Vakblad H2O nummer 12 / juni 2007 - H2O - Tijdschrift voor ...

Kiwa gaat waterkwaliteit
Maas meten met genetisch
gemodificeerde E. coli
Op een monitoringsstation in de Maas bij Werkendam begint Kiwa Water
Research binnenkort een proef met genetisch gemodificeerde bacteriën,
die licht produceren als ze in aanraking komen met specifieke, voor de mens
toxische stoffen. Kiwa ontwikkelt de nieuwe sensor voor bewaking van de
oppervlaktewaterkwaliteit. De sensor kan worden ingezet als waarschuwingssysteem
op de monitoringsstations bij inlaatpunten van oppervlaktewater voor
drinkwaterproductie. De zogeheten GGM-sensor heeft het voordeel dat hij
semi-continu, sneller en specifieker is dan de huidige meetmethoden voor deze
toxiciteit.
Het Ministerie van VROM wil Kiwa
Water Research vergunning
verlenen om de komende jaren
een test te houden met de sensor op basis van
genetisch gemodificeerde micro-organismen
(GGM) op het meetstation Keizersveer van
Evides en RIZA en in een later stadium
misschien ook op het monitoringsstation bij
het waterwinstation Cornelis Biemond aan het
Lekkanaal in Utrecht (in samenwerking met
Waternet).
Evides onttrekt jaarlijks ongeveer 190 miljoen
kubieke meter Maaswater voor de productie
van drinkwater. Het drinkwaterbedrijf
bewaakt continu de Maaswaterkwaliteit met
onder andere een Daphnia- en algenmonitor.
Het zou voor het eerst zijn dat in Europa, met
zijn strenge regels voor genetisch gemodificeerde
micro-organismen, toestemming
wordt verleend voor een dergelijke
veldproef. Daarbij komen overigens geen
genetisch gemodificeerde bacteriën in
het milieu; de vergunning is nodig om
de bacteriën te mogen gebruiken in een
opstelling op de locatie van de monitoringsstations
en dus buiten een goedgekeurd
GGM-laboratorium.
Specifieker en sneller
Toxicoloog Minne Heringa van Kiwa Water
Research is betrokken bij de ontwikkeling
van de GGM-sensor, waarbij dr. Robert Marks
van de Israëlische Ben-Gurion Universiteit
het voortouw heeft. “De GGM-sensor zou
een prachtige aanvulling zijn op het huidige
arsenaal van monitoringsystemen. Onze
chemische monitoren zijn heel gevoelig,
maar detecteren alleen stoffen waarnaar
je specifiek zoekt en missen dus potentieel
toxische stoffen waar je niet specifiek naar
zoekt of die misschien nog onbekend zijn. De
ecologische monitoren die we momenteel
gebruiken, zijn gebaseerd op de reacties
van organismen als mosselen, algen of
watervlooien op het langsstromende
water. Deze meetmethoden werken goed
voor het detecteren van het totale effect
van aanwezige stoffen als herbiciden of
zware metalen, maar missen een duidelijke
relevantie voor de mens: ze detecteren niet
alle stoffen die schadelijk zijn voor de mens.
Grote behoefte bestaat aan sensoren die alle
voor de mens schadelijke stoffen kunnen
4 H 2O / 12 - 2007
Glasvezels waarop genetisch gemodificeerde
bacteriën worden vastgezet.
detecteren. GGM-sensoren hebben die
potentie. De genetisch gemodificeerde
E. coli-bacteriën bevatten een gen dat
gevoelig is voor schade die (ook) in
menselijke cellen kan ontstaan en reageren
daardoor op stoffen die gevaarlijk zijn voor
de mens.”
Daarnaast meet een GGM-sensor snel: de
uitslag komt binnen één à twee uur. De nu
beschikbare in vitro-testen voor humane
toxiciteit hebben een paar dagen nodig
voor het resultaat bekend is. Bovendien
geeft een dergelijk in vitro- test alleen maar
informatie over de waterkwaliteit op één
tijdstip in het verleden; een GGM-sensor kan
semi-continu de waterkwaliteit bepalen,
bijvoorbeeld elke twee uur. Een vraag is nog
of deze GGM-sensor gevoelig genoeg is om
relevante vervuiling te detecteren. Daarnaar
wordt onderzoek verricht tijdens de proef in
de Maas.
Gebonden aan glasvezels
De proefopstelling voor het sensorenonderzoek
is simpel maar vernuftig. De
genetisch gemodificeerde bacteriën worden
vastgezet op glasvezels, die zijn opgehangen
in een ‘kamer’ die een paar milliliter groot
is. De bacteriën blijven dus steeds in de
meetopstelling. Een fotodetector meet
hoeveel licht de bacteriën uitzenden. De
blootstellingskamer zal via de ringleiding
in het monitoringsstation om het half uur
opnieuw worden gevuld met langsstromend
water uit de rivier. Het water dat de blootstellingskamer
verlaat, wordt voor de zekerheid
gesteriliseerd voor het in het riool stroomt.
Dit om te voorkomen dat eventuele van de
vezel losgeraakte genetisch gemodificeerde
bacteriën in het milieu komen.
Daar zouden ze overigens nauwelijks kwaad
kunnen: het gaat om een verzwakte E.
coli-stam die niet meer in staat is om zich te
hechten aan de darmwand, zijn natuurlijke
omgeving. Deze bacterie heeft dus in zijn
oude natuurlijke omgeving nauwelijks
overlevingskansen, net als in een waterig
milieu. Ook de genetische modificatie brengt
geen extra risico’s met zich mee, met name
omdat het genen betreft die al in het milieu
voorkomen en niet schadelijk zijn.
Genetische aanpassing
De E. coli-bacteriën zijn voorzien van extra
DNA dat de bacteriecel in staat stelt eiwitten
aan te maken die kunnen zorgen voor de
productie van blauw licht (luminescentie).
Vóór de DNA-codering voor de aanmaak van
deze eiwitten is een promotor aangebracht,
die zorgt dat de eiwitten pas worden geproduceerd
als er voor de mens schadelijke
stoffen voorkomen in het milieu van de
bacterie. Bijvoorbeeld: als een genotoxische
stof aan het DNA van de bacterie hecht,
merken de controlerende enzymen dit op
en activeren zij normaal gesproken het
gen voor DNA-reparatie - en in dit geval
het gen voor de productie van licht. Hoe
meer toxinen er zijn, des te meer er van de
eiwitten wordt geproduceerd. Met verschillende
promotoren kunnen de bacteriën
worden geprogrammeerd om op verschillende
toxinen te reageren. Heringa: “Dit
biedt op termijn ook de mogelijkheid om
een batterij van glasvezels met verschillende
stammen van gemodificeerde bacteriën te
gebruiken en allerlei verschillende soorten
effecten tegelijk te meten. Bovendien kun
je deze sensor gemakkelijk koppelen aan
andere soorten sensoren, zodat een soort
‘supersensor’ ontstaat.”