Genetic Diversity, Population Structure, and Intra-Host Variation of Mycobacterium avium subsp. hominissuis in Fattening Pigs

In de stille hoekjes van de natuurlijke wereld leven microscopische bacteriën in de grond, het water en het stof dat ons omringt. De meeste van deze organismen zijn onschadelijk, maar een enkeling kan problemen veroorzaken als ze hun weg vinden naar de lichamen van dieren of mensen. Eén dergelijke bacterie, bekend als Mycobacterium avium subspecies hominissuis, is een opportunistische pathogeen. Dit betekent dat deze meestal wacht op een kans om te infecteren, waarbij hij gedijt in omgevingen waar hij zich in varkens, mensen en af en toe andere dieren kan nestelen. Bij varkens verbergt deze infectie zich vaak zonder duidelijke ziekteverschijnselen te veroorzaken, totdat het dier naar een slachthuis wordt gestuurd, waar inspecteurs zoeken naar veelzeggende tekenen van ziekte in de lymfeklieren. Voor boeren betekent het vinden van deze tekenen verlies van geld, aangezien het vlees moet worden weggegooid. Voor de volksgezondheid is het begrijpen van hoe deze bacterie zich door de voedselketen beweegt cruciaal, vooral omdat deze tussen soorten kan springen. De grote vraag voor wetenschappers is altijd geweest: waar komen deze bacteriën vandaan, en hoe verspreiden ze zich door het complexe netwerk van varkenshouderijen?

Een team onderzoekers aan de Universiteit van Zürich besloot dit te beantwoorden door nauwkeurig te kijken naar de genetische opbouw van de bacteriën die in Zwitserse varkens worden gevonden. Ze verzamelden weefselmonsters van 120 varkens die tussen 2015 en 2022 waren geslacht. Deze dieren kwamen van 64 verschillende geboortebedrijven en 75 verschillende vetmestbedrijven uit 13 regio's van Zwitserland. De onderzoekers waren geïnteresseerd in varkens die granulomateuze laesies vertoonden, wat kleine, knolvormige bultjes in het weefsel zijn die vaak op een infectie wijzen. Ze namen monsters van verschillende delen van het lichaam, waaronder de lymfeklieren in de kaak en de buik, evenals de lever, de longen en zelfs spierweefsel. Hun doel was niet alleen om de aanwezigheid van de bacteriën te bevestigen, maar om de genetische diversiteit van de gevonden stammen in kaart te brengen, in feite een stamboom maken om te zien hoe nauw de bacteriën aan elkaar verwant zijn.

Om dit te doen, gebruikten de wetenschappers een methode genaamd variable-number tandem repeat typing. Stel je de bacteriële DNA voor als een lange reeks codes. Op bepaalde plaatsen langs deze reeks herhalen de bacteriën een specifieke reeks letters steeds opnieuw. Het aantal keren dat deze sequenties zich herhalen, kan variëren van de ene bacterie naar de andere, wat werkt als een unieke vingerafdruk. Door deze herhalingen op vijftien verschillende locaties te tellen en ook een specifiek gen genaamd hsp65 te lezen, konden de onderzoekers verschillende stammen met hoge precisie onderscheiden. Ze ontdekten dat er, van de 342 bacteriële monsters die ze succesvol in het lab konden kweken, 84 verschillende genetische typen waren. Dit onthulde een populatie die ongelooflijk divers is, gevuld met vele zeldzame varianten die slechts één of twee keer voorkomen, naast een handvol dominante stammen die steeds weer opduiken.

De studie bracht een verrassend niveau van complexiteit aan het licht in de manier waarop deze infecties zich verspreiden. Bij bijna de helft van de varkens, 56 van de 117, was sprake van een infectie met twee of meer verschillende stammen van de bacteriën tegelijkertijd. In sommige gevallen droeg een enkel dier tot wel zes verschillende stammen. Dit suggereert dat varkens niet alleen één bacterie vangen en deze bij zich houden; ze worden blootgesteld aan een constante stroom van verschillende bacteriële varianten uit hun omgeving. De onderzoekers ontdekten dat deze gemengde infecties niet alleen veel voorkomend waren bij verschillende dieren, maar zelfs binnen hetzelfde dier. Ze ontdekten dat dezelfde stam in meerdere organen kon worden gevonden, wat wijst op een wijdverspreide infectie, maar ze vonden ook dat verschillende stammen in hetzelfde weefsel samenbestonden. Dit patroon wijst sterk op het idee dat varkens herhaaldelijk worden blootgesteld aan de bacteriën uit de bodem, het water of de strooisel op hun boerderijen, in plaats van dat ze een enkele infectie van een ander varken krijgen en dit als een kettingreactie verspreiden.

Toen het team keek naar de geografie van de uitbraak, ontdekten ze dat de meest voorkomende stammen niet aan één specifieke regio gebonden waren. In plaats daarvan werden dezelfde dominante stammen gevonden op boerderijen verspreid over verschillende kantons en jaren. Hoewel boerderijen die dichter bij elkaar lagen iets vaker dezelfde stammen deelden, was het verschil niet significant genoeg om te bewijzen dat afstand de belangrijkste factor was. De bacteriën leken overal te zijn, bewegend door het sterk verbonden systeem van de Zwitserse varkenshouderij. De onderzoekers vergeleken hun bevindingen ook met gegevens van vee en mensen in andere landen. Ze ontdekten dat exact dezelfde bacteriële stammen die in Zwitserse varkens werden gevonden, ook aanwezig waren bij vee in Zwitserland en bij mensen in Nederland en Japan. Deze gedeelde genetische identiteit versterkt het concept van "One Health", dat erkent dat de gezondheid van dieren, mensen en het milieu diep met elkaar verbonden zijn.

Een van de meest opvallende bevindingen was dat de bacteriën niet beperkt waren tot de lymfeklieren waar ziekte gewoonlijk wordt opgemerkt. De onderzoekers slaagden erin de bacteriën te kweken uit vijf spiermonsters die er met het blote oog perfect gezond uitzagen. In elk van deze gevallen werden de bacteriën ook gevonden in andere organen zoals de lever of de longen. Dit bevestigt dat de infectie zich kan verspreiden naar eetbaar spierweefsel, zelfs wanneer er geen zichtbare tekenen van ziekte zijn. Hoewel deze studie niet bewijst dat het eten van dit vlees ziekte bij mensen veroorzaakt, benadrukt het een potentieel pad voor blootstelling dat vleesinspecteurs mogelijk missen. De studie merkte ook op dat hoewel er andere soorten bacteriën werden gevonden, de overgrote meerderheid van de laesies werd veroorzaakt door deze specifieke Mycobacterium-stam, wat haar rol als de primaire boosdoener in deze gevallen bevestigt.

De onderzoekers concludeerden dat de populatie van deze bacterie in Zwitserse varkens wordt gedreven door herhaalde blootstelling aan de omgeving. De hoge genetische diversiteit, de aanwezigheid van vele zeldzame stammen en de frequente vermenging van verschillende stammen binnen een enkel dier wijzen er allemaal op dat varkens de bacteriën uit hun omgeving oppikken gedurende hun leven. De enkele dominante stammen die overal verschijnen, suggereren dat sommige varianten bijzonder goed zijn in het overleven en zich te verspreiden door het landbouwsysteem, maar dat ze worden omringd door een zee van unieke, lokale varianten. Deze studie geeft een duidelijker beeld van hoe deze bacteriën bewegen, en laat zien dat ze niet slechts een eenvoudige keten van infectie van het ene varken naar het andere zijn, maar een complex web van omgevingsblootstelling dat boerderijen, dieren en potentieel mensen over de hele wereld raakt. Door deze diversiteit te begrijpen, kunnen wetenschappers en boeren deze onzichtbare dreigingen beter volgen en strategieën ontwikkelen om de voedselvoorziening veilig te houden.