Welk DNA drijft er in de sloot?
Een schepje water door de DNA-scanner en voilà: je weet precies welke dieren en planten er in een slootje leven. Goed, zo simpel is het nu nog niet, maar volgens promovendus Kevin Beentjes (Instituut Biologie Leiden en Naturalis) kunnen we DNA-technieken nu al inzetten om de kwaliteit van zoetwater te monitoren. Voor zijn promotieonderzoek keek hij hoe we dit sneller en goedkoper kunnen doen. Promotie 8 april.
Met hoge kaplaarzen en een schepnet tussen de waterplanten: dat is hoe biologen nu nog bepalen welke diersoorten er in een sloot of plas leven. ‘De aan- of juist afwezigheid van bepaalde soorten zegt iets over de kwaliteit van het water,’ vertelt Beentjes. ‘Die bepalen we nu nog voornamelijk met de hand. Grote dieren tellen we ter plaatse, kleine beestjes verzamelen we om vervolgens één voor één te determineren onder de microscoop.’
Dat is intensief handwerk, en zo’n verzamelende bioloog schopt het leven in het slootje ook behoorlijk in de war. ‘Ook is de uitkomst afhankelijk van de bioloog die het monster beoordeelt’, voegt Beentjes toe. ‘Een kever-expert herkent wormen wat minder goed, en vice versa.’ De inzet van DNA-techniek kan dat allemaal veranderen.
DNA-barcodes en monstersmoothies om dieren te identificeren
Beentjes legt uit dat je DNA op twee manieren kunt inzetten om de waterkwaliteit te monitoren. ‘In beiden gevallen maken we gebruik van zogenaamde DNA-barcodes. Dat zijn korte stukjes DNA die specifiek zijn voor een bepaalde soort. Door middel van een enorme database kunnen we opzoeken welk dier bij welke barcode hoort.’
Als eerste kun je de DNA-barcodes gebruiken om de handmatig verzamelde dieren te identificeren. ‘We doen alle monsters in een blender,’ zegt Beentje. ‘Uit de smoothie die dan ontstaat, halen we het DNA en dat vergelijken we vervolgens met de referenties in de databank.’ Deze methode is vooral handig voor diersoorten die op het oog lastig van elkaar te onderscheiden zijn, zoals verschillende soorten dansmuggen of piepklein plankton. Voor sommige soorten, zoals slakken, is het DNA echter nog niet onderscheidend genoeg, andere groepen zijn nog slecht vertegenwoordigd in de databank. Voor deze groepen is DNA momenteel nog niet breed inzetbaar.
‘We vonden ongeveer evenveel soorten als op de traditionele manier, maar de uitkomsten overlapten elkaar niet volledig. We vonden dus gedeeltelijk verschillende soorten met de verschillende methodes. Ik denk daarom dat DNA identificatie de traditionele methode nog niet altijd direct kan vervangen, maar de methodes zouden elkaar wel mooi kunnen aanvullen.’
DNA-restjes in het water geven al een goed beeld
Het is nog mooier als je de verzamelstap helemaal kunt overslaan. Beentjes: ‘Elk organisme laat DNA-sporen achter, bijvoorbeeld door te vervellen, via uitwerpselen of tijdens de voortplanting. Dit noemen we environmental DNA, of eDNA.’ Door een watermonster te nemen en het eDNA eruit te filteren, kunnen de biologen met behulp van de DNA-barcodes bepalen welke diersoorten in dat water voorkomen. Ook dat gaat voor sommige diersoorten al aardig goed. ‘Met name voor de grotere diersoorten die veel DNA-restjes achterlaten, aldus Beentjes. ‘Maar een kever, omhuld met een hard pantser, verliest nauwelijks lichaamsmateriaal en is dus veel lastiger terug te vinden.’
DNA-waterscan in het Levend Lab
In samenwerking met het CML testte Beentjes de eDNA-techniek ook in de slootjes van het Levend Lab in Leiden. In dit buitenlaboratorium doen biologen onderzoek naar de effecten van schadelijke stoffen in een natuurlijke omgeving. ‘We onderzochten of eDNA geschikt is om de negatieve effecten van kunstmest en insecticiden te meten’, aldus Beentjes. ‘We zagen de negatieve effecten op het waterleven goed terug. Doordat we ook naar bacteriën en plankton keken, kregen we bovendien veel meer informatie dan wanneer we alleen de traditionele methodes gebruikt hadden.’
Hoe kunnen we DNA-technieken inzetten?
Al zijn de technieken nog niet perfect, toch denkt Beentjes dat we ze al goed kunnen inzetten. ‘Met DNA-scans kun je snel veel plekken monitoren. We kunnen ze gebruiken als quickscan, om een indicatie te krijgen van de plekken waar meer onderzoek nodig is. Ook kunnen we beter letten op dieren die we met de traditionele methode niet goed in beeld kunnen brengen, zoals plankton en micro-organismen (zie kader Levend Lab). Met eDNA kunnen we veel breder het ecosysteem inkijken!’