eDNA en eMetabolomics: moleculaire foto’s van het onderwaterleven.

Nederland is een waterland. Schoon oppervlaktewater is belangrijk voor de natuur, landbouw en voedsel‐ en drinkwaterproductie en het is daarom zeer belangrijk om verstoringen ervan goed te kunnen meten en begrijpen. Hoe eerder een verstoring van het aquatisch ecosysteem gemeten kan worden, hoe beter de mogelijkheden zijn voor waterbeheerders om het effect ervan te beperken door maatregelen te nemen.
In dit project combineert het lectoraat Metabolomics van Hogeschool Leiden eMetabolomics en eDNA, zodat we ‘moleculaire foto’s’ van het onderwaterleven kunnen maken die een schat aan informatie bevatten. Met behulp van deze informatie kunnen we 1) de effecten van verstoringen eerder opsporen 2) de verstoringen beter begrijpen 3) aanknopingspunten identificeren om de verstoringen tegen te gaan. Hiertoe hebben we een consortium samengesteld waarin kennis op het wetenschappelijk gebied van analytische chemie, milieukunde, ecologie en biodiversiteit, bedrijven die actief zijn in deze werkvelden en potentiele eindgebruikers zijn samengebracht. Aan de hand van twee relevante casussen zullen wij eMetabolomics en eDNA technieken ontwikkelen en toepassen. De eerste casus is een relevante biologische verstoring door een invasieve exoot: de rode Amerikaanse rivierkreeft (Procambarus clarkii). De tweede casus een relevante chemische verstoring door het veel gebruikte insecticide thiacloprid.
Het onderzoek zal gebruik maken van de laatste nieuwe technieken op het gebied van eMetabolomics en eDNA. Met deze technieken zullen rivierkreeften in detail worden onderzocht in, onder andere, aquaria. Daarnaast zal een belangrijk deel van het onderzoek plaatsvinden in het Levend Lab, een unieke proefopstelling van het Centrum voor Milieukunde van Universiteit Leiden dat bestaat uit 36 slootjes waarin de invloed van thiacloprid op het aquatisch ecosysteem zal worden onderzocht.
De samenstelling van het consortium, de state‐of‐the‐art technologie die wordt toegepast én de setting waarin het onderzoek wordt uitgevoerd maken het project zeer aantrekkelijk voor zowel studenten als docenten, waardoor doorwerking in het onderwijs gegarandeerd is.

Eindrapportage

Het doel van dit project was om een methodiek te ontwikkelen waarmee we verstoringen in oppervlaktewater eerder kunnen detecteren dan met gangbare monitoring. Deze methodiek bestaat uit een combinatie van twee technieken; eMetabolomics (meten van stofwisselingsproducten in oppervlaktewater) en eDNA (environmental DNA); meten van DNA-moleculen in oppervlaktewater).
Deze technieken hebben we toegepast op twee cases rondom verstoring van het aquatisch ecosysteem: rode Amerikaanse rivierkreeften en het insecticide thiacloprid. Hiervoor zijn twee grote experimenten uitgevoerd in aquaria en in de slootjes van het Levend Lab.
Belangrijkste resultaten:

1) Er zijn met de in dit project ontwikkelde omics-technieken belangrijke inzichten verkregen in de effecten van de invasieve rode Amerikaanse rivierkreeft op het aquatisch ecosysteem. Deze heeft een aantoonbaar effect op de aanwezigheid van bepaalde soorten waterplanten; op de rest van het ecosysteem (bacteriën, algen, diatomeeën, insecten) niet. In een overbemeste situatie lijken rivierkreeften, boven op het effect van meststoffen, een additief effect te hebben op de aanwezigheid van bepaalde bacteriën en diatomeeën. De nutriëntenverontreiniging afzonderlijk (door overbemesting) veroorzaakte grote verschuivingen in de samenstelling van macrofytenbiomassa, bacteriën, diatomeeën en fytoplanktongemeenschappen. Hierbij vergeleken waren de effecten van de rode Amerikaanse rivierkreeft marginaal waardoor het onwaarschijnlijk is dat het een belangrijke aanjager van biodiversiteit op korte tot middellange termijn is, wat verder onderzoek rechtvaardigt. Er is een wetenschappelijk artikel ingediend bij het tijdschrift Environmental Science & Technology met de titel ‘Invasive crayfish: drivers or hitchhikers of degradation in freshwater ecosystems?’
2) Er zijn nieuwe eMetabolomics meetmethoden ontwikkeld die het mogelijk maken om verstoring van het aquatisch ecosysteem te monitoren. De meetmethodes zijn gebaseerd op chromatografische technieken met geavanceerde (massaspectrometrische) detectietechnieken en stellen ons in staat metabolieten (stofwisselingsproducten) zoals biogene amines, aminozuren en vetzuren te identificeren en kwantificeren in water. We hebben metabolieten gemeten in aquarium- en slootwater. Verkennende data-analyses van de aquariummonsters zijn veelbelovend; er zijn verschillen in metabolietpatronen zichtbaar tussen de monsters.

De verkregen inzichten, ontwikkelde methodes en versterkte samenwerkingsverband hebben geleid tot twee nieuwe gesubsidieerde onderzoeksprojecten waarin wij verstoringen van oppervlaktewater en bodem.