Een biosensor gebaseerd op het immuunsysteem is in staat om snel vervuilende stoffen in zee op te pikken. Ideaal voor gebruik als waarschuwingssysteem bij toekomstige olielekken dus.

Als je een watermonster wilt onderzoeken op vervuilende stoffen, moet het speciaal naar een lab. Daar duurt het uren voor de uitslag bekend is en zo’n onderzoek kost ook nog eens tot 700 euro per monster. Een nieuwe biosensor, ontwikkeld door onder andere Mike Unger en Candace Spier (Virginia Instituut van Mariene Wetenschappen), kan de meting al binnen tien minuten op zee doen en kost hooguit een paar cent per monster.

Antilichamen

De sensor werkt door middel van antilichamen. In ons lichaam herkennen en binden deze eiwitten vreemde structuren, zoals die voorkomen op het oppervlak van virussen of bacteriën. Maar ze kunnen nog veel meer. “Ze hebben oneindige kracht om de driedimensionale structuur van elk molecuul te herkennen”, legt Unger uit. Ideaal dus voor detectie van vervuilende stoffen in de zee.

Maar hoe kwamen de onderzoekers aan die antilichamen? Unger en collega’s vaccineerden daarvoor muizen tegen de verontreinigende stoffen, waaronder polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s), een groep van zeer giftige en kankerverwekkende stoffen, en een bijproduct van de verbranding van fossiele brandstoffen. De gevaccineerde muizen begonnen daarna in grote hoeveelheden antilichamen tegen deze vreemde stoffen te maken. Die antilichamen werden geïsoleerd en verder gekloond in het lab, waardoor er een aanzienlijke voorraad ontstond.

Een deel per miljard

De volgende stap was het bouwen van de biosensor. De antilichamen werden daarvoor gekoppeld aan een kleurstof die fluorescent licht uitzendt. De wanden van de sensorkamer werden vervolgens gecoat met PAK-surrogaat, een stof die lijkt op PAK maar totaal onschadelijk is. Wanneer de antilichamen werden toegevoegd, bonden ze al snel aan de nep-PAK-moleculen, waardoor de kamer in zijn geheel fluorescent begon te gloeien.

Een close-up van de PAK-biosensor. (Foto: Candace Spier/Virginia Institute of Marine Science)

Daarna werd de sensor écht getest: hij ging mee met een boottocht over de Elizabethrivier in Virginia om watermonsters te meten. Een bepaald gebied in deze rivier is de afgelopen jaren vervuild geraakt met PAK’s door nabije fabrieken. Wanneer de concentratie aan PAK’s in het monster hoog is, binden de antilichamen massaal aan deze moleculen. Daardoor zijn er minder antilichamen beschikbaar voor binding aan de nep-PAK-moleculen, wat leidt tot een donkerdere sensorkamer. Oftwel, hoe vervuilende de rivier, hoe minder licht de sensor uitstraalt. Dat licht veroorzaakt een elektrisch signaal en de sterkte hiervan zegt de onderzoekers iets over de concentratie aan PAK’s.

De biosensor bleek in staat tot een deel per miljard aan PAK’s te meten (een miljoenste van een promille). En omdat hij snel, klein en flink goedkoper is dan machines in het lab, kan hij in de toekomst dienen als detectiesysteem voor olielekkage wanneer hij in de buurt van olieverwerkende fabrieken wordt geplaatst.

Bronnen: Virginia Institute of Marine Science via EurekAlert!, Environmental Toxicology and Chemistry