Hoe en hoe snel verplaatst een bacterie of chemische stof zich in grond- of oppervlaktewater? Daar probeert hydroloog Thom Bogaard achter te komen met zijn onderzoeksproject watertagging, waarvoor hij zogeheten tracers ontwikkelt met een stukje synthetisch DNA. “Het is een stuk veiliger dan werken met echte verontreinigingen.”

Deeltjes met een streepjescode, maar zo klein dat je ze zelfs met een microscoop niet kunt zien. Zo omschrijft Bogaard de tracers waar hij samen met zijn collega Jan Willem Foppen, drie PhD-studenten en een postdoc de afgelopen 2,5 jaar aan heeft gewerkt. De gecodeerde nanodeeltjes bootsen echte stoffen, bacteriën of virussen na om beter inzicht te krijgen in de verspreiding van een verontreiniging in grond- of oppervlaktewater. Maar zo ieniemienie als de tracers zelf zijn, zo groot is de waarde die ze volgens Bogaard kunnen hebben voor de waterwereld.

Testen filtertechnieken drinkwater

De tracers kunnen bijvoorbeeld worden ingezet bij het verbeteren van filtertechnieken in de drinkwatersector, zegt Bogaard. “Om die te testen gebruiken drinkwaterbedrijven nu vaak echte verontreinigingen, zoals chemische stoffen of de E. colibacterie. Maar dan weet je niet of je na de filtering precies hetzelfde deeltje hebt als dat je er hebt ingestopt. Dat kan namelijk ook een ouder deeltje zijn of ergens anders vandaan komen.”

Veiliger en efficiënter

De tracers worden zo gemaakt dat ze dezelfde eigenschappen hebben als de stoffen die je wilt testen of onderzoeken. Testen met kunstmatig DNA is volgens Bogaard een stuk veiliger dan werken met echte verontreinigingen. “Daarbij bestaat namelijk het gevaar dat een stof of bacterie in het echte milieu belandt, en dat wil je natuurlijk niet. Ook is kunstmatig DNA efficiënter, omdat je honderden deeltjes kunt maken met een unieke barcode en dus veel meer testen en experimenten kunt uitvoeren.”

Achterhalen bron van vervuiling

Daarnaast kun je herleiden hoe verontreinigingen in grond- of oppervlaktewater, zoals chemische stoffen of restanten van bestrijdingsmiddelen, zich verplaatsen. Bogaard: “Door op verschillende plekken tracers neer te leggen en daarna watermonsters te nemen op specifieke plekken, kun je de oorsprong van een verontreiniging detecteren en bepalen hoe lang die erover doet. Stel: je stopt op plek a, b, c, d, en e deeltjes met een unieke DNA-code in het water. Wanneer je vervolgens in de monsters alleen deeltjes aantreft die op plek c in het water zijn gestopt, weet je dat de verontreiniging van plek c afkomstig is. Dat zou op een akker kunnen, maar ook in stedelijk gebied, waar je de verontreiniging van een lekkende auto kunt simuleren.”  

Beschermlaagje DNA

Om te zorgen dat het DNA niet kapotgaat in het water, moeten de deeltjes worden ‘ingepakt’ met een beschermlaagje: siliciumdioxide, ofwel ‘zand’. Bogaard: “Als hydroloog wil ik precies weten hoeveel deeltjes ik in het water stop en hoeveel ik eruit haal. Vind ik alles terug of blijft er een gedeelte achter? En hoe lang doen de deeltjes over de verplaatsing? Dat is een geweldige en spannende uitdaging.” 

Ontwikkeling tracers

Bogaard benadrukt dat synthetisch DNA niks te maken heeft met genetisch materiaal. “We hoeven dus niet bang te zijn dat er ineens nieuwe wezens ontstaan als de deeltjes in het milieu belanden. Kunstmatig DNA wordt ook gebruikt door winkels, in de vorm van spray. Daarmee kan een winkelier aantonen dat mensen die iets gestolen hebben ook daadwerkelijk in de winkel zijn geweest. Één DNA-deeltje van die specifieke winkel op een T-shirt is daarbij al genoeg bewijs.”

Terugvinden tracers

Om te weten of de tracers ook daadwerkelijk in het water zitten en in welke hoeveelheid, moeten ze na de bemonstering uit de monsters worden uitgefilterd. Dat is volgens Bogaard nog een behoorlijke opgave. “Door de geringe omvang van de deeltjes duurt het even voordat we ze uit het water hebben gehaald. Daarvoor gebruiken we twee methoden: een magneet voor de deeltjes met de ijzeren kern en een centrifuge voor de deeltjes die geheel uit siliciumdioxide bestaan. Dat laatste was nog een flinke uitdaging. Volgens de eerste onderzoeken zou 20.000 G genoeg moeten zijn om de deeltjes uit het water te krijgen, maar het lukte uiteindelijk pas goed bij 60.000 G.” 

Revolutionaire ontwikkeling

Volgens Bogaard is de ontwikkeling van de tracers ‘revolutionair’. “De waterwereld krijgt toegang tot een techniek die ze eerder niet hadden of minder nauwkeurig en veilig waren. De wetenschap en praktijk gaan hier heel veel aan hebben. Eigenlijk beginnen we nu pas met het ontdekken van alle mogelijkheden. We gaan de tracers de komende tijd op verschillende plekken in de praktijk testen, onder meer in rivieren, landbouwgebied en de stedelijke omgeving.”

Gepubliceerd: januari 2020