Hydrogenomica

Genomica-technieken ontwikkelen zich in rap tempo in de gezondheidswetenschappen, de bio- en milieuwetenschappen en de forensische wetenschappen. Deze technieken bieden zeer interessante nieuwe perspectieven voor de watersector: snelle opsporing van ziekteverwekkers, bepaling van de relatie tussen opportunistische ziekteverwekkers in water en patiënten, en meer inzicht in microbiële gemeenschappen en hun functie in waterbehandelingsprocessen, bodems en biofilms. Deze technieken kunnen ook worden gebruikt om bronnen en het lot van specifieke resistentiegenen te onderzoeken, voor nieuwe tools om de werkzaamheid van behandelingsprocessen te monitoren en voor bewaking van de waterkwaliteit en biodiversiteit. KWR ontwikkelt DNA-technieken voor deze doeleinden, ondersteunt de toepassing en evalueert de toegevoegde waarde voor een effectief en efficiënt beheer van de waterkwaliteit.

Toepassing van genomica-methoden om diep in het microbioom te kijken.

Snelgroeiend wetenschapsgebied

KWR ontwikkelt al twintig jaar genomica-tools voor water (hydrogenomica). Door de snelheid, specificiteit en veelzijdigheid van genomica-methoden en de snelle ontwikkelingen worden de toepassingen steeds beter en innovatiever. DNA-technieken zijn sneller, specifieker en gevoeliger dan traditionele methoden en bieden de mogelijkheid om de samenstelling, functie en activiteit van complexe biologische gemeenschappen in watersystemen te onderzoeken. De methode van polymerase chain reaction (PCR) wordt nu algemeen toegepast in de moleculaire biologie. Wij hebben kwantitatieve PCR (qPCR)-methoden ontwikkeld voor een snelle en specifieke opsporing van opportunistische bacteriële ziekteverwekkers (zoals Legionella). En ook voor de opsporing van virussen, schimmels, cyanobacteriën en protozoën, E. coli en enterococci, markers voor specifieke verontreinigingsbronnen, antibiotica-resistentiegenen en voor specifieke functionele groepen zoals ijzeroxiderende bacteriën. De toepassing van deze technieken in de watersector heeft een snellere beoordeling mogelijk gemaakt van de drinkwaterkwaliteit (bijvoorbeeld E.coli RT-PCR), waternetwerken, koeltorens, afvalwatersystemen (bijvoorbeeld Legionella pneumophila qPCR) en zwemwater (enterococci qPCR, microbiële bronmarker qPCR’s). Onze ervaring met hydrogenomica omvat nu ook eDNA van macrofauna en vissen om de biodiversiteit vast te stellen ter ondersteuning van NATURA2000.

Recente ontwikkelingen in

worden nu vertaald in toepassingen voor water. Deze zorgen voor een beter begrip van de microbiële gemeenschap en processen in waterbehandeling en biofilms in leidingnetwerken, integriteit van grondwateronttrekkingssystemen en membraanfilterinstallaties, en microbiële afbraak van verontreinigingen en antibiotica-resistentiegenen in water.

KWR heeft qPCR-methoden ontwikkeld voor het opsporen en kwantificeren van giftige blauwalgen in zwemwater. Verder bieden wij de ecologische kennis die nodig is om overlast van blauwalgen te voorkomen.

Kennis en toepassing van metagenomica voor water

Metagenomica is de studie van genetisch materiaal uit milieumonsters. KWR beschikt over genomica-kennis die relevant is voor de watersector en de land- en tuinbouw. De ontwikkeling van genomica-technieken en de interpretatie van de resultaten zijn ingebed in onze kennis over microbiële veiligheid (link), biologische activiteit (link) en nieuwe verontreinigende stoffen (link). Voorbeelden zijn:

• Snelle en kwantitatieve detectie
  Toepassing van Quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR) voor snelle en selectieve uitvoering van detectie van een groot aantal (opportunistische) ziekteverwekkers en bacteriën, virussen, schimmels en cyanobacteriën.
• Begrip van de dynamiek en werking van bacterie- en schimmelpopulaties
  Toepassing van Next Generation Sequencing voor het verkrijgen van inzicht in samenstelling en biochemische eigenschappen van bacterie- en schimmelpopulaties, bijvoorbeeld voor optimalisatie van zuiveringsprocessen of voor beschrijving van bacteriepopulaties in kassenwater.
• Opsporen van nieuwe micro-organismen en hun eigenschappen
  Aantonen van virussen, bacteriën, schimmels en protozoën waarvoor ‘traditionele’ (kweek)methoden niet volstaan. Detectie van antibiotica-resistentiegenen en genen die betrokken zijn bij afbraak van verontreinigingen.
• Risicobeoordeling zwemwater
  Tijdige signalering van verhoogde niveaus van blauwalgen en zwemwaterparameters (E. coli, intestinale enterococci), inclusief opsporen van besmettingsbronnen en risicoanalyse voor mens en dier. Herkennen en kwantificeren van toxische stoffen als gevolg van blauwalgen, inclusief advies over voorkómen van overlast.
• Milieu-DNA (eDNA)
  Analyse van DNA uit sporen van macrofauna en vissen in water (huidcellen, slijm, uitwerpselen) om de biodiversiteit vast te stellen ter ondersteuning van NATURA2000.

Voorbereiding van monsters voor RT-PCR-analyse van E/coli in drinkwater.

Nieuwe kansen om efficiënt waterbeheer te ondersteunen

Hydrogenomica is door zijn veelzijdigheid breed inzetbaar: de identificatie varieert van specifieke microbiële ziekteverwekkers tot de macrofauna in het waterecosysteem. De recente invoering van Next Generation Sequencing opent vele nieuwe wegen voor onderzoek naar een beter begrip van de microbiële gemeenschappen en hun activiteit in watersystemen. Dit kan de basis vormen voor een verbeterde controle van deze gemeenschappen, van onderdrukking van de groei van ongewenste organismen of de overdracht van resistentigenen tot ondersteuning van de groei van microbiële gemeenschappen die verontreinigingen kunnen afbreken.