Beruchte schimmel Aspergillus fumigatus gooit zijn genoom al na één keer seks volledig door elkaar

Tegelijkertijd maakt dit het lastig de bron van een infectie met een resistente schimmel te achterhalen. De baanbrekende bevindingen van het WUR-onderzoek zijn gepubliceerd in een artikel in PLoS Biology, waar ook wetenschappers van Imperial College Londen en de Universiteit van Nottingham aan meeschreven.

Aspergillus fumigatus komt van nature overal voor. Sterker nog: we ademen sporen van deze schimmel dagelijks in. Gezonde mensen worden hier niet ziek van. Maar voor ernstig zieke patiënten kan het wel gevaarlijk zijn, vertelt Eveline Snelders, assistant professor bij het Laboratory of Genetics. “Het is bijvoorbeeld een risico voor mensen die op de IC liggen, chemotherapie krijgen of een orgaantransplantatie hebben ondergaan. Daarom wordt een door Aspergillus fumigatus veroorzaakte infectie behandeld met medische azolen, een schimmelremmende stof. Probleem is dat de schimmel hier steeds vaker resistent tegen is. Wat bij patiënten kan resulteren in overlijden.”

Hotspots voor ontstaan resistentie

Een van de oorzaken van het resistentiemechanisme van de schimmel is vermoedelijk het veelvuldig gebruik van azolen in de landbouw, zegt Snelders. “Agrariërs en tuinders zetten azolen weliswaar niet in tegen Aspergillus fumigatus, maar wel tegen andere schimmels. Door blootstelling aan azolen heeft Aspergillus fumigatus een resistentiemechanisme ontwikkeld. Vooral afvalhopen, waar de schimmel van nature goed gedijt, zijn hotspots voor resistentieselectie. En dat werkt dus door tot in ziekenhuizen. Zelfs patiënten die nog nooit medicatie met een azool hebben gehad, kunnen al een azoolresistente schimmel bij zich dragen.”

Herkomst lastig te achterhalen

Wanneer een patiënt is geïnfecteerd met een azolen-resistente Aspergillusfumigatus is het volgens Snelders lastig te achterhalen waar de schimmel precies vandaan komt. “In een nieuwe studie kijken we naar geïnfecteerde patiënten in twee verschillende ziekenhuizen in Nederland en de aanwezigheid van de schimmel op een landbouwbedrijf in Noord-Holland. Logischerwijs zou je verwachten dat de isolaten (schimmelkolonie, red.) in het ziekenhuis op korte afstand genetisch veel meer verwant zouden zijn aan die bij het bedrijf in Noord-Holland. Dat ligt immers veel dichterbij. Maar dat blijkt niet zo te zijn.”

Hoogste aantal overkruisingen ooit

In beide ziekenhuizen zijn isolaten aanwezig met zowel heel veel genetische verschillen als overeenkomsten met die van de schimmel bij het landbouwbedrijf. De oorzaak hiervan ligt mogelijk bij de seksuele voortplanting van de schimmel, waar Snelders en haar medeonderzoekers naar keken in het onderzoek dat in PLoS Biology wordt gepubliceerd. “Hierbij focusten we ons op het aantal overkruisingen per chromosoom. Bij mensen zijn dat er gemiddeld drie tot vier. Hierdoor blijven combinaties van genen van een van beide ouders sterk gekoppeld. Maar bij Aspergillus fumigatus ontdekten we tot wel dertig overkruisingen. Dat is het hoogste aantal dat ooit is aangetroffen in een organisme.”

Volledige reshuffeling na één keer seks

Dat betekent dat bij één seksuele voortplanting een ‘volledige reshuffeling’ van het genoom – de genetische samenstelling van het organisme – plaatsvindt. Snelders: “Dat veroorzaakt een enorme variatie in de populatie, zelfs binnen een relatief beperkte omgeving. Hierdoor is de transmissieroute van een besmetting, vanuit de omgeving naar een patiënt, heel lastig te achterhalen. Naast seksuele voortplanting kan de schimmel zich ook efficiënt aseksueel voorplanten. Je kunt dus tegelijkertijd de schimmel met identieke genomen aantreffen bij isolaten op plekken duizenden kilometers verderop. Dat maakt het begrijpen van de transmissie van deze schimmel heel uitdagend.”

Samenkomst van twee mutaties

De bevindingen leren de onderzoekers meer over het ontstaan en de efficiënte verspreiding van het resistentiemechanisme bestaande uit twee mutaties in hetzelfde gen, zegt Snelders. “We dachten altijd dat seks hier geen belangrijke rol bij kon spelen, omdat bij reguliere meiose (celdeling, red.) die twee resistentie mutaties niet kunnen samenkomen. Dat komt doordat de mutaties van het gen op een chromosoom heel kort op elkaar zitten. Maar we weten nu dus dat een organisme – in dit geval Aspergillus fumigatus – dankzij het hoge aantal overkruisingen wel degelijk binnen één seksuele deling dit resistentiemechanisme kan doorgeven.”

Burgeronderzoek naar verspreiding in Nederland

Om nog beter te begrijpen hoe de verspreiding van de schimmel plaatsvindt, starten onderzoekers van de WUR dit najaar een citizen science-project: Schimmelradar. Snelders: “Met behulp van burgers gaan we een maand lang door heel Nederland de schimmel samplen met een plastic insectenval. Hierin zit een plakstrip waar de schimmel aan blijft kleven. Deelnemers sturen de strips terug naar ons, waarna we de schimmel in ons lab gaan opkweken. Zo kunnen we zien of er gebieden zijn waar Aspergillus fumigatus vaker of minder vaak voorkomt en welk percentage van de schimmel beschikt over het resistentiemechanisme.”