Antonella Fioravanti was vastbesloten om het onverwoestbaar gewaande pantser van de miltvuurbacterie te breken. Haar collega’s gaven haar weinig kans, maar vorig jaar speelde ze het toch klaar.
Bij antrax of miltvuur denken we vandaag veeleer aan anonieme brieven met verdacht wit poeder. Meestal gaat het om laffe bangmakerij. Maar in de nasleep van 9/11 vielen in de VS meerdere doden door échte antraxbrieven. Sindsdien zijn politie- en andere veiligheidsdiensten op hun hoede.
‘Op een congres werd mijn plan weggewuifd. ‘Good luck’, kreeg ik te horen’
Het grote gevaar van antrax als bioterreurwapen is dat het weinig moeite kost om het in te zetten, en dat het zo effectief is. Als het goedje wordt ingeademd, belandt het snel in de bloedbaan. Griepachtige symptomen gaan algauw over in interne en externe bloedingen. Al na enkele dagen kan een besmetting tot dodelijke sepsis leiden.
Tegen antrax bestaan wel enkele middelen, maar die zijn weinig effectief. Bacillus anthracis is dan ook een bijzonder hardnekkige bacterie. Bovendien kan ze jaren en zelfs eeuwen overleven. Dat doet ze door sporen te vormen en in slaapstand te wachten totdat de omstandigheden weer optimaal zijn (vochtig, warm en voedingsrijk). De ziekte is dan ook van alle tijden, en ook vandaag komt ze nog wereldwijd voor, zowel bij dieren als mensen. Antrax kan zelfs het voortbestaan bedreigen van sommige diersoorten in het wild.
Ondoordringbaar pantser
Een veilig vaccin is er nog niet. En dat zal er ook niet snel komen. ‘Het dierenvaccin dat Louis Pasteur eind jaren 1800 ontwikkelde, werd bereid door bacillen kapot te koken’, vertelt Antonella Fioravanti, moleculair bioloog aan het centrum voor structurele biologie van de VUB-VIB. ‘Maar omdat de bacteriën in slaapstand gaan, lukt het nooit ze allemaal te inactiveren. Als je een kudde schapen inent, worden er zeker een paar dieren ziek. En dus is het vaccin ook niet geschikt voor mensen.’Kan de bacterie dan niet rechtstreeks aangepakt worden, bijvoorbeeld met krachtige antibiotica? Die bestaan, maar zoals gezegd zijn ze weinig effectief. Het probleem is dat de antraxbacterie omhuld is met een uitermate sterk pantser. Ze heeft een harnas van eiwitten dat niet alleen antibiotica weerstaat, maar ook het immuunsysteem in de luren legt.
‘Dat harnas is een zogenoemde S-laag’, zegt Fioravanti. ‘Het werd al in de jaren 1950 ontdekt, maar daarna liep het onderzoek op het eiwitpantser vast. Pas begin deze eeuw konden wetenschappers er een gedetailleerde microscopische kaart van maken. Daarop was te zien hoe de eiwitten zich automatisch aan elkaar linken en een soort gel vormen. Die gel bleek daarna zowat ongevoelig voor alle biochemische ingrepen, waardoor het onderzoek stopte.’
Pas nadat iedereen het had opgegeven, begon Fioravanti zich voor de antraxbacterie te interesseren. Nochtans kwam de 36-jarige Italiaanse moleculair bioloog uit een ander vakgebied. ‘Ik ben gepromoveerd op de celcyclus van bacteriën, wat meer genetisch dan medisch onderzoek inhield.’ Maar de link met pathogenen, en met belangrijke dreigingen zoals de opkomst van multiresistente bacteriën, die was er wel.
In 2014 klopte ze aan bij de VUB-VIB-onderzoeksgroep van Han Remaut, die in Etterbeek het lab voor structurele en moleculaire microbiologie leidt. Ze legde er zich toe op het onderzoek naar S-lagen. Deze eiwitten aan het oppervlak van bacteriën werden al langer gezien als interessante doelwitten in de zoektocht naar nieuwe antibiotica. Een van de bekendste (en beruchtste) bacteriën met een S-laag is Bacillus anthracis. En zo trad Fioravanti toe tot een uiterst select groepje van antraxonderzoekers. ‘De voorbije jaren zijn heel wat civiele onderzoekslabs gesloten. Het antraxonderzoek zit nu bijna uitsluitend in het militaire sfeertje.’ Grootmachten als de VS en Rusland hebben antraxlabs, en ook in Noord-Korea zou er een zijn. Daaraan wilde Fioravanti niet meewerken: haar onderzoek moet bijdragen aan de publieke gezondheid, vindt ze.
Fioravanti begon met het vastleggen van de eiwitstructuur van het harnas, onder andere met x-stralenkristallografie. Pas nadat dat voor elkaar was, kon ze op zoek naar methodes om het af te breken. Niet dat daar veel hoop voor was in 2016, toen ze haar eerste antraxconferentie bezocht in Florida. ‘Toen ik daar vertelde wat ik van plan was, geloofden weinigen erin of dat zou kunnen lukken. ‘Good luck’, lachten ze.’
Jubelstemming
Maar de congresgangers wisten niet dat Fioravanti dankzij de samenwerking met het VIB over een bijzonder wapen beschikte: nanolichaampjes. Dat zijn kleine antilichaamfragmenten uit het bloed van kameelachtigen. ‘We ontdekten dat we onze nanobodies zo konden afstellen dat ze zich gingen binden aan de S-laag-eiwitten. En meer nog: dat we de eiwitaanmaak konden blokkeren.’
In het lab van Fioravanti heerste bijna een jaar geleden dan ook een jubelstemming toen nanolichaampjes de S-laag van buitenaf bleken te kunnen vernietigen. Gevolg: het hele harnas viel uit elkaar, en daarmee ook de antraxbacterie. ‘De S-laag is een soort exoskelet voor de bacterie. Zonder dat skelet kan ze niet verder leven. En dus hadden we ook geen ander middel nodig om het klusje af te maken.’
In ijltempo zette ze in de onderzoeksgroep van Mohamed Lamkanfi een test op met besmette muizen. De resultaten waren duidelijk: Fioravanti en haar collega’s aan de UGent-VIB hadden een onvervalste silver bullet gevonden. Alle muizen genazen. ‘Pasteur zou zo trots op me geweest zijn’, vertelt ze nu glunderend.
In juli werd het huzarenstukje breedvoerig uitgesmeerd in het toonaangevende tijdschrift Nature Microbiology. Momenteel zet Fioravanti de behandeling met nanobodies verder op punt. En ze kijkt ook naar andere pathogenen die over een vergelijkbaar harnas beschikken, waaronder ook enkele ziekenhuisbacteriën. Uiteindelijk kan haar onderzoek leiden tot een nieuwe behandeling voor infecties met dit soort multiresistente bacteriën.
Antonella Fioravanti (1983) studeerde medische biotechnologie aan de universiteit van Firenze. In 2014 promoveerde ze aan de universiteit van Lille op genetische factoren die de celdeling bij bacteriën beïnvloeden. Sindsdien werkt ze als postdoc aan het centrum voor structurele biologie van de Vrije Universiteit Brussel en het Vlaams Instituut voor Biotechnologie, waar ze het onderzoek leidt naar zogenoemde S-lagen. Dat zijn stevige eiwitpantsers die ziektekiemen gebruiken om zich te beschermen tegen de buitenwereld.
