Kan een virus zichzelf de kop indrukken door 'te laat' te kopiëren?
Een virus dat zichzelf vermenigvuldigt, lijkt een race tegen de klok. Hoe sneller het kopieën van zichzelf maakt, hoe groter de kans dat het je lichaam overneemt. Maar wiskundig onderzoek laat iets verrassends zien: als die kopieermachine een klein beetje te laat op gang komt, kan dat de hele viruspopulatie laten uitsterven. Niet ondanks de vertraging, maar juist dankzij die vertraging.
Veel virussen, zoals griep of het coronavirus, gebruiken RNA als erfelijk materiaal. Om zich te vermenigvuldigen hebben ze een speciaal enzym nodig: het polymerase. Dat is een soort kopieermachine die het RNA van het virus namaakt, zodat er nieuwe virusdeeltjes ontstaan. Bij elke kopie kunnen kleine foutjes sluipen, mutaties genoemd. Zo ontstaat een wolk van net iets verschillende virusvarianten in één patiënt, ook wel een 'quasispecies' genoemd.
Onderzoekers bouwden een wiskundig model om te bestuderen wat er gebeurt als het polymerase niet meteen beschikbaar is, maar pas na een vertraging actief wordt. Dat is realistisch: na infectie van een cel duurt het even voordat het virus zijn kopieermachine heeft aangemaakt en klaar heeft staan voor gebruik.
Drie mogelijke uitkomsten
In het model bekeken de onderzoekers twee soorten virusgenomen: het 'oorspronkelijke' genoom (master) en gemuteerde varianten (mutanten), die allebei hun eigen werkende polymerase kunnen maken. Afhankelijk van de omstandigheden loopt zo'n infectie op drie manieren af. Het oorspronkelijke virus en zijn mutanten blijven naast elkaar bestaan. Of de mutanten nemen het helemaal over, terwijl het oorspronkelijke virus verdwijnt, dit heet een 'foutcatastrofe'. Of de hele viruspopulatie sterft volledig uit.
Het bijzondere is dit: de vertraging in het beschikbaar komen van het polymerase verandert niet welke evenwichten wiskundig mogelijk zijn. Wat de vertraging wél doet, is de "aantrekkingsgebieden" rond die evenwichten herschikken. Je kunt het vergelijken met een knikker op een hobbelig oppervlak: de kuiltjes waarin de knikker kan blijven liggen, veranderen niet van plaats, maar door de vertraging rolt de knikker vaker een kuiltje in dat tot uitsterven leidt, in plaats van in een kuiltje waar het virus blijft bestaan. De onderzoekers noemen dit mechanisme 'τ-tipping' (tau-tipping), naar de Griekse letter die voor vertraging staat.
Ook onderzochten ze een variant waarbij gemuteerde genomen geen eigen werkend polymerase kunnen maken en dus afhankelijk zijn van het polymerase van het oorspronkelijke virus, een vorm van samenwerking die complementatie heet. Ook in dat scenario dook hetzelfde uitstervingseffect op door vertraging. Dat maakt het mechanisme volgens de onderzoekers robuust: het werkt in verschillende soorten virusmodellen.
Wat betekent dit (nog) niet: dit is een wiskundig model, geen experiment met echte virussen of patiënten. De onderzoekers doen concrete voorstellen om het idee in het lab te testen, bijvoorbeeld door te kijken naar de timing van het polymerase en de afbraaksnelheid van viraal RNA. Of het mechanisme echt werkt in levende cellen, en of het bruikbaar is als basis voor nieuwe medicijnen, moet nog blijken.
Toch is de gedachte veelbelovend. Als je met een medicijn de aanmaak van het polymerase een beetje kunt vertragen, zou je in theorie een virus richting uitsterven kunnen duwen, zonder het enzym helemaal te blokkeren. Dat opent een andere manier van denken over antivirale middelen: niet harder remmen, maar slimmer timen.