Nieuwsbank

Schrijft, screent en verspreidt persberichten voor journalistiek, search en social media. Hét startpunt om uw nieuws wereldkundig te maken. Ook voor follow-ups, pitches en korte videoproducties.

Delftse onderzoeker ontdekt Candidatus Brocadia

Datum nieuwsfeit: 04-04-2000
Vindplaats van dit bericht
Bron: Razende Robot Reporter
Zoek soortgelijke berichten
Technische Universiteit Delft

Delta Online voorpagina archief service zoeken

donderdag 20 april 2000, jaargang 32 nummer 14

Delftse onderzoeker ontdekt Candidatus Brocadia

Raketbrandstof lokt bacterie uit zijn schulp

Na een intensieve klopjacht is het met nieuwe opsporingsmethoden gelukt. De dader van de anoxische afbraak van ammonium is ingerekend, het ammonium-mysterie opgelost. Speurneus Strous maakt promotie.

Rioolwater bevat soms het stofje ammonium. Als dit op oppervlaktewater geloosd wordt, kan dit het watermilieu ernstig verstoren. Door de eutrofiërende werking van deze stikstofverbinding verdwijnen de vissen en domineren de algen. Behalve dat het ongeschikt is om in te vissen, ziet het water er ook smerig uit en kan het aardig stinken. Bij de afvalwaterzuivering is het daarom zaak het ammonium te verwijderen.

Tot nu toe moet dit in twee stappen plaatsvinden. De 'nitrificerende' bacteriën, die verantwoordelijk zijn voor de oxidatie van het ammonium tot nitriet en tot nitraat, hebben zuurstof nodig. Omdat zuurstof juist ongewenst is bij de omzetting van nitraat tot het onschadelijke stikstofgas, gebeurt deze denitrificatie in een zuurstofarme omgeving. Een onhandige tweedeling. Het zou veel ruimte en kosten schelen als het hele proces onder dezelfde zuurstofomstandigheden plaats zou vinden.

1 De anammoxbacterie, gezien door een elektronenmicroscoop

Foto: Dorinde de Tempe

Jaren geleden is al aangetoond dat dit theoretisch mogelijk was. Berekend werd dat de complete omzetting onder zuurstofloze omstandigheden plaats moest kunnen vinden en in 1985 werd het ook waargenomen. Uit een anaërobe proefopstelling bij Gist Brocades, bedoeld voor de zuivering van industrieel afvalwater, verdween daadwerkelijk ammonium. Omdat Gist Brocades geen fundamenteel onderzoek uitvoert, verdiept de TU zich sindsdien in de mysterieuze mengcultuur in de proefopstelling.

Raketbrandstof

Deze reactie wordt de anoxische ammonium oxidatie genoemd, kortweg anammox. De verantwoordelijke bacterie uit de mengcultuur bleek een lastig te vangen boef. ,,We zijn een jaar bezig geweest met het op klassieke wijze isoleren van de bacterie, maar het mislukte telkens'', vertelt dr.ir. Marc Strous, die op 4 april om vier uur promoveerde op de microbiologie van het anammoxproces.

Samen met analiste Katinka van de Pas vulde hij honderden proefpotjes, maar nooit wilden de geïsoleerde cellen uitgroeien tot kolonies die de anammoxtruc konden herhalen. ,,Het probleem was dat de mengcultuur uit klontjes bacteriën bestond. Ze zaten heel stevig aan elkaar. En de bacterie groeit heel langzaam. In optimale omstandigheden bedroeg de verdubbelingstijd al drie weken. In zo'n potje, waar de situatie veel minder goed is, zou dat nog gunstig zijn. Later bleek dat je pas na een jaar enige activiteit kunt verwachten.''

Het beest bleek bovendien alleen te werken in aanwezigheid van mede-bacteriën. ,,Het is bekend dat bacteriën in staat zijn tot 'quorumsensing', ze kunnen voelen met hoeveel ze zijn. Voor de anammoxreactie zijn twee hulpstoffen nodig, waarvan een het vrij spectaculaire hydrazine is, dat ook wordt gebruikt als raketbrandstof. Het zou kunnen zijn dat een van die intermediairen weglekt uit een cel. Als er veel cellen op elkaar zitten, vangen ze elkaars verlies op'', vermoedt Strous.

De eerste doorbraak was de toepassing van een nieuwe reactor te voor het kweken van de mengcultuur. In deze sequencing batch reactor (SBR) werd de bacteriecultuur druppelsgewijs gevoed met een oplossing van ammonium, nitriet en bicarbonaat. Wanneer het kweekvat bijna gevuld was met vloeistof en bacterievlokjes werd met voeren gestopt. De bacterieklontjes bezonken, de vloeistof werd afgezogen en er kon weer een nieuwe cyclus beginnen. Met de SBR werd de relatief snelle verdubbelingstijd behaald van drie weken.

Strous: ,,Op deze manier hadden we materiaal om proeven mee te doen, zodat we veel over de cultuur te weten konden komen, konden voelen hoe het werkte.''

Zo ontdekte de onderzoeker dat de mengcultuur niet gevoelig was voor zuurstof. De reactie stopte wel, maar de bacteriën gingen niet dood. Hoewel bij het proces ammonium met nitriet wordt omgezet tot stikstofgas, bleek de anammoxactiviteit geheel verloren te gaan bij te hoge nitrietconcentraties. Door een 'snufje' van één van de intermediairen te doseren, kon de activiteit weer worden hersteld.

Ook voor dit gedrag heeft Strous een verklaring: ,,Waarschijnlijk treedt er een zogenaamd 'sparking problem' op: de bacteriën moeten een grote investering doen om de hydrazine te produceren die ze nodig hebben voor de anammoxreactie. Als die hydrazine gratis wordt geleverd, kost het proces ze veel minder moeite. Ze wachten dus gewoon op de ideale omstandigheden, daarom duurt het ook zo lang in die potjes.''

Geboorteplaats

Het echte mysterie was echter nog steeds niet opgelost. Welk beest uit de mengcultuur was nou de echte dader van het proces? Om daarachter te komen, moesten de klontjes stuk worden gemaakt. Zo makkelijk gaven de bacteriën zich echter niet gewonnen, bleek tot wanhoop van de promovendus: ,,We hebben echt heel veel geprobeerd, maar zonder succes. Eigenlijk had ik het in de zomer van 1998 al opgegeven toen ik nog maar eens een experiment deed met een methode die we al geprobeerd hadden. Zoals je doet wanneer je iets kwijt bent, dan begin je ook met zoeken op de plek waar je het voor het laatst gezien hebt.''

In de bewuste zomer bleken de omstandigheden precies goed, zodat het lukte de cellen los te trillen met ultrasone trillingen. De losse cellen mengde Strous vervolgens met een speciale oplossing, kleine balletjes opgelost in vloeistof. Het mengsel centrifugeerde hij zodat de balletjes en de cellen naar de buitenkant van de buis werden geslingerd. Onderin deze gradiëntcentrifuge kwamen de cellen met het hoogste soortelijk gewicht terecht, bovenin die met het laagste.

Strous kon de cellen eruit halen die hij nodig had en verkreeg zo celsuspensies die voor 99,5 tot 99,8 procent uit één type bestonden. ,,Ik moest natuurlijk wel bewijzen dat deze suspensies verantwoordelijk waren voor de annamoxreactie. Dat heeft me nog twee maanden gekost, terwijl het experiment zelf maar een half uur duurt. Het lukt pas, toen ik bedacht dat ze graag dichtbij elkaar zitten en ze een spoortje hydrazine of hydroxylamine, het andere intermediair, nodig hebben om op gang te komen.''

Nu de boef gepakt was, moest deze nog geïdentificeerd worden. Daarvoor brak Strous de cellen open. ,,Van het DNA hebben we een specifiek gen gescheiden, het 16SrDNA-gen. Het is een soort identificatiegen, alle bacteriën hebben het. Daarmee konden we de anammoxbacterie een plaats geven. Onze bleek te vallen onder de zogenaamde Planctomyceten. Het gemeenschappelijke element zit puur in de bouw, qua levenswijze zijn deze cellen heel verschillend.'' Zijn Planctomyceet werd Candidatus Brocadia anammoxidans gedoopt, naar de geboorteplaats van de mengcultuur.

De implementatie van het anammoxproces in afvalwaterzuivering kan de kosten sterk drukken. Bij de nitrificatie van ammonium naar nitriet, verbruiken bacteriën zoveel zuurstof dat vanzelf de benodigde anoxische omstandigheden en het nitriet ontstaat voor de anammoxreactie. Er is maar één reactor nodig. Het bedrijfsleven is dan ook zeer geïnteresseerd. Het laatste jaar van zijn promotie werkte Strous daarom ook voor Paques in Balk, een bedrijf dat zich heeft gespecialiseerd in de bouw van anaërobe bio-reactoren en anammoxreactoren wil gaan bouwen.

Bovendien maakte het Zuiveringsschap Hollandse Eilanden en Waarden vorige week bekend dat het onder meer het anammoxproces wil gaan inzetten om stikstof te verwijderen uit de keuken van de TU.

Strous zal er niet meer bij betrokken zijn als onderzoeker. Alhoewel er een nieuwe aanvraag voor een STW-project de deur uit is, om onder meer uit zoeken waarom de cellen zo graag op een kluitje zitten, gaat hij iets anders doen. Bij de nieuwe studierichting Life Science and Technology is hij per 1 januari aangesteld als universitair docent. Strous: ,,Voor de helft voor onderwijs en voor de andere helft mag ik me overgeven aan wetenschappelijke avonturen.''

Ingrid Bonnet



Delta Online van donderdag 20 april 2000

© 2000 Redactie Delta

reageer via disqus

Nieuwsbank op Twitter

Gratis persberichten ontvangen?

Registreer nu

Profiteer van het gratis Nieuwsbank persberichtenfilter

advertentie