micro-organismen hebben een determinerende rol gespeeld in de geschiedenis van de mensheid. in Deadly companions gaat dorothy h. crawford dieper in op de relatie tussen microbiële infecties en de mens. ze vertrekt vanuit de ontstaansgeschiedenis van het leven en komt tot beschouwingen over hoe infectieziekten een bepalende invloed hebben op de culturele en politieke geschiedenis en hoe nieuwe samenlevingsvormen het verloop van infecties kunnen beïnvloeden.
Microben: een fataal gezelschap?
Hoewel onzichtbaar voor het naakte oog vormen micro-organismen, in het bijzonder de prokaryoten (of eencellige levensvormen waarbij de cel geen kern heeft), een essentiële component voor het leven op aarde. Ze katalyseren unieke en onmisbare transformaties in de biogeochemische cyclus van de biosfeer, ze produceren essentiële componenten van de atmosfeer en ze vertegenwoordigen een belangrijk deel van en vormen de basis voor de genetische biodiversiteit. De eerste bewijzen van leven op aarde (de aarde zelf is ongeveer 4,6 miljard jaar oud) vinden we ongeveer 3,48 miljard jaar geleden met de vorming van stromatolieten, fossiele riffen die door blauwgroene algen en anaerobe bacteriën (die groeien in afwezigheid van zuurstof) werden gevormd en eruitzien als dunne lagen kalksteen in de vorm van zuilen of heuveltjes. Dergelijke fossiele stromatolieten liggen onder meer in precambrische zeeafzettingen in het Glacier National Park in Montana in de Verenigde Staten.
Gedurende een periode van ongeveer 2 miljard jaar was de dominante vorm van leven op aarde een meerlagig microbieel tapijt, bestaande uit anaerobe bacteriën en archaea. Ongeveer 2,4 miljard jaar geleden, gedurende de paleoproterozoïsche periode, werd zuurstof een belangrijke component van de aarde. De evolutie van oxygene fotosynthese leidde tot de omvorming van een zuurstofvrije atmosfeer tot een atmosfeer met zuurstof. Bacteriën ontwikkelden eerst een primitieve vorm van fotosynthese, maar evolueerden verder tot oxygene fotosynthetiserende bacteriën, waarbij met behulp van zonne-energie koolstofdioxide in aanwezigheid van water wordt omgezet in energierijke koolwaterstoffen zoals suikers met vorming van zuurstof. Cyanobacteriën waren de eerste organismen op aarde die zuurstof konden produceren en hebben zo de ontwikkeling van hogere organismen mogelijk gemaakt. Hoewel eukaryoten mogelijk eerder verschenen, was de aanwezigheid van zuurstof in de atmosfeer een vereiste voor de evolutie van de meer complexe eukaryote cellen, waaruit meercellige organismen zijn opgebouwd.
Een andere belangrijke gebeurtenis in de evolutie ongeveer 2,1 miljard jaar geleden was de stabiele incorporatie van aerobe bacteriën om een eukaryote cel te vormen met mitochondriën, kleine organellen die instaan voor de energiehuishouding. Bij bacteriën wordt die energiehuishouding voorzien in de celmembraan. Die endosymbiotische gebeurtenis verschafte de nodige instrumenten voor aerobe ademhaling en het ontstaan van een nieuwe groep van heterotrofe micro-organismen, dit zijn organismen die organische bestanddelen nodig hebben als bron van koolstof en energie voor hun opbouw en groei. Sommige leden van deze meer ontwikkelde eukaryote cellijnen incorporeerden daarnaast fotosynthetiserende cyanobacteriën. Deze endosymbiose lag aan de basis van de chloroplasten, bladgroenkorrels die belangrijk zijn voor de fotosynthese en zo de voorlopers van planten zijn. Na het ontstaan van eukaryoot leven was de ontwikkeling tot multicellulair leven (ongeveer 1,2 tot 1,5 miljard jaar geleden) en de daaropvolgende diversificatie een volgende belangrijke stap in de evolutie.
Naast bacteriën, die als de eerste bewoners van de aarde worden beschouwd, bestaan er nog tal van andere soorten micro-organismen. Enkelcellige protozoa vertegenwoordigen wellicht de eerste en eenvoudigste vormen van dierlijk leven, terwijl virussen, de kleinste van alle micro-organismen, ook zeer vroeg zijn ontstaan. Virussen hebben zich ontwikkeld tot infectieuze agentia van levende wezens, inclusief bacteriën, maar hoe ze juist ontstaan zijn, is niet geweten. Hun genetische materiaal bestaat uit DNA of RNA, ze zijn niet in staat om zichzelf te vermenigvuldigen, maar gebruiken hiertoe de celmachinerie van een geschikte gastheercel, die ze na infectie zodanig beïnvloeden dat die in zeer korte tijd een groot aantal nieuwe viruspartikels zal aanmaken, die nieuwe cellen kunnen infecteren. Ze spelen een belangrijke rol bij horizontale gentransfer en dus in de evolutie.
Microben zijn aanwezig in de lucht die we inademen, het water dat we drinken en het voedsel dat we eten
Microben waren niet alleen de eerste levensvorm op aarde, ze zijn ook de meest voorkomende. Ze zijn aanwezig in de lucht die we inademen, het water dat we drinken en het voedsel dat we eten. Elk micro-organisme in een ecosysteem interageert met zijn omgeving en met andere organismen. Die interacties resulteren in belangrijke chemische en fysische veranderingen in de omgeving, die gunstig of ongunstig kunnen zijn voor andere organismen. Ze zorgen voor recyclage van organisch materiaal door het af te breken en zo de essentiële voedingsstoffen zoals nitraten te leveren voor planten. Stikstoffixerende bacteriën recycleren elk jaar ongeveer 140 miljoen ton stikstof terug in de bodem. Of ze nu voordelig, nadelig of neutraal zijn, de gemeenschappelijke activiteit van micro-organismen controleert in grote mate de werking van de biosfeer.
Op een bepaald ogenblik in het verleden gingen bacteriën samenleven met andere levende organismen en ontwikkelden een symbiotisch bestaan, waarvan beide organismen profiteerden, zoals de microflora in het spijsverteringskanaal van mens en dier. Alle dieren hebben hun eigen microflora die over de vele eeuwen mee geëvolueerd is. De mens is hierop geen uitzondering. Het menselijk lichaam huisvest ongeveer 1014 bacteriën met een totaal gewicht van ongeveer één kilo, dit is tienmaal meer dan het aantal cellen waaruit het lichaam is opgebouwd. De minimum vijfhonderd verschillende soorten die ons lichaam rijk is, helpen ons bij de vertering van voedsel, beschermen ons tegen aanvallen van meer virulente soorten en stimuleren ons immuunsysteem. Ze zijn schadeloos zolang we gezond zijn, maar als ze onze weefsels binnendringen, kunnen ze ernstige infecties veroorzaken.
Micro-organismen gebruiken elke mogelijke transmissieroute zoals aerosols, direct contact, water of voedsel om de brug te slaan tussen gevoelige gastheren. Waar in het verleden door een gebrek aan migratie de verspreiding veel beperkter was, is door de verhoogde mobiliteit de verspreidingskans veel groter geworden. Een voorbeeld hiervan is de recente uitbraak van SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome), een soms levensbedreigende vorm van atypische longontsteking, veroorzaakt door een coronavirus. De eerste gevallen verschenen in de Chinese provincie Guangdong (Kanton) in november 2002. De zeer besmettelijke ziekte verspreidde zich in een periode van slechts enkele weken over 29 landen. Door het snelle en gecoördineerde ingrijpen van de World Health Organization kon de ziekte snel een halt worden toegeroepen.
Een ander recent voorbeeld is hiv (Human Immunodeficiency Virus), veroorzaker van aids (Acquired Immune Deficiency Syndrome), waarmee eind 2007 wereldwijd naar schatting minstens 33 miljoen mensen besmet waren. Hiv zou reeds meer dan 25 miljoen doden hebben veroorzaakt. Volgens recente paleovirologische en fylogenetische analyses is een variant bij apen (siv) vermoedelijk in Congo rond het begin van de twintigste eeuw overgegaan van wilde chimpansees naar de mens. Het ontstaan van steden in de toenmalige Belgische kolonie en het oprichten van administratieve en handelscentra in deze regio heeft mogelijk de transfer tussen mensen bespoedigd en zo van deze regio het epicentrum gemaakt van de hiv/aids-pandemie. Door de mondiaal sterk verhoogde mobiliteit en de bevolkingsconcentraties in grote steden kunnen ziekteverwekkende bacteriën en virussen zich nu razendsnel en over de hele wereld verspreiden. Toen mensen in kleine gemeenschappen leefden, veelal als jagers en nomaden, waren bevolkingsgroepen veel minder onderhevig aan verspreide infecties. Niettemin neemt men aan dat infectieziekten in het verleden een van de voornaamste doodsoorzaken waren.
Toen mensen in kleine gemeenschappen leefden, veelal als jagers en nomaden, waren bevolkingsgroepen veel minder onderhevig aan verspreide infecties.
Andere verspreidingsmogelijkheden voor microben zijn via insecten (malaria, slaapziekte, gele koorts, ziekte van Lyme) of dieren. Malaria is een ziekte veroorzaakt door protozoa (eencellige eukaryoten) en voortdurend aanwezig in de meeste tropische en subtropische ecosystemen. Malariaparasieten behoren tot het genus Plasmodium en infecteren vele gewervelde dieren of vertebraten, inclusief verschillende soorten niet-menselijke primaten. De meest virulente soorten P. falciparum en P. vivax infecteren jaarlijks ongeveer 300 tot 500 miljoen personen en maken meer dan één miljoen doden. Op basis van fylogenetische analyse is de ontstaansgeschiedenis van Plasmodium duidelijk geworden. De malariaparasiet zou circa 130 miljoen jaar geleden geëvolueerd zijn uit een vogelparasiet, overgebracht door de zwarte vlieg. Deze periode viel samen met de snelle verspreiding van bloeiende planten. Het is mogelijk dat de stijging van het aantal bloemen heeft geleid tot een stijging van het aantal insecten en muggen, gevolgd door een verhoogd contact met vertebraten. Na de vogels volgden reptielen en hagedissen, vervolgens primaten en knaagdieren. P. vivax zou van niet-humane primaten (makaken) naar de mens zijn overgekomen.
De eerste vaststelling van malaria is in Egyptische mummies van 3000 BC. De ziekte werd ook duidelijk beschreven in 2 000 BC in China. Het ontwikkelen van landbouw in sub-Saharaans Afrika 4 000 tot 5 000 jaar geleden, waarbij gesloten tropische wouden werden omgevormd tot gebieden met open nederzettingen, met hogere concentraties aan mensen en met nabijgelegen waterreservoirs, zou cruciaal geweest zijn voor de ontwikkeling van malaria, mede door de aanpassing van de Anophelesmug, de drager voor humane malaria. Volgens sommige experts zou deze relatief korte periode van 5000 tot 10 000 jaar ook volstaan voor het ontwikkelen van een aan malaria blootgestelde menspopulatie met malariaresistente genen, i.e. sikkelcelanemie en thalassemie. Die erfelijke vorm van bloedarmoede komt meestal voor bij mensen uit sub-Saharaans Afrika, vooral van West-Afrikaanse afkomst. Mensen die sikkelcelanemie of thalassemie hebben, zijn niet vatbaar voor malaria.
Naargelang de bevolking in de Oude Wereld groeide, breidden de steden en nederzettingen zich uit en kenden hun epidemische infectieziekten. Ook het handelsverkeer werd intenser en bijgevolg verspreidden ziektehaarden zich meer. Microben reisden mee met handelsschepen over de Middellandse Zee en de Indische Oceaan. Op dezelfde wijze kwamen infecties mee langs de zijderoute uit China naar het Midden-Oosten. Ook oorlog was een belangrijke oorzaak van verspreiding van micro-organismen, en bracht ziekmakers naar bevolkingsgroepen die deze ziekten nog niet kenden en er dus niet immuun voor waren. Zo bracht de ontmoeting van de Nieuwe en de Oude Wereld in de vijftiende eeuw heel wat ziektes naar de oorspronkelijke Amerikaanse bevolking. Europeanen waren immuun voor bepaalde infectieziekten, maar de indiaanse bevolking was er zeer gevoelig voor. Ziekten zoals mazelen, roodvonk, kinkhoest en bof decimeerden de bevolking.
De laatste tweeduizend jaar heeft de wereld drie pandemieën van builenpest gekend
De laatste tweeduizend jaar heeft de wereld drie pandemieën van builenpest gekend. De eerste was de justiniaanse plaag van de vijfde tot de zevende eeuw. De tweede, gekend als de Zwarte Dood, begon in Italië in 1347, waar ze vanuit Mongolië via de Krim was terechtgekomen, en verspreidde zich gedurende de volgende jaren over Europa. Men schat dat er ongeveer 25 miljoen mensen stierven als gevolg van de builenpest, die ongeveer driehonderd jaar voortduurde, tot ze in 1670 verdween. De oorzaak van de ziekte werd pas ontdekt in het begin van de twintigste eeuw na een uitbraak van de ziekte in China, die in 1894 ongeveer veertig procent van de bevolking van Kanton (nu Guangzhou) doodde. Dit was de derde pandemie. De bacterie Yersinia pestis, genoemd naar de ontdekker Alexander Yersin, infecteert van nature uit knaagdieren zoals woestijnratten, marmotten en grondeekhoorns, en wordt overgedragen door bloedzuigende vlooien. Knaagdieren zijn beperkt gevoelig aan Y. pestis en meer resistente soorten vormen een reservoir voor de bacterie. Recente fylogenetische studies doen vermoeden dat Y. pestis 15 000 tot 20 000 jaar geleden ontstaan is uit Yersinia pseudotuberculosis¸ een darmbacterie van verschillende zoogdieren inclusief de rat. Y. pestis zou dus een relatief jonge ziekte zijn voor mens en knaagdier. Recent heeft men gesuggereerd op basis van archeologische vondsten in Egypte dat de nijlrat de oorspronkelijke gastheer was van de ziektekiem en naderhand via handel met Indië werd geïntroduceerd in de zwarte rat, een soort die in nauwer contact leefde met de mens. Zo zou de plaag overgegaan zijn op mensen omstreeks 3500 BC.
Van vele andere ziekten werden in het verleden reeds symptomen beschreven zonder de oorzaak ervan te kennen. Van tuberculose bijvoorbeeld werd de oorzakelijke kiem in 1882 geïdentificeerd door Robert Koch, Duits geneesheer en wetenschapper. Samen met Louis Pasteur is hij de grondlegger van de bacteriologie. Tuberculose wordt overgebracht van mens tot mens, praktisch uitsluitend langs de lucht. Een persoon met besmettelijke of open longtuberculose brengt bij het hoesten, spreken of niezen tbc-bacteriën in de lucht en kan zo een andere persoon besmetten. De bacterie, Mycobacterium tuberculosis, was tot de eerste helft van de twintigste eeuw ook in België een belangrijke oorzaak van morbiditeit en mortaliteit. Op wereldniveau blijft M. tuberculosis nog altijd een belangrijk probleem: ruim 2 miljard mensen of een derde van de wereldbevolking is erdoor besmet. Jaarlijks sterven ongeveer 2 miljoen mensen aan tbc. De ziekte wordt reeds verschillende eeuwen erkend en zijn verwoestende werking treft men aan op menselijke resten zowel uit de Oude als uit de Nieuwe Wereld. Moleculaire tijdsanalyse suggereert dat M. tuberculosis een zeer oude humane ziekte is, die meer dan 35 000 jaar geleden ontstaan is.
Pokken zijn erkend als een van de oudst gekende ziekten van de mens. Deze infectieziekte werd veroorzaakt door het pokkenvirus (Variola virus), dat behoort tot de grootste gekende virussen. Op basis van fylogenetische analyses van bestaande pokkenvirussen veronderstelt men dat pokkenvirussen ongeveer 500 000 jaar geleden zijn ontstaan en zich circa 14 000 jaar geleden verder hebben ontwikkeld tot de moderne soorten. Het humane pokkenvirus is zeer besmettelijk voor de mens en heeft een tragische rol gespeeld in de loop van de geschiedenis. Historische bronnen in China en Indië van 3000 jaar geleden refereren reeds naar pokkensymptomen. In Egypte stierf Ramses V rond 1150 BC als gevolg van een pokkeninfectie. Men vermoedt dat het virus Europa bereikte in 600 BC. Het was verantwoordelijk voor de dood van 3,5 miljoen Azteken toen in 1520 Hernando Cortez het pokkenvirus importeerde in Mexico. Omdat de Amerikaanse populatie nooit eerder in contact was gekomen met het virus was ze niet immuun. Die dramatische gebeurtenis lag mede aan de basis van de nederlaag van de Azteken tegen de Spanjaarden en het verdwijnen van de Azteken- en Incacultuur. Zelfs in de twintigste eeuw heeft het virus nog 300 tot 500 miljoen doden veroorzaakt. Om de verspreiding van het virus een halt toe te roepen startte de WHO een wereldwijde, succesvolle vaccinatiecampagne. Op 26 oktober 1977 kon de wereld ‘pokkenvrij’ worden verklaard.
Bij deze ontstaans- en evolutiegeschiedenis van microben en hun invloed op de omgeving van de mens moeten we ons momenteel ook afvragen welke impact, naast de onmiddellijke, voortdurend evoluerende menselijke levensgewoonten, de veranderende ecoklimatologische omstandigheden hebben. Het wereldwijde sterk toegenomen transport van mensen en goederen verhoogt immers de kans op vectoroverdraagbare ziekten. Een mogelijke opwarming van de aarde zal zeker een invloed hebben op de globale microbiële populatie en mogelijk maken dat steeds meer vectoroverdraagbare ziekten, zoals malaria, steeds noordelijker zullen migreren. Waakzaamheid is nodig.
Dorothy H. Crawford, Deadly Companions (Oxford: Oxford University Press, 2007).
Jozef Anné is als microbioloog verbonden aan de KU Leuven.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License