In NemoKennislink van 30/01/2020 verscheen een artikel van Welmoed van Zuiden: ‘Cholerabacteriën zijn schadelijk, mango’s niet’. Het betreft een interview met theoretisch bioloog Rob de Boer over het belang van bioinformatica. Ben je geïnteresseerd in het volledige artikel, lees het dan even na op https://www.nemokennislink.nl/publicaties/cholerabacterien-zijn-schadelijk-mango-s-niet/ . Hieronder hernemen we een stukje uit het artikel, omdat daarin mooi de werking van ons immuunsysteem uitgelegd wordt. Wanneer we spreken over een allergische reactie, dan maakt ons immuunsysteem een inschattingsfout. Daarop komen we verder in dit artikel terug.
“Waarom gaat jouw immuunsysteem wel de strijd aan met een ernstige bacterie en niet met iets onbekends dat je voor het eerst eet? Om dat goed te onderzoeken, is veel rekenwerk nodig. De bioinformatica maakt het mogelijk om naar dit soort processen in het lichaam te kijken. Hierbij wordt niet alleen kennis uit de biologie gebruikt, maar ook uit de informatica, wiskunde en statistiek. In deze serie belichten we drie onderzoekers die op verschillende manieren werkzaam zijn binnen de bioinformatica. Ditmaal Rob de Boer. Hij is hoogleraar theoretische biologie en zet meerdere vormen van bioinformatica in om de werking van het immuunsysteem te bestuderen.
Waarom
gebruikt u bioinformatica om naar het immuunsysteem te kijken?
“Je immuunsysteem is een complex systeem dat op dagelijkse basis moet beslissen
of het gaat reageren op nieuwe deeltjes die jij binnenkrijgt. Ik noem dit
altijd het ‘mango-probleem’. Stel, ik ga op vakantie naar India en eet voor het
eerst in mijn leven een mango. In mijn darmen zit nu een nieuw mango-eiwit.
Gelukkig besluit mijn immuunsysteem niet te reageren en kan ik morgen weer een
mango eten. Maar stel nou dat er een cholerabacterie op die mango zit, dan
beslist mijn immuunsysteem om wél op die bacterie te reageren. Dit komt omdat
verschillende cellen van het immuunsysteem met elkaar gepraat moeten hebben,
voordat er een reactie op gang komt.”
Hoe
werkt dit?
“Sommige cellen, zoals macrofagen, herkennen de cholerabacterie als een
ziekteverwekker omdat deze een bepaald patroon aan de buitenkant heeft die de
macrofaag kan binden. De macrofagen geven deze informatie door aan een ander
soort cellen, de lymfocyten, die alleen een specifiek cholera eiwit hebben
herkend. Lymfocyten moeten van de macrofagen horen dat dat vreemde eiwit van
een bacterie komt. Als ze dit gehoord hebben, verandert hun gedrag op zo’n
manier dat ze stoffen maken tegen de bacterie waardoor deze opgeruimd wordt.
Als ik dan volgende week weer een cholerabacterie tegenkom, heb ik een heleboel
lymfocyten in mijn bloed die dat eiwit kunnen herkennen en die óók weten dat
het een bacterie is. Ze kunnen dan een specifieke reactie maken op die bacterie
en zo ben ik immuun voor cholera.”
“Het mango-eiwit kwam van een mango, en die wordt door de macrofagen niet
herkend als een ziekteverwekker. De lymfocyten zien dan wel een vreemd eiwit,
maar krijgen geen signalen van de macrofagen en starten dus geen reactie tegen
dat eiwit. Het immuunsysteem leert en reageert dus op zijn omgeving doordat er
informatiestromen binnen het immuunsysteem lopen. Dit is op zichzelf al een
bioinformatische kijk op het immuunsysteem en past bij de oorspronkelijke
definitie van het woord. Om dit soort informatiestromen duidelijk te maken,
hebben we een model gemaakt.””
Hoe gaat ons lichaam om met
lichaamsvreemde stoffen?
Hierboven
wordt zeer duidelijk omschreven wat er op microniveau gebeurt in ons lichaam
met een lichaamsvreemde stof, zoals een cholerabacterie: In eerste instantie:
bij een eerste contact, is er communicatie tussen macrofagen en lymfocyten.
Deze lymfocyten kunnen na een eerste contact met de macrofagen allemaal een
cholerabacterie herkennen. Bij een tweede contact herkennen ook de lymfocyten
de cholerabacterie en gelijk welke lymfocyt die ermee in contact komt, zal
actie ondernemen om de cholerabacterie op te ruimen. Uitwendig hoeven we niks
te merken van een dergelijke inwendige actie. Ons lichaam is immers 24/24 bezig
met het onschadelijk maken van ongewenste indringers. Wanneer grote
hoeveelheden indringers in één keer onschadelijk gemaakt moeten worden, dan kan
het zijn dat we hier uitwendig wel iets van merken. Denk maar aan een pijnlijke
arm na een inenting of koorts op het moment dat we volop trachten een bacterie
of virus te bestrijden. Het hele idee van inentingen is trouwens op dit
principe gebaseerd: door het lichaam kennis te laten maken met een indringer,
is ons lichaam klaar om deze indringer aan te vallen wanneer we daarmee om
gelijk welk later moment in contact komen.
Waar zit de link met een allergie?
Een
allergische reactie is een reactie van
ons lichaam op een onschuldige lichaamsvreemde stof, bv. mango-eiwit. Mango
is fruit en dus een gezond voedingsmiddel dat door de meesten onder ons goed
verdragen wordt. Toch bestaan er ook personen die allergisch zijn aan mango.
Het kan hier mogelijk gaan om personen die niet via de gewone weg (= het
maag-darmkanaal) voor het eerst met mango in contact gekomen zijn, maar via een
andere weg, zoals na contact met mango via een beschadigde huid, waardoor het
als schadelijk aanzien wordt, maar het kan net zo goed gaan over personen die
wel via de normale weg in contact gekomen zijn met mango, maar waarbij ons immuunsysteem een inschattingsfout
gemaakt heeft.
Bij een allergische reactie zijn het niet de lymfocyten, maar de mestcellen (ook wel mastcellen of
mastocyten genoemd) die betrokken
zijn bij de reactie. Mestcellen zijn, net als lymfocyten, eveneens cellen die
deel uitmaken van ons immuunsysteem, maar daar waar lymfocyten de
lichaamsvreemde stoffen zelf gaan opruimen, zullen mestcellen histamine vrijgeven, om zo een
ontstekingsreactie op gang te brengen. Als onderdeel van die ontstekingsreactie
zullen andere cellen aangetrokken worden om de schadelijke cellen op te ruimen.
Concreet: bij een eerste contact met een allergeen gebeurt er uitwendig niets.
Inwendig worden er IgE-antistoffen
gevormd (in dit voorbeeld IgE-antistoffen tegen mango-eiwit) die zich
binden aan de mestcellen. Bij een volgend
contact met het antigeen (= mango-eiwit), zal dit antigeen herkend worden door de IgE-antistoffen, die aan het
antigeen binden en er op die manier voor zorgen dat er histamine vrijgezet wordt uit de mestcel. Zoals gezegd, gaat deze
histamine zorgen voor een ontstekingsreactie, door o.a. een verhoogde
doorlaatbaarheid van de cellen, warmte en zwelling. Bij een allergie spreken we
doorgaans niet van een ontsteking, maar van een allergische reactie, die zeer veel gelijkenissen vertoont met deze
ontstekingsreactie. Mestcellen bevinden zich immers langs de buitenkant van ons
lichaam, ofwel ter hoogte van de huid, neus, keel, ogen, luchtwegen en
maag-darmkanaal. Zwelling ter hoogte van de luchtwegen zorgt voor
ademhalingsproblemen, verhoogde doorlaatbaarheid ter hoogte van het
maag-darmkanaal zorgt voor maag-darmklachten, een ontsteking ter hoogte van de
huid leidt tot een eczematische, rode en jeukende huid en warmte zorgt voor uitzetting
van de bloedvaten, wat kan leiden tot hoofdklachten en klachten op het niveau
van hart- en bloedvaten in het algemeen.
Een
eenvoudig foutje bij de herkenning van lichaamsvreemde stoffen leidt dus
verkeerdelijk tot de activatie van ons immuunsysteem, met alle gevolgen
vandien.
