1. Wat is uw functie?
Ik ben werkzaam als moleculair ecoloog bij Wageningen Environmental Research (het vroegere Alterra). Dit houdt in dat ik met behulp van DNA ecologische vraagstukken probeer op te lossen. Dit gaat van populatie-genetica tot zogeheten DNA metabarcoding studies waarbij alle individuen uit environmental samples (grond, water, lucht) kunnen worden herkend. De vragen hierbij zijn heel breed, maar zijn er vooral toch op gericht de biodiversiteit te monitoren en verbeteren.
2. Hoe is uw interesse in de bijzondere wereld van het pollen ontstaan?
Ik ben als eerst met pollen in aanraking gekomen tijdens mijn studie Aardwetenschappen aan de Universiteit van Utrecht. Hier keek ik naar de microscopische resten die kunnen worden gevonden in gesteenten van tientallen miljoenen jaren oud. Ik gebruikte deze om de klimatologische veranderingen in het verleden in beeld te brengen. Ik heb daarna 5 jaar als palynoloog (pollen expert) gewerkt bij een bedrijf in Wales, waar ik de pollen en andere microscopische resten op het oog herkende. Tijdens mijn PhD bij Naturalis en de Universiteit van Oslo ben ik gaan onderzoeken hoe dit beter kon: pollen tellen is een ontzettend tijdrovend klusje waar ook nog vele jaren expertise voor nodig is om het echt goed te kunnen doen.
3. Waar ligt de focus van uw onderzoek?
Tijdens mijn PhD heb ik bestudeerd of het mogelijk is om de taak van de palynoloog (pollen tellen en herkennen) kan worden geautomatiseerd en verbeterd. Aan de ene kant heb ik hiervoor automatische beeldherkenning gebruikt: zeer gelijkende pollen types zijn moeilijk uit elkaar te houden op het blote oog en een algoritme is hier beter in. Maar als de pollen simpelweg teveel op elkaar lijken (de pollen van alle grassoorten bijvoorbeeld zijn niet op soort te brengen met het blote oog), kun je beter een andere methode gebruiken: DNA.
4. Gaat het vooral om het herkennen van de specifieke plantensoort op basis van het DNA (en weet je op basis daarvan de allergeniciteit), of zegt het DNA specifiek ook iets over de mate van allergeniciteit van het betreffende pollen?
In mijn DNA studie heb ik gebruik gemaakt van de dagelijkse samples die door het LUMC en Elkerliek ziekenhuis worden gebruikt om hun wekelijkse pollen-voorspelling te maken. Hiervoor worden door een zogeheten Burkard sampler alle pollen uit de lucht gefilterd en opgevangen op een soort plakband die daarna onder de microscoop wordt gelegd voor analyse. Ik heb het DNA uit deze plakband gehaald (minder makkelijk dan het nu klinkt aangezien het om hele lage hoeveelheden DNA gaat) en DNA metabarcoding hierop geprobeerd. Dit werkte boven alle verwachtingen goed. De belangrijkste resultaten zijn dat we eigenlijk alle pollen tot op het soortsniveau kunnen herkennen (dit is niet mogelijk onder de microscoop) en daarnaast dat de relatieve hoeveelheid DNA van de soorten overeenkomt met wat er onder de microscoop geteld wordt. Dit is een zeer belangrijk resultaat en is nooit eerder aangetoond.
5. Er zijn pollen met luchtzakken, waardoor ze een beter zweefvermogen hebben, dit is meer een technische eigenschap, maar wel met invloed op bijvoorbeeld het verspreidingsvermogen van het pollen. Kun je in het DNA meerdere verschillende stukjes vinden die invloed hebben op de allergeniciteit?
Helaas valt met het DNA niet te zeggen of de pollen allergeen zijn of niet, hiervoor zouden de specifieke lipides moeten worden bekeken en/of huid-tests gedaan worden. De techniek die ik gebruik zorgt er dus voor dat pollen tot op soortsniveau kunnen worden herkend, wat bijvoorbeeld heeft laten zien dat er een significante input is van zowel exoten als aangeplante soorten. Hieronder zitten soorten die het hooikoorts-seizoen significant verlengen zoals de Japans Kaukasische Els (Alnus x spaethii), een artificiële hybride die erg populair is langs de straatkant. Probleem is alleen dat deze al begint met bloeien in December. Alle elzenpollen zien er onder de microscoop hetzelfde uit maar met DNA konden we vinden dat de pollen in December en Januari ook daadwerkelijk exclusief afkomstig waren van deze Japans Kaukasische els.
Foto: Afbeelding van het pollen van een Els, gemaakt met een elektronenmicroscoop (SEM) gemaakt door Marcel Polling bij Naturalis tijdens zijn promotieonderzoek.
6. Het formaat van pollen verschilt, dit heeft mogelijk ook invloed op de allergeniciteit, speelt dat een rol?
Dat zou kunnen, maar het lijkt er meer op dat het ligt aan de lipiden die voorkomen op de celwand van de pollenkorrels. Interessant genoeg zijn sommige planten die er totaal anders uitzien maar waarvan de pollen er identiek uitzien onder de microscoop, totaal verschillen van allergeniciteit. Zo zijn pollen van de gewone brandnetel die in Nederland zeer talrijk is helemaal niet allergeen, terwijl de identieke pollen van glaskruid (uit dezelfde plantenfamilie) zwaar allergeen is. Dit glaskruid komt van origine voor in het Middellands Zeegebied, maar breidt zich dankzij de opwarming in rap tempo uit in onze steden. We vonden dan ook het DNA terug van deze soort in de samples van Leiden.
7. Kun je met deze methode ook de allergeniciteit van verschillende grassoorten onderscheiden, dat pollen is op het oog, ook voor specialisten, namelijk nauwelijks te herkennen?
Nee dit is niet mogelijk, we hebben wel in onze analyses in totaal meer dan 30 verschillende soorten gras herkend. Dit gaat van gewoon riet en Engels raaigras tot siergrassen. Over de allergeniciteit van individuele soorten is nog bar weinig bekend, wel is bekend is dat een subfamilie van de grassen (Pooideae) over het algemeen zeer allergeen is. Deze is met DNA goed te herkennen.
8. In hoeverre kun je met deze methode ook iets zeggen over de concentratie van een specifiek soort pollen in een sample?
Zoals ik eerder aangaf was één van de belangrijkste resultaten dat we vonden dat de relatieve hoeveelheid DNA van een soort zeer goed overeenkomt met de relatieve hoeveelheid die handmatig is geteld. Voor absolute aantallen is onze methode echter (nog) niet geschikt. Zo is het met de microscoop mogelijk te zeggen dat er op een zeker dag veel meer berkenpollen in de lucht zitten dan de dag ervoor, terwijl dat met DNA niet te zien is (alleen de relatieve hoeveelheden). DNA metabarcoding is een onderzoeksveld in ontwikkeling en is eigenlijk pas sinds 2015 steeds meer in gebruikt. Ik verwacht dat dit probleem dan ook mogelijk in de toekomst zal worden opgelost.
9. Er wordt momenteel ook veel ervaring opgedaan met automatische beeldherkenning van pollen. Daar zijn verschillende technieken voor, die (bijna) real time een beeld geven van de pollendruk. In hoeverre sluit het DNA-onderzoek hierbij aan? Versterkt het elkaar, is er overlap?
Ik heb ook een hoofdstuk over automatische beeldherkenning opgenomen in mijn proefschift. Real-time monitoring van pollen wordt al gedaan in bijvoorbeeld Duitsland waar een groot netwerk aan automatische pollen-tellers staat (zie interview met Jeroen Buters>>). Probleem hiermee is dat ze eigenlijk alleen het werk van de palynoloog kunnen overnemen en versnellen. Ze kunnen het niet verbeteren of specifieker maken! Je noemde al de graspollen: die zijn maar tot op familie-niveau te herkennen, waardoor veel informatie verloren gaat. Als je echt wilt weten van welk plantensoorten, van welk specifieke grassoort, er in de lucht zitten, dan moet je met DNA werken.
10. Hoe is het DNA onderzoek concreet te gebruiken bij het verbeteren van de hooikoortsverwachtingen?
Ik verwacht dat op termijn DNA de hooikoortsverwachtingen zal overnemen aangezien het veel preciezere informatie kan geven, minder arbeidsintensief is en ook nog eens goedkoper is (zeker als er veel samples tegelijk worden gerund).
11. Verwacht je dat DNA-analyse de automatische tellingen kan gaan overnemen op basis van bijvoorbeeld kostprijs, snelheid of kwaliteit?
Dat is voor nu de grote uitdaging. Qua turnaround is voorlopig de handmatige telling sneller. Maar als het gaat om honderden samples wint de DNA techniek. Sequencing machines worden echter steeds sneller, kleiner en makkelijker te bedienen. Zo is er nu de MinION, die in je broekzak past en zeer snel resultaten geeft.
afbeelding: Genome sequencing machine
12. De gevoeligheid voor specifiek pollen is zeer persoonlijk, de verschillen tussen mensen zijn groot, kun je op basis van DNA ook iets over de gevoeligheid voor specifiek pollen op persoonsniveau zeggen?
Er is recent een onderzoek verschenen van Letty de Weger (LUMC) waarin ze laten zien dan een veel betere pollenvoorspelling kan worden gemaakt door gebruik te maken van een persoonlijke pollenmeter. Als je deze zou gebruiken voor DNA metabarcoding, kun je de piek in klachten mogelijk koppelen aan bepaalde soorten pollen en hier veel specifieker medicijnen op aanpassen.
13. Wordt er ook een koppeling gelegd met het klachtenniveau van hooikoortspatiënten, zo ja, hoe wordt dit bepaald?
Een volgende stap in ons onderzoek zou kunnen zijn om te kijken naar welke pollensoorten er het meest voorkomen op de dagen dat hooikoortspatiënten de meeste klachten hebben. Op deze manier kan worden onderzocht welke plantensoorten het meest allergeen zijn.
