In de zomer van 2020 vertelden wij over het TKI project Diatom Biosensor. Inmiddels zijn er door het projectteam mooie stappen gezet in de ontwikkelingen van de quickscan methode waarmee snel de ecologische kwaliteit van het oppervlakte water kan worden gemeten.

In totaal zijn er voor het TKI project dit jaar zo’n 150 monsters genomen, niet alleen door AQUON maar ook door Waterproef, Wetterskip Fryslân en Waterschap Limburg. Voor de monstername wordt het handboek hydrobiologie gevolgd. Materiaal wordt verzameld voor de traditionele morfologische analyse en voor de DNA analyse wordt een aparte pot met materiaal verzameld, geconserveerd in 96% ethanol.

Velddag Naturalis, KWR en AQUON

Ter voorbereiding op deze monsters zijn in maart medewerkers van Naturalis, KWR en AQUON op stap gegaan. Tijdens deze velddag zijn verschillende watertypes bemonsterd voor DNA-analyses. Deze velddag is georganiseerd om een aantal vragen te beantwoorden en uitgangspunten vast te stellen:

1. Hoe kan het materiaal, dat voor diatomeeënanalyses wordt verzameld, het beste op het lab (van Naturalis en KWR) worden behandeld voor DNA extractie?
2. Een eerste complete toepassing van de beoogde procedures, en zo ervaring opbouwen met een basisset van barcodes uit verschillende watertypen voordat de ‘echte’ monsters worden aangeleverd.
3. Een vergelijking maken tussen resultaten van DNA uit verzameld materiaal en DNA uit oppervlaktewater nabij  locaties waar materiaal wordt verzameld.

Binnen de TKI projectgroep is afgesproken om voor het project DNA-analyses uit te voeren op materiaal dat ook voor de traditionele analyse van diatomeeën wordt gebruikt. In het ideale geval is dit riet, maar soms bestaat het materiaal ook uit aangroeisel wat van een beschoeiing is afgeschraapt. Voor Naturalis en KWR is het de uitdaging om een modus te vinden om DNA analyses te kunnen uitvoeren op een efficiënte wijze met verschillende typen materiaal.  

Het materiaal dat tijdens deze velddag werd verzameld, geeft ook een eerste beeld van de diversiteit in DNA reads uit verschillende watertypen. En daarmee een eerste indruk wat uit het verdere onderzoek te verwachten is.

Overeenkomsten tussen traditionele en DNA-analyse van substraat monsters

Het onderzoek naar DNA uit oppervlaktewater en verzameld materiaal is om te zien of met de verschillende methoden wellicht vergelijkbare resultaten op de verschillende ecologische beoordelingssystemen worden behaald. Voor het TKI project is dit vooralsnog niet iets dat wordt meegenomen. Daar wordt met name gekeken naar de overeenkomsten tussen de traditionele analyse (microscopie) en de DNA-analyse van substraat monsters .

De komende maanden gaan we ons bezig houden met in de eerste plaats analyseren! Zowel bij AQUON (met de microscoop), als bij Naturalis, KWR en BaseClear (met DNA-extractie en analyse). Vervolgens zullen vergelijkingen worden gemaakt tussen soortenlijsten en DNA-reads en wordt gekeken naar wat dit zegt over de waterkwaliteit.

Naast dit proces zal er ook nog, onder leiding van AQUON, door de betrokken specialisten worden gekeken naar lange meetreeksen van diatomeeën die bij waterschappen beschikbaar zijn. Binnen deze meetreeksen wordt gekeken naar belangrijke veranderingen/verschuivingen in de diatomeeënsamenstelling en of die verandering te koppelen is aan een uitgevoerde maatregel door het waterschap of een extern effect. Zo kan beter worden bepaald wanneer een diatom sensor het beste kan worden ingezet.  Daarnaast wordt gekeken of DNA reads voldoende informatie opleveren om te kunnen koppelen aan historische data. Met andere woorden; ontstaat er een trendbreuk of niet wanneer er wordt overgegaan op DNA. Zodra een volgende update te geven is, zal dit door de TKI projectgroep worden gedaan.

Achtergrond informatie

Om de ecologische kwaliteit van Europese wateren op het gewenste niveau te krijgen en te houden moeten waterbeherende instanties uitgebreide monitoring- en maatregelpakketten implementeren. Daarmee kunnen ze voldoen aan de Europese vereisten die worden gesteld door de Habitatrichtlijn (Natura 2000) en met name de Kaderrichtlijn Water (KRW). Diatomeeën (algen) vormen daarbij een belangrijke groep van biologische indicator-organismen. Deze algen reageren snel op veranderingen in hun milieu en van veel soorten zijn milieu-indicatiewaarden bekend (zoals voor pH, stikstof en zuurstofhuishouding, trofie en saprobie). Ze geven daarmee een geïntegreerd beeld van milieucondities op een locatie over een periode van enkele weken tot maanden. In Europa vormen ze in 10 van de 28 landen onderdeel van een KRW index voor stilstaande wateren, en in 22 van de 28 landen worden ze in stromende wateren toegepast.

De ecologische indicatorwaarde van diatomeeën wordt internationaal erkend, echter zijn er wereldwijd steeds minder analisten die de algen trefzeker op naam kunnen brengen. Het opleiden van analisten is een zeer tijdrovend, intensief en duur proces. Daarnaast kennen de meeste traditionele hydrobiologische analyses (waaronder diatomeeën) een lange doorlooptijd, tot wel een jaar.

De Diatom DNA Biosensor – een slimme tool om geautomatiseerd diatomeeën te kunnen identificeren – moet hier verandering in brengen. Met het DNA Diatom Biosensor-project wordt een quickscan methode ontwikkeld om de ecologische kwaliteit van oppervlaktewater te meten. Deze methode zal helpen om de ecologische kwaliteit van Europese wateren op het gewenste niveau te krijgen en te houden. Want goed water is goed leven.

Partners
Dit project wordt mede gefinancierd uit de Toeslag voor Topconsortia voor Kennis en Innovatie (TKI's) van het ministerie van Economische Zaken (Topsector Water).. Partners in dit project zijn: KWR Water Research Institute, AQUON, BaseClear, Waterschap Brabantse Delta, Hoogheemraadschap van Delfland,  Waterschap De Dommel, Wetterskip Fryslân, Waterschap Hollandse Delta, Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier, Waterschap Limburg, Naturalis Biodiversity Center, Hoogheemraadschap van Rijnland, Hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard, Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden, Stowa en Stichting Waterproef. ​​​​​​​​​​​​​​