wij ze vervolgens konden kweken op een voedingsbodem. Helaas vermenigvuldigt M. ulcerans zich extreem traag en is daarom quasi onkweekbaar uit omgevingsstalen omdat daarin ook andere mycobacteriën voorkomen die veel sneller groeien en M. ulcerans overrompelen. Daarom konden we jammer genoeg niet achterhalen of M. ulcerans binnenin amoeben leeft. Wel konden we nagaan of M. ulcerans aanwezig was in de amoebenculturen die we hadden gemaakt, en in 5% van die culturen bleek dit inderdaad het geval te zijn. We konden M. ulcerans dus makkelijker vinden als we uit de stalen eerst de amoeben kweekten dan wanneer we probeerden M. ulcerans rechtstreeks in de stalen te detecteren (zoals hiervoor vermeld was toen slechts 2% positief). Het is goed mogelijk dat er in veel meer stalen M. ulcerans bacillen aanwezig waren dan in die 2% die nu positief was, maar telkens in te lage aantallen om de detectielimiet van ons meettoestel te halen. Vervolgens zou het kunnen dat van zodra we een omgeving creëerden die bestond uit miljoenen amoeben, M. ulcerans cellen zich begonnen te vermenigvuldigen zodat de aantallen vaker boven de detectielimiet lagen.

In ieder geval is dit de eerste keer dat een associatie van M. ulcerans met protozoa in de natuur is gedemonstreerd, maar om aan te kunnen tonen of amoeben al dan niet belangrijk zijn voor de verspreiding van de bacterie, is nog veel meer onderzoek nodig. Voorlopig konden we namelijk geen correlatie vinden in het voorkomen van M. ulcerans besmette amoebenculturen en de prevalentie van Buruli ulcus. Hoe dan ook, het feit dat we door het kweken van amoeben meer M. ulcerans positieve stalen konden ontdekken betekent dat amoebenculturen mogelijk de basis kunnen vormen voor een verbeterde detectietechniek van M. ulcerans in de natuur.