Zwemwater beschermen door blauwalgen op te sporen met DNA-technieken

Technologie

In Nederland wordt op basis van het Blauwalgenprotocol (2012) beoordeeld of de zwemwaterkwaliteit op een zwemwaterlocatie in relatie tot blauwalgen op orde is. In eerste instantie gebeurd dat op basis van visuele inspecties. Indien een water verdacht is worden er monsters genomen voor nadere analyse en als er blauwalgen aangetroffen worden volgt een regelmatige monstername en analyse. Een dergelijke analyse vindt dusver vooral plaats op basis van microscopische waarnemingen: een redelijk arbeidsintensieve en specialistische methodiek. Bij het project Genomics wordt gebruik gemaakt van methoden die het DNA van (micro)organismen gebruiken voor identificatie en detectie van de blauwalgen. Een methode die al sinds enkele jaren bij KWR in ontwikkeling is en waarmee op het gebied van snelheid, reproduceerbaarheid en kosten vooruitgang geboekt zou kunnen worden. Vanaf 2009 zijn er qPCR-methoden ontwikkeld voor de vier meest voorkomende geslachten die toxines kunnen produceren: Microcystis, Planktothrix, Anabaena en Aphanizomenon. De methoden maken gebruik van het gen voor fycocyanine (pigment) dat in alle blauwalgen aanwezig is, maar van soort tot soort verschilt.

Uitdaging

Dit TKI project is er nu op gericht de qPCR-methode op routine basis beschikbaar en toepasbaar te maken voor vier dominante cyanobacteriegeslachten, waarvan veronderstelt wordt dat ze het meest toxisch kunnen zijn. In dit project is samenwerking gezocht met Intertek Life Sciences (Geleen). Dit bedrijf voert sinds enkele jaren de zwemwatermonitoring uit voor RWS. In het Blauwalgenprotocol worden echter 5 geslachten genoemd waar de Nederlandse waterbeheerder alert op moet zijn. Het vijfde geslacht is Woronichinia, een geslacht dat vooral in stadswateren voorkomt maar daar een gevaar kan vormen voor huisdieren (met name honden). Voor dit geslacht was nog geen qPCR techniek voorhanden. In dit Genomics project is een qPCR ontwikkeld om ook cellen van dit geslacht op te kunnen sporen.

In het jaar 2013 heeft het lab van Intertek de qPCR methodiek met succes geïmplementeerd. Zowel met betrekking tot de keuze van hardware, inrichting van het lab als de te volgen protocollen heeft KWR een rol van betekenis gespeeld. Aansluitend de qPCR methodiek bij Intertek op ruim 300 monsters afkomstig van zwemwaterlocaties zoals die in beheer zijn bij RWS toegepast. De resultaten voor alle monsters hebben dit seizoen voldaan aan de prestatiekenmerken zoals rendement en snelheid van rapporteren. In vergelijking met eerdere jaren hebben de prestaties van Intertek een vergelijkbaar resultaat opgeleverd. In 2013 bleken microscopische tellingen van blauwalgen en qPCR-resultaten in 95% van de gevallen (293 van de in totaal 306 monsters) tot een gelijke inschatting van het gezondheidsrisico van zwemwater te leiden.

Het ontwikkelen van een methode voor Worinichinia was niet eenvoudig. Cellen van dit geslacht laten zich moeilijk kweken onder laboratorium omstandigheden en zijn niet aanwezig in openbare cultuurcollecties. Ook met betrekking tot het DNA ontbrak de nodige informatie. In 2013 verzamelde KWR watermonsters uit enkele stadwateren (zie hieronder), selecteerde circa 90 Woronichinia-kolonies (zie foto hieronder) en analyseerde het DNA van het fycocyaninegen. Met deze kennis was het mogelijk ook voor Woronichinia een qPCR-methode te ontwikkelen.
De ontwikkelde qPCR methodiek voor Woronichinia bleek robuust, er vonden geen kruisreacties plaats met andere cyanobacteriegeslachten. Bovendien bleken met behulp van de ontwikkelde primer/probe combinatie Woronichiniacellen op te sporen in watermonsters waarin die eveneens op basis van microscopie opgespoord waren.

Oplossing

Het project is januari 2014 afgerond met een succesvolle bijeenkomst waarin de wederzijdse resultaten gepresenteerd zijn. Intertek heeft de methode commercieel toepasbaar gemaakt en is daarmee beschikbaar voor een breder publiek. De qPCR methodiek werkt naar behoren. De bevindingen van dit TKI project zijn gepresenteerd  in een H2O publicatie  (Wullings et al., 15 april 2014).

Links: drijflaag in stadswater in Tilburg. Rechts: corresponderend microscopisch plaatje met ronde kolonies van Woronichinia cellen.

Naast de vier meest voorkomende potentieel toxische blauwalgen; Microcystis, Planktothrix, Anabaena en Aphanizomenon is er nu ook een qPCR methode beschikbaar voor het geslacht Woronichinia, dat veelvuldig in stadswateren en incidenteel ook in zwemwaterlocaties tot bloei komt. De resultaten van de veldstudies laten zien dat de DNA toolbox blauwalgen klaar is voor routinematige toepassing bij het monitoren van (potentieel) toxische blauwalgen in zwemwater. De methode inclusief alle standaarden en controles is zeer robuust en gebruiksvriendelijk. Intertek heeft aangetoond dat de methoden met goed resultaat op zeer korte termijn kunnen worden geïmplementeerd in het laboratorium. Een veldstudie van 306 zwemwatermonsters waarin zowel de DNA methoden als celtellingen zijn uitgevoerd laat zien dat het resultaat van de veldmonsters in 95,5% een gelijke risicobeoordeling oplevert.