Ontwikkeling van een virussensor

Ontwikkeling van een virussensor

Organisatie-onderdeel

TKI TU

Projectcode

LWV19217

MMIP

Landbouw, Water, Voedsel>A. Kringlooplandbouw>A2. Gezonde, robuuste bodem en teeltsystemen gebaseerd op agro-ecologie en zonder schadelijke emissies naar grond- en oppervlaktewater

Startdatum

01/01/21

Einddatum

31/12/22

Samenvatting

Virussen zijn verantwoordelijk voor een indrukwekkende lijst aan ziektes bij planten, dieren en mensen. Er is vaak weinig aan te doen als organismen eenmaal besmet zijn. Daarom is het belangrijk om virussen snel te detecteren om met behulp van hygiënemaatregelen en preventieve ruiming een grote uitbraak te voorkomen.
Telers geven aan dat risico op virussen nog een van de belangrijkste redenen is om water niet
te hergebruiken. Dit is dus een belangrijk obstakel voor de realisatie van de emissieloze kas in 2027.
De meeste stabiele virussen in de tuinbouw zoals tobamovirussen, potexvirussen en
viroïdes kunnen via water verspreid worden. Het risico van virussen vormt een belemmering voor de kringlooplandbouw, en meer specifiek het hergebruik van water. Behandeling van besmet water is zeer kostbaar en vaak niet mogelijk. Een belangrijk voorbeeld hiervan is het komkommerbontvirus (CGMMV, Bromoviridae); komkommertelers benoemen dit virus als een van de belangrijkste oorzaken waardoor recirculatie bemoeilijkt wordt. Dit virus is een vertegenwoordiger van een grote groep ziekteverwekkende virussen bij die ook nachtschadeachtige gewassen kunnen infecteren (Tobamovirussen). Momenteel is er in de tuinbouw geen betrouwbare manier om continu de aanwezigheid van virussen aan te tonen. Op dit moment worden routinematig op de teeltbedrijven watermonsters onderzocht door gespecialiseerde laboratoria. Hierdoor kan alleen een beperkt volume van de waterstroom onderzocht worden. Daarnaast is de omloopsnelheid enkele
dagen. Dit gaat ten koste van de reactietijd. Dankzij voortschrijdende ontwikkelingen in de sleuteltechnologieën optiek (fotonica), elektronica, sensortechnologie en biotechnologie is het nu mogelijk om snel en real-time virussen aan te tonen. De ontwikkeling van biosensoren voor een snelle-, en kosten-effectieve real-time detectie gaat snel. Vooral sensoren op basis van fluorescentie liggen praktisch binnen handbereik. Er bestaan op dit moment nog geen biosensoren voor virussen.
Dit project beoogt de ontwikkeling van een innovatieve optische biosensor om virussen in waterstromen aan te kunnen tonen. Aan de hand van criteria zoals gevoeligheid, kostprijs en traject naar commercialisatie zullen eerst een aantal kansrijke, op fluorescentie gebaseerde, meetprincipes worden vergeleken. Van het meest kansrijke meetprincipe zal een proof-of-principle/sensor demonstrator worden ontwikkeld. De effectiviteit wordt op laboratoriumschaal beoordeeld aan de hand van drie modelvirussen, namelijk komkommerbontvirus en de model bacteriofagen MS2 en PRD1. Bij veelbelovende resultaten zal de sensor verder ontwikkeld worden voor toepassing in de praktijk Door de ontwikkeling van real-time metingen en early-detectie met biosensoren kunnen uitbraken eerder in beeld worden gebracht. Dit leidt uiteindelijk tot een beperking van de verspreiding van virussen en daardoor minder inzet van bestrijdingsmiddelen, minder economische schade en een groter vertrouwen in het hergebruik van water.

Doel van het project

Doel van dit project is een werkingsprincipe (proof-of-principle/demonstrator) aan te
tonen van het snel kunnen meten van virussen met behulp van immobilisatietechnologie in combinatie met fluorescentiedetectie gebaseerde optische biosensors. Er wordt een prototype biosensor ontwikkeld voor de real time detectie van 1 virus zoals CGMMV, MS2 of PRD1 in (recirculatie)water. De keuze voor het virus wordt gebaseerd op de mate van gevoeligheid en robuustheid van het signaal en beschikbaarheid voor antilichamen. De randvoorwaarden voor werking worden onderzocht met standaard water met daarin organische stof in een standaard
labopstelling. Vervolgens wordt de labopstelling nagemaakt met behulp van fibre-optic technologie. Het prototype sensor wordt gevalideerd en getoetst in de praktijk.

Relatie met missie (Motivatie)

Het project nieuwe kennis en gereedschap op over de inzetbaarheid van biosensoren
voor de real-time detectie van virussen. Een biosensor maakt het mogelijk om sneller te reageren op besmetting, zoals preventief ruimen van delen van de kas, waterontsmetting (Arkesteijn & Vermunt 2007), ontsmetten van vloeren, leidingen en apparatuur. Symptomen in het gewas zijn vaak te laat of niet/nauwelijks zichtbaar maar zorgen wel voor economisch schade. Tuinbouwbedrijven zijn daarom terughoudend met hergebruik van water om herbesmetting te voorkomen.
De biosensor maakt tevens duidelijk wanneer er geen sprake is van een virusbesmetting en het (drain)water dus kan worden hergebruikt en niet preventief hoeft te worden geloosd. Hierdoor neemt naar verwachting het hergebruikpercentage toe en neemt de emissie af. Dit is noodzakelijk om te komen tot een nagenoeg emissie loze kas en de doelstellingen van de KRW te behalen. De kennis en resultaten van dit project kunnen vervolgens vertaald worden naar alle situaties waar een vroege detectie van virus belangrijk is, zoals in drinkwater en de voedselindustrie.

Naam projectleider

Anthony Verschoor