Snel en flexibel microbiële verontreinigingen kunnen aantonen. Dat is van groot belang voor het leveren van schoon en onberispelijk drinkwater. Voor het opsporen van ziekmakende micro-organismen veroveren hightech DNA-technieken, zoals Next Generation Sequencing (NGS), het laboratorium. Atsma omschrijft treffend hoe het vanuit de praktijk voelt om te worden geconfronteerd met steeds nieuwe platforms voor deze technieken. “Het is alsof we kijken in een glazen bol. Ik kan nog niet voorspellen welke techniek we uiteindelijk uitkiezen. Maar dit project heeft er in elk geval wel aan bijgedragen dat we de toegevoegde waarde van de Nanopore-methode hebben mogen ontdekken.”

TRACER

Met het project TRACER  is onderzocht in hoeverre de Oxford Nanopore MinlON-technologie geschikt is als alternatief voor klassieke kweekmethoden voor het monitoren van (bron)specifieke indicatoren van pathogenen in drinkwater. Microbioloog Bas van der Zaan van Deltares, onderzoekspartner van Vitens N.V. in dit project, legt uit. “Sequencingdata worden al veel gebruikt in onderzoeksprojecten, maar nog niet in de bedrijfsvoering van bijvoorbeeld drinkwaterbedrijven. Voor Deltares is het bijzonder interessant om mee te werken aan het verkennen van zulke toepassingen. Daarmee voegen we waarde toe aan onze kennis.” Op vier productielocaties van Vitens N.V. heeft Deltares met de Nanopore-methode in beeld gebracht welke micro-organismen in het oppervlaktewater, grondwater en geproduceerd drinkwater zitten. “Hieruit blijkt dat elk watertype een uniek profiel heeft”, vertelt Van der Zaan. “Daarmee kun je onder meer in beeld brengen of uitwisseling bestaat tussen oppervlaktewater en grondwater. Voor drinkwaterbedrijven helpt dit inzicht te krijgen in hydrologische processen, ondersteund met microbiologische kennis.” Atsma bevestigt het belang van dit resultaat: “In een vervolgonderzoek gaan we meer productielocaties op deze manier laten screenen. Hierin worden tevens variabelen zoals seizoenseffecten op de microbiologie geanalyseerd.”

Voor drinkwaterbedrijven helpt dit inzicht te krijgen in hydrologische processen, ondersteund met microbiologische kennis.

Geen heilige graal

Hoewel de Nanopore-methode een nauwkeurige manier is om in een watermonster de samenstelling van micro-organismen te achterhalen, is het zeker nog niet de heilige graal waar drinkwaterbedrijven naar zoeken. Van der Zaan: “Nanopore werkt met relatief grote DNA-fragmenten, waardoor je in groter detail de microbiële samenstelling van een watermonster kunt achterhalen. Toch tast je voor 20 tot 40 procent in het duister om wat voor micro-organisme het gaat. Van die soorten ontbreken nog de gegevens in de database die wereldwijd hiervoor wordt opgezet. Je kunt alleen maar aantonen dat ze er zijn, niet hoe ze heten of wat voor eigenschappen ze hebben.” De handzaamheid van het Nanopore-apparaatje spreekt praktijkman Atsma aan. “Het is een klein device dat je aansluit op je laptop, net als een USB-stick. En per analyse heb je maar weinig monsters nodig. Als je wilt kennismaken met NGS-technieken vind ik Nanopore een heel mooi platform.”

Toegevoegde waarde

Vooral bij soorten die in lage aantallen voorkomen, blijkt uit dit onderzoek de NGS onvoldoende te scoren. In deze gevallen zijn de klassieke kweekmethoden of PCR-methoden beter inzetbaar, vertelt Atsma. “In zekere zin is dit een tegenvaller. Aanvankelijk hadden we gehoopt dat deze technologie gevoelig genoeg was om fecale verontreinigingen op te sporen. Maar dat is niet zo, daarom denk ik nu dat het niet de dagelijkse praktijk zal worden. De toegevoegde waarde van Nanopore zie ik bijvoorbeeld wel wanneer we bij ingrepen in het proces van de drinkwaterproductie willen weten wat de gevolgen hiervan zijn voor de microbiologie. Nu haalt een operator wellicht zijn schouders op wanneer hij een klep omdraait. Maar wat voor impact heeft deze handeling op de microbiologische samenstelling, wanneer bijvoorbeeld een ander watertype door de leiding wordt gedistribueerd of wanneer wordt ingegrepen in de drinkwaterdistributie? Het inzetten van dit soort DNA-technologieën zou weleens het begin kunnen zijn van een ontwikkeling waarbij we het effect van operationele ingrepen beter kunnen volgen. Zo leren we ons drinkwater steeds beter kennen.”

Zo leren we ons drinkwater steeds beter kennen.

Enorme bulk aan data

Waarom met de Nanopore-methode in een watermonster met miljoenen bacteriën niet gericht naar één specifieke bacterie kan worden gezocht, kan Van der Zaan eenvoudig toelichten. “Dat komt omdat je ergens een ondergrens moet trekken in wat kan worden meegenomen in de analyse. Bij het sequencen genereer je zoveel data, dan loop je tegen problemen aan.” De grootste uitdaging in het uitrollen van deze techniek in de praktijk ligt dan ook in de biostatistiek, denkt de onderzoeker. De termen ‘dataopslag’, ‘rekenkracht’, ‘pipeline’ (serie van elementen voor gegevensverwerking) en ‘expertkennis’ worden door zowel Van der Zaan als Atsma genoemd. “In het uitwerken van ruwe sequencingdata zitten heel veel stappen, daar is specialistische kennis voor nodig”, zegt Van der Zaan. Atsma vult aan: “Met sequencing haal je een hele nieuwe technologie in huis. Hoe gaan we om met zo’n enorme bulk aan data? Die vraag wil Vitens samen met andere drinkwaterbedrijven oppakken, bijvoorbeeld door samen een database te maken. Ook werken we samen met commerciële partijen om dit werk voor ons te doen.”

Opsnuiven van kennis

Het werken binnen TKI-verband heeft zich voor het project TRACER onder meer uitbetaald in een open mindset, vindt Atsma. Samen grootse inzichten opdoen over het allerkleinste, daar draait het om. “Als we onverwachte resultaten tegenkwamen deden we hier niet geheimzinnig over. We bespraken alles met elkaar en we willen de opgedane kennis delen met andere drinkwaterbedrijven. Waar het nu om gaat is het ontwikkelen van goede cases waarin NGS methodes zoals Nanopore zouden kunnen worden ingezet. Voor de komende vijf jaar zie ik dat nog voor me in een experimentele vorm. Dan kunnen we de technieken goed leren kennen en de kennis die daarbij hoort opsnuiven.”