Het monitoren van rioolwater op ziekte-indicatoren zal aanzienlijk effectiever worden dankzij een nieuwe methode die is ontwikkeld door de Technische Universiteit Delft. Tot nu toe konden in afvalwater alleen DNA, RNA en geneesmiddelen worden geïdentificeerd. De de novo-metaproteomica-methode van hoofdonderzoeker dr. Martin Pabst en zijn promovenda Claudia Tugui maakt het nu ook mogelijk om een breed scala aan eiwitten te meten, variërend van bacteriën tot menselijke biomarkers voor ziekten. Deze gegevens vergroten het inzicht in de gezondheid van een bevolking aanzienlijk.
In een proof-of-concept-studie analyseerden biochemisch onderzoeker dr. Martin Pabst en zijn team afgelopen winter gedurende drie maanden rioolwatermonsters in Delft en Utrecht. De monsters werden genomen van het influent van de plaatselijke afvalwaterzuiveringsinstallaties. Het team detecteerde ongeveer 200 menselijke eiwitten in de monsters, waaronder eiwitten die verband houden met kanker, markers van door virussen veroorzaakte ontstekingen en antilichamen waarvan door anderen is aangetoond dat die buiten het lichaam blijven functioneren.
Pabst is universitair hoofddocent en hoofd van de Microbial Proteomics Group bij de afdeling Biotechnologie van de Technische Universiteit Delft. Proteomica bestudeert de eiwitten van organismen op het niveau van cellen of subcellulaire structuren. Momenteel wordt er grote vooruitgang geboekt bij de toepassing van proteomica op complexe rioolwatermonsters, vertelt Pabst. “Deze monsters bevatten vaak honderden tot duizenden verschillende micro-organismen, waaronder bacteriën. Elke organische cel produceert duizenden verschillende eiwitten die samen de cel organiseren. In bacteriën hebben deze eiwitten een beschermende en verdedigende werking, produceren ze energie en doen ze soms ook nuttige dingen zoals het afbreken van verontreinigingen. Naast de microben zitten er in afvalwater ook plantaardige eiwitten afkomstig van voedselafval en landbouwactiviteiten, én menselijke eiwitten die via badkamers en toiletten in het afvalwater terechtkomen.”
Massaspectrometer
Alles bij elkaar spreek je over miljoenen verschillende eiwitten. Hoe kun je daar gericht metingen naar doen? Eiwitten verschillen allemaal in hun aminozuursequentie en uiteindelijk in hun massa, legt Pabst uit. Aan de hand van hun massa op moleculair niveau zijn eiwitten te identificeren. Dit gebeurt met een massaspectrometer. Een uiterst nauwkeurig instrument dat de massa van moleculen meet. Pas sinds de afgelopen twintig jaar zijn massaspectrometers geavanceerd genoeg om ook te gebruiken voor zeer complexe eiwitmengsels. “Het vakgebied had nog een lange weg te gaan voordat we eiwitten op de juiste manier konden extraheren en verwerken zonder ze te beschadigen”, verklaart Pabst. Tijdens een meting worden de eiwitten geïoniseerd en vervolgens in een elektrisch veld geplaatst, waarin ze beginnen te bewegen. “Hoe zwaarder het eiwit, hoe langzamer het beweegt. Je meet in feite hoe snel een eiwit beweegt.” Dat is de eenvoudige uitleg, de techniek van het meten van eiwitten is wel wat ingewikkelder, licht de onderzoeker nader toe. “Eerst worden eiwitten geïsoleerd en afgebroken in proteolytische fragmenten, peptiden genoemd. Via nano-flowchromatografie worden de peptiden gescheiden en in een nano-ionisatiebron geïoniseerd. Eenmaal geïoniseerd gaan ze de massaspectrometer binnen en worden de massa´s gemeten. Dit levert de aminozuursequentie op en aan de hand daarvan kunnen we de verschillende eiwitten met zeer grote zekerheid identificeren.”
Je meet in feite hoe snel een eiwit beweegt.”
Heb je geen abonnement? Abonneer
