Bacteriën kunnen ons behoorlijk ziek maken. Daarom worden voedselproducten soms ‘teruggeroepen’ uit de supermarkt. Hoe kunnen we voedselbesmettingen verminderen of voorkomen? De onderzoeksgroep Microbial Genomics van Hogeschool Leiden, onder leiding van lector Astrid Heikema, doet er onderzoek naar en identificeert door middel van DNA-analyses besmettingsbronnen in voedsel. Zo is het mogelijk om effectief in te grijpen en ziekten en voedselverspilling tegen te gaan. Heikema vertelt erover in dit artikel.
Wat je leest in dit artikel
Vers voedsel, zoals vlees, vis, fruit en groente, bevat van nature bacteriën. Sommige daarvan kunnen ons ziek maken. Maar hoe spoor je die slechte bacteriën op? DNA-onderzoek kan uitkomst bieden. De onderzoeksgroep Microbial Genomics van Hogeschool Leiden identificeert besmettingsbronnen, zodat de voedselindustrie tijdig en gericht kan ingrijpen.
Over het onderzoek
In het onderzoeksproject Advanced Precision in Food Safety wordt gewerkt aan de identificatie van besmettingsbronnen in voedsel en de voedselketen. Met geavanceerde DNA-technieken worden bronnen van ziekteverwekkende bacteriën opgespoord. Dat draagt bij aan voedselveiligheid en minder voedselverspilling. Het onderzoek is een RAAK-mkb-project van Regieorgaan SIA.
Astrid Heikema is lector van de onderzoeksgroep Microbial Genomics aan de Hogeschool Leiden. Ze heeft meer dan twintig jaar ervaring binnen de moleculaire microbiologie. Eerder werkte ze als wetenschappelijk onderzoeker bij het Erasmus MC en was ze opleidingsdirectrice van de researchmaster Infection and Immunity.
Heikema: “Ik studeerde biotechnologie aan de Hanze in Groningen. Daarna werkte ik een aantal jaren als analist. Bij het Erasmus MC promoveerde ik met een onderzoek naar de darmbacterie campylobacter en het Guillain-Barré syndroom, een verlammingsziekte die kan ontstaan na een infectie met deze bacterie. Na mijn promotie werkte ik als postdoc, later als universitair docent, aan verschillende onderwerpen. Daarnaast gaf ik onderwijs aan geneeskundestudenten; en binnen de researchmaster Infection and Immunity, waarvan ik uiteindelijk opleidingsdirectrice werd en bijvoorbeeld hielp met het vernieuwen van het curriculum. In 2022 solliciteerde ik op de functie van lector bij Hogeschool Leiden. Daar doe ik nu onderzoek naar verschillende micro-organismen en hun DNA.”
De onderzoeksgroep Microbial Genomics werkt aan voedselveiligheid en het ontdekken van nieuwe microbiële stammen (Strain Discovery). Dit gebeurt bij het Leiden Centre for Applied Bioscience (LCAB): een kenniscentrum van Hogeschool Leiden dat praktijkgericht onderzoek doet binnen het kader van gezondheid, veiligheid en biodiversiteit.
Heikema: “Binnen het kenniscentrum werken we interdisciplinair. We voeren moleculair-microbiologisch onderzoek uit en maken daarbij gebruik van innovatieve DNA-technieken. De vakgroepen informatica en bio-informatica ondersteunen ons: ze ontwikkelen verschillende tools die gebruikt worden voor data-analyse en -interpretatie. Studenten spelen daarin een belangrijke rol. Zij worden actief betrokken bij lopend onderzoek en werken als stagiairs mee aan projecten op het snijvlak van microbiologie, genomics en (bio-)informatica. Zo leiden we een nieuwe generatie professionals op, die ervaring opdoet met actuele vraagstukken uit de praktijk en vertrouwd raakt met de nieuwste technologieën en methoden binnen het vakgebied.
We werken momenteel aan een groot project: Advanced Precision in Food Safety. Daarin gebruiken we Whole Genome Sequencing om de bron van ziekteverwekkende bacteriën op te sporen. Zo helpen we voedselverwerkende bedrijven om de voedselveiligheid in hun fabriek en producten te bewaken.”
Heikema: “Binnen het onderzoeksproject maken we gebruik van DNA-technieken om voedselbesmettingen tijdig en nauwkeurig op te sporen. Bedrijven moeten hun voedselproducten testen, en ingrijpen als er een ziekmakende bacterie op zit. Wij helpen ze om de bron van een besmetting te vinden. Dat is soms best lastig, want een fabriek kan groot zijn. En soms zit een bacterie al in de grondstof als die de fabriek binnenkomt. Mensen kunnen flink ziek worden als ze besmet voedsel eten; dat willen we voorkomen. Via DNA-analyses nemen we de voedselverwerkingsketen vanaf de start onder de loep. Zo kunnen we de bron van een besmetting heel precies achterhalen, een beetje zoals bij forensisch onderzoek op een plaats delict.”
Jaarlijks worden in Nederland ongeveer 600.000 mensen ziek door het eten van besmet voedsel. De voedselverwerkende industrie heeft sterke behoefte aan meer grip op het bewaken van de hygiëne in de fabrieken om te voorkomen dat besmette producten in de winkels komen. In het afgeronde RAAK-mkb project “Precision Food Safety” is onderzocht wat de meerwaarde is van de toepassing van Whole Genome Sequencing (WGS) bij het achterhalen van de transmissieroutes van de pathogene bacterie Listeria monocytogenes bij voedselverwerkende bedrijven. Er is een biobank opgebouwd met bijna 600 L. monocytogenes stammen afkomstig van de fabrieksomgeving en producten van vis-, vlees- en groente-verwerkende bedrijven. Deze stammen zijn gesequenced met behulp van Nanopore sequencing. Vervolgens is de verwantschap tussen de stammen bepaald met een in het project ontwikkelde bioinformatica pijplijn. Het project bleek zeer succesvol. In “Advanced Precision in Food Safety ” wordt het onderzoek naar voedselveiligheid verbreed, door L. monocytogenes al aan het begin van de voedselverwerkingsketen (in grondstoffen en ingrediënten) te monitoren. Verder zal de WGS-methodiek worden toegepast op Salmonella enterica en zal de huidige bioinformatica pijplijn worden aangepast om transmissieroutes van dit andere belangrijke voedselpathogeen te achterhalen. Ter verdieping zal het ziekteverwekkende karakter van L. monocytogenes stammen worden bepaald op basis van het serotype en de aanwezigheid van ~60 beschreven virulentiegenen. Daarbij worden gegevens uit verschillende databases, met sequence data van zowel humane als niet humane stammen, met elkaar vergeleken. Zowel in het laboratorium als in de fabrieksomgeving zal het effect van verschillende schoonmaakmiddelen en schoonmaaktechnieken worden onderzocht op het elimineren van L. monocytogenes van oppervlaktes. Tevens wordt onderzocht of shotgun metagenomics analyse kan worden ingezet om voedsel snel en breed op voedselpathogenen te monitoren. Een prototype van een webapplicatie, waarmee bedrijven verkregen resultaten kunnen inzien en aanvullen zal verder worden ontwikkeld en door voedselverwerkende bedrijven worden getest en geïmplementeerd.
We vroegen Heikema hoe de gebruikte DNA-analyse precies werkt.
Heikema: "Voedselverwerkende bedrijven zijn verplicht om hun producten en productieomgeving te laten testen. Daarvoor sturen ze samples naar commerciële microbiologische laboratoria. Als er een ziekteverwekkende bacterie gevonden wordt, kunnen bedrijven die meedoen aan ons project bij ons een DNA-analyse laten uitvoeren. Dan isoleren we DNA uit de bacterie en analyseren we het genoom: het volledige genetische materiaal van de bacterie. Door genomen van verschillende bacteriën met elkaar te vergelijken, bepalen we of ze aan elkaar verwant zijn. Zo kunnen we vaststellen of het om eenzelfde stam gaat en of er sprake is van een gezamenlijke bron. Zo achterhalen we waar de bacterie vandaan komt en kunnen we het bedrijf gericht adviseren, zodat het passende maatregelen kan treffen."
Onderzoek naar voedselbesmettingen is cruciaal, niet alleen voor de volksgezondheid, maar ook om voedselverspilling en kosten tegen te gaan. Dat draagt bij aan duurzaamheid – een grote drijfveer voor Heikema.
Heikema besluit: “De kosten van besmet en onveilig voedsel zijn enorm, zowel door ziektekosten als voedselverspilling. Jaarlijks worden duizenden tonnen voedsel vernietigd; voedsel waarvoor dieren zijn gestorven of dat met veel zorg, tijd en geld is geteeld. Het verminderen van verspilling en het verbeteren van de volksgezondheid zijn voor mij bijzonder waardevol. Als lector zet ik me in voor een duurzaam en veilig voedselsysteem. Dat we hieraan kunnen bijdragen met ons DNA-onderzoek, vind ik ontzettend inspirerend.”
Meer weten? Bekijk de projectpagina van de onderzoeksgroep Microbial Genomics.
