Whole genome sequencing kansrijk voor voedingsanalyses

icon.highlightedarticle.dark Microbiologisch onderzoek
Laatste wijziging: 13 september 2023
DNA
DNA | Foto: Adobe Stock

Nu whole genome sequencing (WGS) steeds sneller en goedkoper wordt, ontstaan kansen voor nieuwe toepassingen, zoals routineonderzoek naar pathogenen binnen de voedingsindustrie. Contaminaties herleiden tot de bron wordt daarmee een stuk eenvoudiger.

Els van den Brink

tk1

Voor de voedingsindustrie was het inzetten van whole genome sequencing (WGS) voor routinematig onderzoek jarenlang geen optie, omdat de technologie daarvoor te duur en te tijdrovend was. De laatste jaren wordt het sequencen van complete genomen echter steeds sneller en goedkoper en is er bovendien geen grote apparatuur meer voor nodig. Dat biedt nieuwe perspectieven en mogelijkheden, bijvoorbeeld voor routinematige controles op voedselpathogenen.

NEN-norm

Afgelopen zomer werd er om die reden al een nieuwe NEN-norm gepubliceerd voor het gebruik van whole genome sequencing (WGS) voor microbiologisch onderzoek in de agrofoodsector, NEN-EN-ISO 23418. Een belangrijke mijlpaal. “Voor ons als ISO17025 lab is het belangrijk om zo veel mogelijk te werken volgens dit soort NEN-normen. Het feit dat er nu een NEN-norm is voor whole genome sequencing is een stimulans om te onderzoeken wat we hiermee kunnen doen”, zegt Eva van Hees, teamleider microbiologie bij TLR, een laboratorium voor analyses op levensmiddelen, diervoeders en (bio)brandstoffen in Ridderkerk.

“WGS wordt ook veel gebruikt door het centrum Infectieziekteonderzoek, Diagnostiek en Laboratorium Surveillance (IDS) ”
Henk Aarts, hoofd van de afdeling Microbiologische Voedsel Veiligheid bij het RIVM in Bilthoven
tk2

Listeria-bron ontdekt

Onderzoek naar voedselpathogenen met behulp van WGS is op dit moment nog geen gebruikelijke aanpak binnen de voedingsindustrie, maar gebeurt al wel regelmatig in ziekenhuizen en overheidsinstituten. Hier wordt de technologie bijvoorbeeld ingezet om voedselpathogenen te identificeren en de besmettingsbron op te sporen in geval van een uitbraak.

RIVM

Een voorbeeld daarvan was een Listeria-uitbraak in 2019, waarbij vijfendertig mensen ziek werden. Twee vrouwen kregen een miskraam en zes patiënten overleden zelfs door deze besmetting. Van de patiënten werd materiaal doorgestuurd naar het RIVM, die deze bacterie vervolgens onderzoekt met WGS. De sequenties van de verschillende besmette personen leken zo veel op elkaar, dat de conclusie was dat ze mogelijk allemaal besmet waren door hetzelfde voedingsmiddel.

NVWA

De Nederlandse Voedsel en Waren Autoriteit (NVWA) onderzocht verschillende voedselmonsters op dezelfde manier, en ontdekte dat de monsters van een vleeswarenbedrijf besmet waren met bacteriën met hetzelfde DNA. Op die manier konden onderzoekers voor het eerst een link leggen tussen een Listeria-uitbraak en de besmettingsbron door middel van WGS.

Listeria denitrificans
Listeria denitrificans | foto:Abobe Stock
tk3

Diffuse uitbraken

Henk Aarts, hoofd van de afdeling Microbiologische Voedsel Veiligheid bij het RIVM in Bilthoven doet ook onderzoek naar voedselpathogenen zoals Listeria, waarbij ook WGS wordt ingezet. Bij het bovenstaand Listeria-onderzoek waren binnen het RIVM de centra Infectieziekteonderzoek, Diagnostiek en Laboratorium Surveillance (IDS) en Epidemiologie en Surveillance van Infectieziekten (EPI) betrokken.

Aarts: “WGS wordt ook veel gebruikt door het centrum IDS. Zij sequencen onder andere de humane voedselpathogenen. Daarnaast gebruiken ze whole genome sequencing bij grote uitbraken. Met name voor diffuse uitbraken waar veel tijd zit tussen de verschillende besmettingen is WGS van grote waarde. In zo’n geval is het lastig om de besmettingsbron te achterhalen en te ontdekken welke besmettingen verband houden met elkaar.”

Sequenties worden opgeslagen in een gezamenlijke database van het RIVM en de NVWA, zodat beide instanties gegevens kunnen uitwisselen om een uitbraak van een voedselinfectie te herleiden tot de bron.

“Als een bedrijf last heeft van terugkerende besmettingen, dan kan WGS uitkomst bieden”
Tom Ras, Business Development Manager bij Eurofins

Terugkerende besmettingen

Steeds vaker klinkt de oproep aan bedrijven in de agrofood sector om deze WGS-technologie ook zelf in te zetten en niet alleen over te laten aan overheidsinstanties zoals het RIVM en de NVWA. Sommige bedrijven zijn hier ook al mee begonnen, met name grote bedrijven zoals Nestlé en Mars. Veel middelgrote en kleine bedrijven hikken nog aan tegen de kosten die dit met zich meebrengt.

“Als je alleen wilt weten of er überhaupt iets aan de hand is met een product of in de productielijn, zijn de klassieke microbiologische tests of eenvoudiger Next Generation Sequencing-analyses gemakkelijker en goedkoper. Maar als een bedrijf bijvoorbeeld last heeft van terugkerende besmettingen in een product, dan kan WGS uitkomst bieden”, was onlangs nog de stelling van Tom Ras, Business Development Manager bij Eurofins, in een interview met VMT1.

Zijn laboratorium is één van de bedrijven die al wel bezig is met WGS voor toepassingen binnen de voedingsindustrie, bijvoorbeeld voor het opsporen van de besmettingsbron bij een Listeria-besmetting.

Passant of huisflora?

Het mooie van WGS is dat de bacterie tot op stamniveau kan worden geanalyseerd, waardoor onderzoekers veel beter in staat zijn om te ontdekken waar de besmettingshaard zit. Is die pathogeen een toevallige passant, die bijvoorbeeld is meegekomen met een van de grondstoffen? Of is het ontstaan door een mutatie in de huisflora? Een WGS-analyse kan dat duidelijk maken en zo helpen om de besmetting gericht aan te pakken en zo snel mogelijk op te lossen.

Bovendien is het achterhalen van de oorzaak van de besmetting ook noodzakelijk om de schade te kunnen claimen bij een verzekering, indien van toepassing. Daarnaast geeft een WGS-analyse informatie over de antibioticaresistentie en de aanwezige toxines.

“Het voordeel van whole genome sequencing is dat de technologie specifieker is dan methodes die we nu meestal gebruiken zoals PCR. Met PCR kijk je meestal maar naar een klein deel van het genoom en is er kans op aspecifieke bindingen. Daar heb je met WGS minder last van”, volgens Van Hees.

Gezamenlijke database

Als bedrijven in de levensmiddelenindustrie WGS gaan inzetten voor hun controles op voedselpathogenen, zou het helemaal mooi zijn als ze hun resultaten vervolgens ook zouden publiceren in een gezamenlijke database, vindt Bas van Driel, marketing & sales director bij de GBA group, een netwerk van laboratoria die gespecialiseerd zijn in levensmiddelenonderzoek.

“Ik denk dat het voor bedrijven zelf ook gunstig zou zijn, omdat er dan niet zulke grote recalls nodig zijn”
Henk Aarts

Zo’n database zou gebruikt kunnen worden door het RIVM of de NVWA om bij een voedselinfectie veel sneller de link te kunnen leggen met de bron van een besmetting. Helaas vinden veel bedrijven zo’n database een te spannend idee. “In Amerika proberen ze bedrijven over te halen om dat te doen”, vertelt Aarts.

Vroegtijdig opsporen van besmettingshaarden

“Ik denk dat het voor bedrijven zelf ook gunstig zou zijn, omdat er dan niet zulke grote recalls nodig zijn, maar uit concurrentieoverwegingen willen ze het mogelijk liever niet.” En dat terwijl een dergelijke recall kan zorgen voor grote productie- en vooral imagoschade voor een bedrijf. Vroegtijdig opsporen van besmettingshaarden met behulp van WGS zou dergelijke schade moeten kunnen voorkomen.

__________

Twee WGS varianten

Wie een genoom wil ophelderen met WGS, kan kiezen uit twee soorten analyses:

  • Bij de short read variant wordt het genoom in stukjes van 150 à 200 baseparen geknipt en nauwkeurig geanalyseerd. Meestal gebeurt dat met apparatuur van Illumina. De uitdaging daarbij is om al die sequenties weer op de goede manier aan elkaar te knopen.
  • Bij de long read variant worden veel langere stukken DNA geanalyseerd, maar wel met een iets hogere foutenmarge. Dit is de basis van de technologie van Oxford Nanopore Sequencing. Het voordeel van deze apparaten is dat ze relatief goedkoop zijn en relatief klein. De minION van Oxford is niet veel groter dan een telefoon en kan dus eenvoudig meegenomen worden op locatie.

Lees meer over WGS

Bas van Driel: Whole genome sequencing routinetechiek in de food? icon.arrow--dark

Blijf op de hoogte en mis geen artikel

Abonneren icon.arrow--dark