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.

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 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.