DOSSIER  
Aquarama 80 – juni 2018

Flowcytometrie: revolutie in de maak?

Aan Universiteit Gent wordt gewerkt aan een nieuwe aanpak om microbiële gemeenschappen in water op te volgen om zo de waterkwaliteit te garanderen. Dat opent tal van mogelijkheden. Daartoe behoren, onder meer, sneller werken en minder water spoelen bij onderhoud van drinkwaterleidingen, sneller de oorzaak van een vervuiling opsporen, automatische kwaliteitsopvolging van proceswater en biociden gerichter doseren.

CMET (Center for Microbial Ecology and Technology) is een onderdeel van Universiteit Gent. Twee van zijn stafleden zijn prof. dr. ir. Nico Boon en dr. ir. Frederiek-Maarten Kerckhof. Ongeveer vijf jaar geleden begonnen ze de mogelijkheden van flowcytometrie voor waterbedrijven te onderzoeken. Prof. Boon legt het principe uit van de technologie: “We brengen de bacteriën in een heel klein vloeistofstroompje, zodanig dat alle cellen één per één achter mekaar gepositioneerd zijn. Vervolgens laten we een laser door die vloeistofstroom gaan: die detecteert de individuele cellen. Zo kunnen we tellen hoeveel bacteriën aanwezig zijn en kunnen we ook eigenschappen voor elke individuele bacteriële cel bepalen. Bijvoorbeeld hoe groot de cel is, of het celmembraan intact is, hoeveel genetisch materiaal erin zit,... Aan de hand van dergelijke parameters bestuderen we de microbiële gemeenschap. Zo’n analyse vergt een paar minuutjes en het is een relatief goedkope methode eenmaal je het toestel hebt. Bovendien kunnen we daarmee alle bacteriën bepalen. Bij kweekbodems is dat maar 0,03% .”

Mineraalwater

Bij CMET is de technologie intussen getest op oppervlaktewater, leidingwater, gebotteld mineraalwater, proceswater,... Boon: “Met flowcytometrie kunnen we voor een watermonster een plot opmaken, waarbij elk punt een of andere bacterie voorstelt. We zien dan dus op die plot als het ware een wolk bacteriën. Toen we flowcytometrie toepasten bij verschillende types mineraalwater – Evian, Chaudfontaine, Spa en dergelijke – stelden we vast dat elk type water door een eigen plot, een eigen bacteriewolk wordt gekarakteriseerd.”

Frederiek-Maarten Kerckhof: “Hoe die er uitziet, hangt af van de microbiële gemeenschap in dat type water. We doopten die plot de cytometrische vingerafdruk. Evian heeft een eigen cytometrische vingerafdruk, Chaudfontaine ook, enz. Binnen een bepaald merk blijft die vrij constant. We kunnen die gebruiken als een soort identificatie.”

Leidingwater

Boon geeft een voorbeeld van een toepassing van flowcytometrie bij leidingwater. “Drinkwaterbedrijf Farys moet soms onderhoudswerken uitvoeren aan drinkwaterleidingen waarbij de procedure als volgt verloopt: een leiding wordt opengemaakt, na de werken wordt die opnieuw afgesloten, gedesinfecteerd, afgespoeld en dan spoelen ze typisch drie keer het volume water door de pijp. Daarna moeten ze controleren of de microbiologische kwaliteit van het water goed is. De wet stelt dat dit enkel mag via uitplatingen, waardoor je minstens 24 uur moet wachten voor het resultaat bekend is.”

Op een bepaald moment verrichtte Farys zo’n onderhoud in Brakel, waar het een leiding openmaakte van ongeveer een meter diameter en een lengte van 2,5 km. Volgens de standaardprocedure moest er ongeveer 14 uur worden gespoeld, waardoor het alles samen genomen gauw 60 uur zou duren voor de leiding opnieuw in gebruik kon worden genomen. Boon: “We zijn toen met onze flowcytometer ter plekke gegaan. We hebben daarmee het water onderzocht vlak vóór de werken. De resultaten daarvan gebruikten we als referentie. Na onderhoud en spoeling van de leiding onderzochten we opnieuw het water met de flowcytometer. Het was de bedoeling om te kijken of de referentie, genomen vóór de werken, hetzelfde opleverde als het water daarna. We konden dat op twee manieren.”

Een eerste manier is kijken naar de celconcentraties: “We hebben dat 10 uur opgevolgd – Farys spoelt standaard 14 uur. Zo stelden we vast dat na een tweetal uur spoelen de microbiële aantallen ongeveer genormaliseerd waren. We hebben Farys gevraagd na die 2 uur al een staal te nemen voor het traditionele onderzoek, dus met uitplating. Het bleek dat het water dan inderdaad al veilig was – overigens niet alleen microbiologisch, maar ook chemisch.”

De tweede manier is: kijken naar de flowcytometrische vingerafdruk. “We zagen dat die verandert tijdens het spoelen. Na 8 uur spoelen is die quasi gelijk aan de referentie die is genomen vóór het onderhoud.”

“Een analyse met flowcytometer vergt een paar minuutjes, en het is een relatief goedkope methode eenmaal je het toestel hebt. Bovendien kunnen we daarmee alle bacteriën bepalen.”

 

Op basis van hun ervaringen besluiten Boon en Kerckhof dat flowcytometrie goed en snel werkt: de analysetijd is 10 à 15 minuten, geven ze aan. De wet aanvaardt wel alleen uitplatingen als bewijs voor microbiologische kwaliteit. Misschien verandert dat in de toekomst, meldt Kerckhof: “In Zwitserland, bijvoorbeeld, laat de wet aan watermaatschappijen nu al de keuze tussen flowcytometrie of uitplatingen.” Waarschijnlijk zal flowcytometrie nooit volledig de uitplatingen kunnen vervangen, maar de techniek zou door de snelheid een nuttige ondersteuning kunnen bieden aan drinkwaterlabo’s, laten ze weten.

Maar ook zonder dat wettelijke kader heeft flowcytometrie voordelen, verzekert Boon: “De case in Brakel toont aan dat een bedrijf zoals Farys, als het testen laat uitvoeren met flowcytometrie en tot 80% van het water kan sparen. Want uit de testen bleek dat ze met 20% van het spoelwater al weer de oorspronkelijke waterkwaliteit hadden. Bovendien raakt de procedure zo fors ingekort: de tijd tussen de aanvang van de werken en het terug openstellen van het net kan sterk worden beperkt.”

Source tracing

“Wat je ook kan doen met flowcytometrie”, vervolgt Kerckhof, “is een snelle ‘source tracking’: door op verschillende referentiepunten stalen te nemen, kan je zien waar een contaminatie vandaan komt. Als er een vervuiling in de leiding is gekomen bijvoorbeeld.”

Kritische controlepunten

CMET werkt intussen voort aan de toepassing van flowcytometrie voor waterbedrijven. Bijvoorbeeld door de technologie gebruiksvriendelijker te maken en te automatiseren. Boon vermoedt dat bedrijven flowcytometrie zullen gebruiken in het kader van een soort HACCP. Dat staat voor ‘Hazard Analysis Critical Control Point’, of in het Nederlands, ‘gevarenanalyse en vaststelling van kritische controlepunten’. Het laat toe risico’s beter te beheersen. “In de chemische industrie bijvoorbeeld geldt niet hetzelfde wettelijke kader als bij drinkwaterbedrijven. Die wil gewoon weten of het water de goede kwaliteit heeft of niet. We kunnen nu op tal van plaatsen kijken wat de microbiële kwaliteit is en of dat de processen beïnvloedt of niet. En als we de kritische punten hebben geïdentificeerd, kunnen we daar online flowcytometers installeren. Dan gaan we automatisch stalen nemen en die doorsturen naar onze servers waar de data automatisch verwerkt worden. We zijn een programma op punt aan het zetten dat uiteindelijk meldt: dit is goede waterkwaliteit, het water heeft deze fingerprint en als die verandert, kunnen we er ook van uitgaan dat de kwaliteit van het water verandert. Ons idee is die software zo voort te ontwikkelen dat de operator per controlepunt een code te zien krijgt, bijvoorbeeld groen, oranje of rood.”

Koel- en watertorens

Andere toepassingen zijn in koel- en watertorens. Boon: “In koeltorens kunnen we die technologie gebruiken om bijvoorbeeld biociden te doseren. Wat vandaag gebeurt, is om de zoveel tijd – of zelfs continu – biociden doseren. Maar dat is eigenlijk niet zo verstandig. Met flowcytometrie is nu onder meer na te gaan hoeveel levende bacteriën er zijn en hoeveel allicht dood zijn, en op het moment dat het aantal levende te hoog wordt, gericht biociden doseren. Een toepassing kan ook in watertorens zijn. Daar wordt op dit moment bijvoorbeeld om de week een staal genomen. Maar als een uur na staalname een calamiteit optreedt, met plotse vervuiling? Op die manier kan je dus heel lang moeten wachten voor je een afwijkend resultaat ziet. Met een onlinetoestel zou dat sneller gaan.”

Door Koen Vandepopuliere