De afgelopen jaren heeft het lectoraat Green Biotechnology van Inholland hard gewerkt om het sequencen en vervolgens identificeren en classificeren van de aanwezige micro-organismen onder de knie te krijgen. Het Nanopore sequencen gebeurt met de MinION, het bekende systeem van Oxford NanoPore Technologies. Deze techniek is niet de standaard voor het uitvoeren van dit type microbioomanalyses, maar is wel veel eenvoudiger en goedkoper toe te passen. Het blijft belangrijk om de oude en nieuwe technieken met elkaar te vergelijken en dat onderzoek gebeurt in het bodemmicrobioom-project.
Dit artikel is een initiatief van de Hbo Thematafel Sleuteltechnologieën. Doel van dit landelijke samenwerkingsverband is de impact van praktijkgericht onderzoek door hogescholen op het gebied van sleuteltechnologieën beter zichtbaar maken.
De uitdaging: DNA-sequencing van het bodemmicrobioom
Lector Green Biotechnology Nelleke Kreike van Inholland University of Applied Sciences doet onderzoek naar het ontwerpen en toepassen van de nieuwste DNA-sleuteltechnologieën. Het doel is duurzame en gezonde voedsel- en siergewassen te ontwikkelen.
In het bodemproject wordt onderzoek gedaan naar de samenstelling van de aanwezige micro-organismen in de bodem, met name bacteriën, schimmels en protozoën. Deze worden onderzocht met speciale PCR (Polymerase Chain Reaction) verrijkingsmethoden, Metabarcoding genaamd. Dat betekent telkens drie verschillende PCR-methoden uitvoeren – veel werk voor één bodemmonster. Daarom is Inholland bezig om één alomvattende methode, ook wel Metagenomics genoemd, op te zetten om de bodemanalyses te versnellen en goedkoper te maken. De resultaten van beide methoden worden vervolgens vergeleken.
Nelleke Kreike, lector Green Biotechnology bij Inholland: “Ik vind het fantastisch dat we de belangrijke Nanopore DNA-sequencing-techniek in ons onderzoekslaboratorium hebben opgezet en dat we de bruikbaarheid van deze nieuwe state-of-the-art DNA-sleuteltechnologie verder bestuderen en al toepassen in ons onderzoek. Daarnaast ben ik ontzettend trots op het team van onderzoekers en studenten die aan dit project meewerken: Sonia Jillings, Merijn de Boer, Peter Hoitinga, Frank van der Helm en Christiaan van der Heijden.”
Resultaten
Met de ontwikkeling en implementatie van de Nanopore DNA-sequencing-techniek zijn grote sprongen vooruit gemaakt en zijn de aanwezige bacteriën te identificeren en classificeren. Nu wordt een stap verder gezet om de aanwezige bacteriën in te delen in ecologische functiegroepen, gericht op twee vragen:
- Wat is de functie van deze bacteriën in de bodem?
Hierbij wordt gekeken naar bacteriën die betrokken zijn bij de koolstof-, stikstof- en zwavelkringloop. - Welke bacteriën bevorderen de plantgroei en maken de plant weerbaarder tegen ziekten en plagen?
De onderzoekspartners, telers en bodemonderzoekers, zijn vooral geïnteresseerd in de samenstelling van een goed bodemmicrobioom. Welke micro-organismen zijn juist cruciaal om planten beter te laten groeien en meer weerbaarheid te geven tijdens de teelt, zodat ze minder last hebben van ziekten en plagen? Het effect van bio-stimulanten om de samenstelling van het bodemmicrobioom te verbeteren is daarbij ook een belangrijk onderzoeksonderwerp.
Peter Hoitinga, docent-onderzoeker Green Biotechnology bij Inholland: “De bio-informatica die nodig is na de DNA-sequencing, om de micro-organismen te identificeren, is best pittig en heeft veel hoofdbrekens gekost. Dit onderzoek heeft daarmee een enorme boost gegeven aan het bio-informatica-onderwijs. Het is een mooi voorbeeld van hoe onderzoek en onderwijs elkaar versterken.”
Inmiddels zijn de DNA-sequencing-analyses van het bacteriële microbioom van de zandbodem van het eerste jaar uitgevoerd. Er zijn verschillende herhalingen van bodemmonsters in hetzelfde veld onderzocht en vier keer in het jaar zijn bodemmonsters genomen bij verschillende bol- en bodembehandelingen. In totaal zijn nu zo’n zestig bodemmonsters geanalyseerd. Er zijn geen verschillen waargenomen in de bacteriesamenstelling tussen de herhalingen in een veld en slechts kleine verschillen in de samenstelling door het jaar heen. Duidelijkere verschillen zijn er gevonden in de bodems die een andere bodem- en gewasbehandeling hebben gehad. De betekenis hiervan voor de samenstelling van een goed bodemmicrobioom en de verdere effecten op de plantengroei worden nu uitgezocht.
Volgende stappen
Tot nu toe lag de focus vooral op het bacteriële microbioom. Nu komt er aandacht voor de samenstelling van andere micro-organismen in de bodem, zoals schimmels en protozoën. De DNA-sequenties van de bodemmonsters liggen klaar voor deze analyses.
Daarnaast werkt Inholland samen met andere hogescholen van CoE Groen in een groter onderzoeksproject. Dat gaat over de verhoging van het koolstofgehalte in de bodem om zodoende meer CO2 te kunnen opslaan. Deze bewerking van de bodem zal waarschijnlijk ook haar weerslag hebben op de samenstelling van het bodemmicrobioom. Inholland gaat dit met de Nanopore DNA-sequencing-techniek verder onderzoeken.
Projectpartners
- Inholland University of Applied Sciences
- E.J. Hogervorst & zonen uit Noordwijkerhout, teler van de Hyacint Multiflora op pot
- Agrifirm, coöperatie van veehouders en plantentelers
- Centre of Expertise Groen - CoE Groen: een samenwerking van Inholland, HAS Green Academy, Aeres Hogeschool en Hogeschool Van Hall-Larenstein