Gedurende de geschiedenis van onze planeet hebben mensen naast bacteriën en virussen geleefd. We zochten naar manieren om builenpest en pokken te weerstaan, en in reactie daarop zochten ze naar manieren om ons te infecteren. We gebruiken antibiotica al bijna een eeuw, sinds Alexander Fleming penicilline ontdekte. Als reactie hierop hebben de bacteriën antibioticaresistentie ontwikkeld. Er komt geen einde aan de strijd. We brengen zoveel tijd door met ziekteverwekkers dat we om de beurt elkaar stompen. Maar wat gebeurt er als we plotseling dodelijke bacteriën en virussen tegenkomen die in duizenden jaren niet zijn aangetroffen of nog nooit zijn gezien?
Misschien komen we er snel achter. Klimaatverandering resulteert in het ontdooien van permafrostbodems die al duizenden jaren bevroren zijn geweest, en terwijl de grond ontdooit, komen er oude virussen en bacteriën tevoorschijn die tot leven komen en weer tot leven komen.
In augustus 2016 stierf in een uithoek van de Siberische toendra, op het Yamal-schiereiland, een 12-jarige jongen en ten minste twintig mensen werden in het ziekenhuis opgenomen nadat ze miltvuur hadden opgelopen.
Er is gesuggereerd dat meer dan 75 jaar geleden een hert dat besmet was met miltvuur stierf en zijn bevroren skelet vastzat onder een laag bevroren grond, onder permafrost. Hij bleef daar tot de zomer van 2016, toen de permafrost ontdooide door intense hitte. Zo liet ze het lijk van een hert en een miltvuurinfectie los in de dichtstbijzijnde wateren en grond, en vervolgens in de voedselvoorraad. Mensen worden bedreigd.
Het enge is dat dit misschien geen op zichzelf staand incident is.
De aarde warmt op en ontdooit meer permafrost. Onder normale omstandigheden ontdooien de oppervlaktelagen van permafrost, ongeveer 50 centimeter diep, elke zomer. Maar de opwarming van de aarde legt geleidelijk oude permafrostlagen bloot.
Promotie video:
Bevroren meerjarige grond is een ideale plek voor bacteriën om lange tijd, misschien wel miljoenen jaren, in leven te blijven. Dit betekent dat smeltend ijs mogelijk een doos met ziekten van Pandora kan openen.
De temperaturen in de poolcirkel stijgen snel, ongeveer drie keer sneller dan in de rest van de wereld. Andere infectieuze agentia kunnen ook naar buiten komen.
"De permafrost is een uitstekende bewaker van ziektekiemen en virussen omdat het koud, donker en zuurstofarm is", zegt evolutiebioloog Jean-Michel Claverie van de Universiteit van Aix-Marseille in Frankrijk. "Pathogene virussen die dieren en planten kunnen infecteren, zijn mogelijk opgeslagen in oude permafrostlagen van de bodem, inclusief die welke in het verleden wereldwijde epidemieën veroorzaakten."
Alleen al in het begin van de 20e eeuw stierven meer dan een miljoen rendieren door miltvuur. In het noorden is het niet gemakkelijk om diepe graven te graven, dus de meeste van deze karkassen werden dicht onder de oppervlakte begraven, in 7.000 verspreide graven in Noord-Rusland.
Wat zou er nog meer verborgen kunnen zijn onder de bevroren grond?
Mensen en dieren worden al honderden jaren in de permafrost begraven, dus het is mogelijk dat er ook andere infectieuze agentia naar buiten komen. Wetenschappers hebben bijvoorbeeld fragmenten van het RNA van het Spaanse griepvirus gevonden in lijken die massaal zijn begraven in de toendra van Alaska. Pokken en builenpest worden ook begraven in Siberië. In een studie uit 2011 schreven Boris Revich en Marina Podolnaya: "Als gevolg van het smelten van permafrost kunnen vectoren van dodelijke infecties uit de 18e en 19e eeuw terugkeren, vooral in de buurt van begraafplaatsen waar slachtoffers van deze infecties werden begraven."
In de jaren 1890 vond er een ernstige pokkenepidemie plaats in Siberië. Eén stad verloor tot 40% van zijn bevolking. De lichamen werden begraven onder de bovenste laag permafrost aan de oevers van de Kolyma-rivier. Na 120 jaar begonnen overstromingen van de Kolyma-rivier de oevers te eroderen en het smelten van de permafrost versnelde dit erosieproces.
In een project dat in de jaren negentig begon, bestudeerden wetenschappers van het State Research Center for Virology and Biotechnology in Novosibirsk de overblijfselen van mensen uit het stenen tijdperk die in het zuiden van Siberië, in de Altai-regio, zijn gevonden. Ze bestudeerden ook monsters van de lijken van mensen die stierven tijdens virale epidemieën in de 19e eeuw en werden begraven in de permafrost van Rusland.
Wetenschappers zeggen dat ze lichamen hebben gevonden met zweren die kenmerkend zijn voor pokken. Hoewel ze het pokkenvirus zelf niet vonden, vonden ze wel DNA-fragmenten.
Het is natuurlijk niet de eerste keer dat in ijs bevroren bacteriën weer tot leven komen.
In een onderzoek uit 2005 hebben NASA-wetenschappers met succes bacteriën nieuw leven ingeblazen die gedurende 32.000 jaar in een bevroren vijver in Alaska vastzaten. Een microbe genaamd Carnobacterium pleistocenum is bevroren sinds het Pleistoceen, toen er nog wolharige mammoeten rondzwierven op aarde. Zodra het ijs smolt, begonnen ze weer te zwemmen alsof er niets was gebeurd.
Twee jaar later waren wetenschappers in staat om een 8 miljoen jaar oude bacterie nieuw leven in te blazen die in ijs onder een gletsjer in de Beacon- en Mullins-valleien op Antarctica had geslapen. In dezelfde studie werden bacteriën gewonnen uit ijs dat meer dan 100.000 jaar oud was.
Niet alle bacteriën kunnen echter weer tot leven komen nadat ze in permafrost zijn ingevroren. De miltvuurbacteriën kunnen dit doen omdat ze extreem winterharde sporen vormen die heel lang bevroren kunnen leven.
Andere bacteriën die sporen kunnen vormen en dus in permafrost kunnen overleven, zijn onder meer tetanus en Clostridium botulinum, dat verantwoordelijk is voor botulisme, een zeldzame ziekte die verlamming en de dood kan veroorzaken. Sommige schimmels kunnen ook lang in permafrost overleven.
Sommige virussen kunnen ook gedurende lange tijd overleven.
In een studie uit 2014 hebben wetenschappers onder leiding van Claveri twee virussen nieuw leven ingeblazen die 30.000 jaar lang in de permafrost van Siberië vastzaten. Bekend als Pithovirus sibericum en Mollivirus sibericum, worden ze beschouwd als "gigantische virussen" omdat ze, in tegenstelling tot de meeste virussen, zo groot zijn dat ze onder een normale microscoop kunnen worden gezien. Ze werden gevonden op een diepte van 30 meter in de kusttoendra.
Virussen werden onmiddellijk na de opwekking besmettelijk. Gelukkig voor ons infecteren deze specifieke virussen alleen eencellige amoeben. Onderzoek suggereert echter dat andere virussen die mensen kunnen infecteren, ook herboren kunnen worden.
Bovendien hoeft de opwarming van de aarde geen permafrost te smelten om een bedreiging te vormen. Naarmate het Arctische zee-ijs smelt, wordt de noordkust van Siberië gemakkelijker over zee te bereiken. Het is duidelijk dat de industriële ontwikkeling ervan winstgevender wordt, inclusief de winning van goud en mineralen, het boren van oliebronnen en de winning van aardgas.
"Momenteel zijn deze gebieden leeg en niemand raakt de diepe lagen permafrost aan", zegt Claverie. “Maar deze oude lagen kunnen worden verkregen tijdens graaf- en boorwerkzaamheden. Als daar nog levensvatbare virionen leven, wordt het een ramp."
Reuzenvirussen kunnen de meest waarschijnlijke boosdoeners zijn bij een virale uitbraak.
"De meeste virussen worden buiten de gastheercellen snel geïnactiveerd door licht, uitdroging of spontane biochemische afbraak", zegt Claverie. “Als hun DNA bijvoorbeeld beschadigd is en niet kan worden gerepareerd, zijn virussen niet langer besmettelijk. Van de bekende virussen zijn gigantische virussen echter meestal erg taai en persistent."
Claverie zegt dat virussen van de vroegste mensen die in het noordpoolgebied woonden, kunnen opduiken. We zouden zelfs virussen kunnen zien van lang uitgestorven mensachtige soorten zoals de Neanderthalers en Denisovans, die zich in Siberië vestigden en werden blootgesteld aan verschillende virale ziekten. In Rusland werden de overblijfselen gevonden van Neanderthalers van 30-40.000 jaar oud. Menselijke populaties hebben daar geleefd, zijn ziek geweest en zijn duizenden jaren gestorven.
"De mogelijkheid dat we het virus van een lang uitgestorven Neanderthaler zouden kunnen krijgen, suggereert dat het idee dat het virus van de planeet kan worden" uitgeroeid "verkeerd is en ons een vals gevoel van veiligheid geeft. Daarom moeten de vaccinvoorraden worden bewaard voor het geval dat."
Sinds 2014 analyseert Claverie de DNA-inhoud in permafrost op zoek naar de genetische signatuur van virussen en bacteriën die mensen kunnen infecteren. Hij vond veel bacteriën die gevaarlijk kunnen zijn voor mensen. Bacteriën hebben DNA dat codeert voor virulentiefactoren: moleculen die pathogene bacteriën en virussen produceren en die hun vermogen om een gastheer te infecteren vergroten.
Het team van Claverie ontdekte ook verschillende DNA-sequenties die afkomstig lijken te zijn van virussen, waaronder herpes. Maar er zijn nog geen sporen van pokken gevonden. Om voor de hand liggende redenen hebben ze niet geprobeerd om een van de ziekteverwekkers nieuw leven in te blazen.
Het kan best zijn dat ziekteverwekkers, waaraan mensen al niet gewend zijn geraakt, zich op andere plaatsen kunnen manifesteren, en niet alleen door ijs of permafrost.
In februari 2017 zeiden NASA-wetenschappers dat ze microben van 10-50.000 jaar oud hadden gevonden in kristallen in een Mexicaanse mijn. Deze bacteriën bevonden zich in de Cave of Crystals, onderdeel van een mijn in Naiza in het noorden van Mexico. De grot bevat veel melkwitte kristallen van het mineraal seleniet, dat zich gedurende honderdduizenden jaren heeft gevormd.
De bacteriën zaten vast in kleine, vloeibare kristallen zakjes, maar zodra ze eruit werden gehaald, herleefden ze en begonnen ze zich te vermenigvuldigen. Deze microben zijn genetisch uniek en misschien wel een nieuwe soort, maar wetenschappers hebben hun werk nog niet gepubliceerd.
Zelfs oudere bacteriën werden gevonden in de Lechugilla-grot in New Mexico, 300 meter onder de grond. Deze microben hebben de oppervlakte al meer dan 4 miljoen jaar niet gezien. De grot heeft nog nooit zonlicht gezien en is al 10.000 jaar geïsoleerd van het oppervlaktewater.
Desondanks bleken de bacteriën op de een of andere manier resistent te zijn tegen 18 soorten antibiotica, waaronder geneesmiddelen die werden beschouwd als de "laatste hindernis" in de strijd tegen infecties. In een studie die in december 2016 werd gepubliceerd, ontdekten wetenschappers dat de bacterie die bekend staat als Paenibacillus sp. LC231 waren resistent tegen 70% van de antibiotica.
Doordat de bacteriën vier miljoen jaar volledig geïsoleerd in de grot zaten, kwamen ze niet in contact met mensen of de antibiotica die we gebruiken om infecties te behandelen. Het blijkt dat hun resistentie tegen antibiotica op de een of andere manier anders leek.
Wetenschappers zijn van mening dat onder andere bacteriën die de mens niet schaden, natuurlijke antibioticaresistentie ontwikkelen. Dat wil zeggen, juist deze antibioticaresistentie bestaat al miljoenen of zelfs miljarden jaren.
Het is duidelijk dat een dergelijke antibioticaresistentie tijdens het gebruik van antibiotica in de kliniek niet kon ontstaan.
De reden hiervoor is dat veel soorten schimmels en zelfs andere bacteriën van nature antibiotica produceren om een concurrentievoordeel te behalen ten opzichte van andere microben. Zo ontdekte Fleming voor het eerst penicilline: de bacteriën in de petrischaal stierven nadat ze besmet waren met antibiotica-producerende schimmels.
In grotten waar voedsel schaars is, moeten organismen meedogenloos zijn als ze willen overleven. Bacteriën zoals Paenibacillus hebben mogelijk antibioticaresistentie moeten ontwikkelen om de dood door concurrerende organismen te voorkomen.
Dit verklaart waarom bacteriën alleen resistent zijn tegen natuurlijke antibiotica, die afkomstig zijn van bacteriën en schimmels, en ongeveer 99,9% uitmaken van alle antibiotica die we gebruiken. Bacteriën zijn nog nooit met kunstmatige antibiotica in aanraking gekomen, dus hebben ze er geen weerstand tegen.
"Ons werk en dat van anderen laten zien dat antibioticaresistentie niets nieuws is", zei microbioloog Hazel Barton van de Universiteit van Akron, Ohio, die het onderzoek leidde. “Onze organismen zijn gedurende 4-7 miljoen jaar geïsoleerd van soorten aan het oppervlak, maar de veerkracht die ze hebben is genetisch identiek aan die van soorten aan het oppervlak. Dit betekent dat deze genen minstens zo oud zijn en niet zijn verschenen omdat mensen antibiotica gingen gebruiken."
Hoewel Paenibacillis niet schadelijk is voor de mens, kan het in theorie zijn antibioticaresistentie overbrengen op andere pathogenen. Maar aangezien het geïsoleerd is onder 400 meter rots, lijkt dit onwaarschijnlijk.
Desalniettemin is de natuurlijke antibioticaresistentie tegen antibiotica waarschijnlijk zo wijdverbreid dat veel van de bacteriën die uit de smeltende permafrost komen, deze mogelijk al hebben. Ter ondersteuning hiervan hebben wetenschappers in een studie uit 2011 DNA geëxtraheerd uit bacteriën die zijn aangetroffen in 30.000 jaar oude permafrost in de Beringzee. Ze vonden genen die coderen voor resistentie tegen bètalactam, tetracycline en glycopeptide-antibiotica.
Is het de moeite waard om je zorgen te maken?
Aangenomen wordt dat het risico van het verschijnen van pathogene microben uit de permafrost inherent onkenbaar is, dus u hoeft zich geen zorgen te maken. In plaats daarvan moeten we ons concentreren op de meer expliciete bedreigingen van klimaatverandering. Naarmate de aarde opwarmt, kunnen bijvoorbeeld noordelijke landen vatbaarder worden voor uitbraken van "zuidelijke" ziekten zoals malaria, cholera en dengue, omdat hun pathogenen gedijen in de warmte.
Er is ook een mening dat we de risico's niet mogen negeren als we ze niet kunnen kwantificeren.
"Er is een grote kans dat pathogene microben opnieuw kunnen opduiken en ons infecteren", zegt Claverie. “Hoe waarschijnlijk dit is, is nog niet bekend, maar het is waarschijnlijk. Misschien zijn deze bacteriën te genezen met antibiotica, resistente bacteriën, een virus. Als de ziekteverwekker lange tijd niet in contact is geweest met mensen, zal het immuunsysteem er niet klaar voor zijn. Er is dus gevaar."
ILYA KHEL
