Delftse onderzoekers brengen risico’s van ‘vrij DNA’ in kaart
Zonder dat we het doorhebben komen losse stukjes DNA via ons afvalwater in de
natuur terecht. Wat de impact van dit ‘vrije DNA’ is op het milieu en de
volksgezondheid, is nog onbekend. Onderzoekers van de TU Delft hebben nu een
manier gevonden om te achterhalen om hoeveel van dit mogelijk schadelijke DNA
het gaat. Ze ontwikkelden een methode om vrij DNA uit afvalwater te isoleren,
waardoor ze de grootte van het probleem in kaart kunnen brengen. De resultaten
van hun werk worden in februari 2021 officieel gepubliceerd in het
wetenschappelijke tijdschrift Water Research, maar zijn nu al online te
vinden.<https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116592>
[cid:image002.jpg@01D6D45F.DC3BB350]De biotechnologie is in opkomst. Met nieuwe
manieren voor genbewerking, zoals CRISPR-Cas9, is het aanpassen en produceren
van DNA extreem eenvoudig en laagdrempelig geworden. Onderzoekers kunnen
bacteriën tegenwoordig zelfs ombouwen tot ‘levende fabriekjes’ die nuttige
stoffen voor ons produceren, waaronder medicijnen. Helaas heeft dat niet alleen
voordelen. “DNA is de bron van het leven, maar het is ook een afvalbron”, zegt
TU Delft-onderzoeker David Weissbrodt. “Het gevaar bestaat dat genetisch
gemanipuleerd DNA via ons afvalwater, of op andere manieren, in de natuur
terechtkomt.”
Vrij DNA
We weten nog niet goed om hoeveel van dit ‘DNA-afval’ het gaat, en wat daarvan
precies de risico’s zijn. Vrij DNA (‘free-floating DNA’ in het Engels), dat
zowel natuurlijk als kunstmatig kan zijn, is mogelijk schadelijk voor de
volksgezondheid en de natuur. “Neem bijvoorbeeld genen die betrokken zijn bij
antibioticaresistentie”, zegt Weissbrodt. “We weten dat micro-organismen in
staat zijn om losse genen die ze tegenkomen op te nemen in hun genoom, al weten
we niet precies hoe. Op die manier zouden vrije genen die verantwoordelijk zijn
bij antibioticaresistentie dus weer in een levend organisme terecht kunnen
komen.” Doordat de genen het organisme een evolutionair voordeel geven, worden
ze doorgegeven aan het nageslacht, wat de opkomst van de zo gevreesde,
antibioticaresistente ‘superbacteriën’ versnelt.
De TU Delft is betrokken bij een groot
project<https://www.nwo.nl/projecten/15812-0> dat de gevaren van vrij DNA in
kaart brengt. Ook het RIVM en het Ministerie van Infrastructuur en Waterstaat
zijn daarbij aangesloten. Eerder al ontdekte de groep van David Weissbrodt dat
de huidige sterilisatiemethoden die gebruikt worden in bijvoorbeeld
wetenschappelijke laboratoria, ziekenhuizen en de industrie niet afdoende zijn
om DNA volledig te vernietigen. “Op dit moment wordt veel gebruik gemaakt van
magnetrons en autoclaven”, aldus David Calderón Franco, eveneens van de TU
Delft. “Bij die eerste sterilisatiemethode wordt biologisch materiaal verwarmd,
en bij de tweede wordt stoom onder hoge druk ingezet. Beide methoden doden
levende cellen, maar degraderen niet al het DNA dat in die cellen besloten zit.
Extracellulair DNA, DNA zonder cel dus, kan vervolgens in de natuur
terechtkomen.”
Beter begrip
De Delftse onderzoekers hebben nu een belangrijke stap gezet richting een beter
begrip van de impact van vrij DNA. Ze hebben een manier ontwikkeld om dit soort
DNA uit afvalwater te isoleren, om het daarna te kunnen analyseren. Daarbij
kunnen ze onderscheid maken tussen DNA dat in cellen zit, bijvoorbeeld in de
micro-organismen die voor de afvalwaterzuivering gebruikt worden, en vrij DNA.
“We gebruiken een aaneenschakeling van filtratie- en adsorptie-technieken om
extracellulair DNA uit afvalwater te isoleren en te zuiveren, en het van
bacteriën te scheiden,” legt Calderón Franco uit. “Op die manier kunnen we
bepalen welk gedeelte van het genetisch materiaal in afvalwater vrij DNA is.”
Het doel is om 2022 een goed beeld te hebben - niet alleen van de hoeveelheid
vrij DNA in ons afvalwater, maar ook van de aard van het DNA en de kans dat het
in micro-organismen in de natuur belandt. Om wat voor genen gaat het, en wat is
het gevaar daarvan? De in Delft ontwikkelde isolatiemethode en andere
technieken gaan een belangrijke rol spelen in de beantwoording van dat soort
vragen.
Op de schop
En dan? In het beste geval zijn de risico’s van vrij DNA beperkt, en hoeft er
weinig te veranderen. In het ergste geval moeten onze afvalwaterzuivering en de
bestaande sterilisatiemethoden op de schop, en moeten we oplossingen ontwerpen
om de risico's bij de bron in te dammen. David Weissbrodt en David Calderón
Franco sorteren daar alvast op voor. Ze werken bijvoorbeeld aan manieren om DNA
heel gericht uit afvalwater te vissen. Op die manier weten we straks niet
alleen hoe groot het probleem is, maar kunnen we er ook meteen iets aan doen.
***
Paper
‘Free-floating extracellular DNA: Systematic profiling of mobile genetic
elements and antibiotic resistance from
wastewater’<https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135420311271?via%3Dihub>
Contact
David Weissbrodt
+31 15 2781169
d.g.weissbrodt@xxxxxxxxxx<mailto:d.g.weissbrodt@xxxxxxxxxx>
Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)
06 42 71 72 27
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
U ontvangt dit bericht via de PWC-medialijst. U kunt zich afmelden via
http://platformwetenschapscommunicatie.nl/
Dit bericht is afkomstig van de TU Delft, Communication, Postbus 5, 2600 AA
Delft, www.tudelft.nl<http://www.tudelft.nl/>.