MEDUWA

Innovaties

MEDUWA-Vecht(e) innovaties

Innovatie 1: Plantaardige antibioticumvervanger

Innovatie 2: Mikroalgen Antibiotica-vervanger

Innovatie 3: Biofarmaceutica

Innovatie 4: Regionale risicobeoordeling

Innovatie 5: Grijswatervoetafdruk

Innovatie 6: Stroomgebied-informatiesysteem (WIS)

Innovatie 7: Draadloos veetoezicht

Innovatie 8: Plasma-geactiveerd water

Innovatie 9: Nanoflitratie

Innovatie 10: Draadloze grondwatermonitoring

Innovatie 11: Mobiel toestel voor wateranalyse

Innovatie 12: Fytoremediatie

Innovatie 13: Productketenbenadering


Innovatie 1: Plantaardige antibioticumvervanger (Bhima choorna antibiotica-vervanger)

Partners: Europa Ayurveda Centrum en academisch ziekenhuis Münster

Het Europa Ayurveda Centrum (EAC) te Witharen, de instituten voor Hygiëne en Medische Microbiologie van het universitair medisch centrum Münster (UKM) en Wetsus deden onderzoek naar de reinigende en antimicrobiële eigenschappen van planten.

Voor het MEDUWA-onderzoek naar de antibiotische werking van ayurvedische planten en plasma-geactiveerd water zijn door UKM zowel klassieke microbiologische methoden alsook nieuwe kweekonafhankelijke technieken en procedures op cellulair en moleculair niveau toegepast en doorontwikkeld, waaronder flowcytometrie en polymerasekettingreactie (PCR).

In dit kader werd onderzocht of door medicijnen verontreinigd water door ayurvedische planten gereinigd kan worden (fytoremediatie). Aangetoond werd dat een set van vijf waterplanten in staat is concentraties van medicijnen zoals tetracycline, metformine en erythromycine in het water te verlagen. Wat er precies met de medicijnen gebeurt moet nog verder onderzocht worden. Zo dienen andere variabelen die het lot van medicijnen kunnen beïnvloeden, waaronder natuurlijke UV-straling, in vervolgonderzoek uitgesloten te worden.

Planten- en plantenextracten vertonen volgens de Ayurvedische gezondheidsleer ook een bacterie-remmende werking.

Het EAC kweekte hiertoe 15 verschillende waterplanten (de Bhima Choorna formule), waarvan de antibiotische werking tegen sporevormende, huid-, milieu- en waterbacteriën duidelijk kon worden aangetoond. Het gebruik van de extracten als substituut voor antibiotica in de diergeneeskunde en de humane geneeskunde is volgens het UKM dan ook denkbaar en zal nu in verdere studies en projecten worden getest.

De Bhima Choorna formule zal doorontwikkeld worden als natuurlijk antibioticum voor dier en mens. In de volgende fase worden gerandomiseerde, dubbelblinde experimenten uitgevoerd. Hiermee hoopt het Europa Ayurveda Centrum een doeltreffende oplossing te kunnen geven voor het enorme probleem van antibioticaresistentie en de bijwerkingen van de huidige antibiotica. Men verwacht het middel in 2024 op de markt te kunnen brengen.


Innovatie 2: Antibioticumvervanger op basis van microalgen

Partners: Microganic GmbH, met UKM IfH, Wetsus, en diverse onderaannemers, w.o. Hochschule Osnabrück, Wageningen University

In de moderne veehouderij speelt het gebruik van medicijnen tegenwoordig een grote rol. De dieren zelf, de kwaliteit van het voedsel dat zij leveren, en het milieu hebben te lijden onder het overmatig gebruik van medicijnen, met name antibiotica. Met microalgen kan onnodige afhankelijkheid van medicijnen worden verminderd. Wetenschappelijke studies tonen aan dat microalgen positieve eigenschappen hebben en een waardevolle bijdrage kunnen leveren aan een gezonde voeding voor mens en dier. Microalgen zijn eetbaar en, hoewel zij bijvoorbeeld in Azië al eeuwenlang op het menu staan, zijn zij voor Europeanen nog steeds weinig bekend als voedingsmiddel.

Het bedrijf Microganic GmbH uit Melle was partner in het MEDUWA-Vecht(e) project en specialist in de productie van microalgen als ingrediënt voor diervoeder en levensmiddelen. Hun idee is de positieve effecten van microalgen te gebruiken om de ontwikkeling van ziekten te voorkomen of te verzachten met behulp van een duurzaam geteelde grondstof op natuurlijke en volledig plantaardige basis – een duidelijk pluspunt ten opzichte van de huidige milieupersistente medicijnen. Microalgen kunnen voordelig worden ingezet in de diervoedersector voor landbouwhuisdieren of huisdieren, maar ook als voedingssupplementen voor mensen. De technische verwerking van microalgen in een grote verscheidenheid van bestaande standaardvoeding is over het algemeen zonder problemen mogelijk. Op deze manier kan de gezondheid van dier en mens op natuurlijke basis en op eenvoudige wijze worden bevorderd en kan overmatig gebruik van medicijnen worden voorkomen.

In het MEDUWA-Vecht(e) project is onderzocht of en welke microalgen de gezondheid van varkens positief kunnen beïnvloeden. Daartoe werden geselecteerde microalgen verwerkt in varkensvoer en gedurende een bepaalde periode aan de dieren gevoerd. Duitse en Nederlandse wetenschappelijke instellingen en bedrijven waren bij het onderzoek betrokken om de effecten in het laboratorium en in de praktijk te bestuderen. Uit de resultaten van de voederproef bleek dat de geselecteerde algen inderdaad positieve effecten hadden op de gezondheid en de groei van de varkens. Verder onderzoek is nodig om preciezer uit te zoeken op welke manier en in welke situaties de microalgen hun potentieel om de diergezondheid te bevorderen het best kunnen waarmaken.


Innovatie 3: Biofarmaceutica

Partners: TDI BV, AMRIF BV, Alloksys Life Sciences BV, Aix Scientifics CRO

Alloksys Life Sciences BV, AMRIF BV en TDI BV uit Wageningen ontwikkelen medicijnen op basis van alkalische fosfatase (AP), een niet-toxisch goed afbreekbaar lichaamseigen enzym. AP heeft de potentie om zowel complicaties te voorkomen, alsook het gebruik van verschillende bijwerkingen veroorzakende milieu-schadelijke en -persistente ontstekingsremmende medicijnen en antibiotica te vermijden.

De bedrijven hebben de afgelopen jaren gewerkt aan het gebruik van AP tijdens grote chirurgische ingrepen om complicaties, zoals nierfalen door het vrijkomen van ontstekingsstoffen tijdens en na de operatie, te verhinderen. AP voorkomt hier ook de noodzaak van langdurig gebruik van grote hoeveelheden van verschillende post-operatieve medicijnen. Gesteund door het MEDUWA-Vecht(e) project is een klinische studie met 1250 cardiochirurgiepatiënten gestart. Daarnaast zijn klinische studies gestart voor de inzet van AP bij niertransplantatie en brandwonden, eveneens situaties waarin grote hoeveelheden medicijnen worden gebruikt. Verder is een studie met COVID-19 patiënten begonnen, die tot doel heeft de noodzaak van IC-opname en het daarmee gepaard gaande gebruik van grote hoeveelheden medicijnen te voorkomen. Aix Scientifics, een ervaren klinische onderzoeksorganisatie uit Aken, heeft de Nederlandse partners ondersteund bij de uitvoering van deze proeven in ziekenhuizen.

Daarnaast richt men zich op de inzet van AP bij de vermindering van chronische ontstekingen, waarvan wordt aangenomen dat ze bijdragen aan aandoeningen zoals diabetes, obesitas en neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Parkinson. Bij diabetes kan het enzym gebruik van het milieuverontreinigende metformine voorkomen.

De bedrijven hebben ook een studie uitgevoerd om het gebruik van antibiotica bij biggen te verminderen. Verstoring van het darmbarrièresysteem, gepaard gaande met indigestie en diarree, is een veel voorkomende aandoening bij biggen waartegen meestal antibiotica worden ingezet. Verwacht wordt dat AP bij biggen dit post-speensyndroom zal verhelpen.

Tenslotte werd gewerkt aan de ontwikkeling van orale toepassingen (pillen of capsules), wat een belangrijke hindernis was om AP-behandeling mogelijk te maken. AP, indien oraal toegediend, moet worden beschermd tegen het maagzuur. Ook is gezocht naar nieuwe bronnen van AP. Het huidige AP wordt gewonnen uit de ingewanden van koeien. AP-productie door genetisch gemanipuleerde planten is een minder kostbaar alternatief, dat binnenkort zal worden toegepast.


Innovatie 4: Regionale risicobeoordeling (meetinstrument voor ruimtelijke risicobeoordeling van medicijnen en resistente bacteriën)

Partners: Radboud Universiteit, Universiteit Osnabrück, Wetsus

De Humane en Ecologische Risicobeoordelingsgroep van de Radboud Universiteit te Nijmegen maakt gebruik van grote datasets, geavanceerde computertechnieken en statistische modellen om milieurisico’s van gevaarlijke stoffen te beoordelen.

Hoofddoel van deze onderzoeksgroep in MEDUWA was om de milieurisicobeoordeling van medicijnen te optimaliseren zodat waterbeheerders en beleidsmakers beter in staat zijn om milieu en volksgezondheid te beschermen. De studies die voor het stroomgebied van de Vecht zijn uitgevoerd staan model voor toekomstige internationale risicobeoordelingen van medicijnen in het milieu.

In samenwerking met het instituut voor Milieuonderzoek van de Universiteit Osnabrück en Wetsus heeft de groep de risico’s van enkele medicijnen in de Vecht in kaart gebracht.

Voor waterplanten en waterdieren liggen de concentraties van sommige medicijnen in het Vechtwater soms te hoog.

Op basis van de huidige kennis zijn de risico’s voor volksgezondheid voor mensen die via drinkwater, sportvissen, en zwemmen met het water van de Vecht in contact komen klein.

Voorts is een literatuurstudie verricht naar het verband tussen de antibioticaresistentie van bacteriën en de antibiotica-concentraties in het water. De mate van antibioticaresistentie bij bacteriën in het oppervlaktewater staat ondermeer in verband met de aanwezigheid van antibiotica in behandeld rioolwater, oppervlaktewater en sediment. Vervolgonderzoek zal zich ondermeer richten op de risico’s van medicijnmengsels en van biologisch actieve omzettingsproducten van medicijnen.

De verkregen resultaten zijn deels verwerkt in het Watershed Information System (WIS).


Innovatie 5: Grijswatervoetafdruk

Partners: Universiteit Twente/Watermanagement, Geoplex GIS GmbH, Universiteit Osnabrück

De watervoetafdruk is een bekende indicator voor de hoeveelheid water die wordt gebruikt voor de productie van goederen en diensten. De watervoetafdruk is geschikt om de watergebruik-problematiek te illustreren voor het publiek, bedrijfsleven, beleidsmakers en besluitvormers. Naast de watervoetafdruk is nu ook een gereedschap ontwikkeld dat de “grijswatervoetafdruk” wordt genoemd. Dit nieuwe concept biedt een maatstaf voor de hoeveelheid water die nodig is om de concentratie van een verontreinigende stof in water te verlagen tot een niveau dat volgens de waterkwaliteitsnormen niet langer giftig is. Deze hoeveelheid water is afhankelijk van de hoeveelheid en de toxiciteit van een verontreinigende stof in het water.

De onderzoeksgroep Multidisciplinair Waterbeheer van de Universiteit Twente heeft in het MEDUWA-Vecht(e) project de grijswatervoetafdruk van verschillende humane en veterinaire medicijnen voor het stroomgebied van de Duits-Nederlandse Vecht berekend. De grootste grijswatervoetafdruk door humaan medicijngebruik in het gebied werd gevonden voor het synthetische pilhormoon ethinylestradiol: 16 miljard kubieke meter water per jaar. Met andere woorden, er zou 16 miljard kubieke meter water per jaar nodig zijn om de concentratie van deze stof in het stroomgebied van de Vecht terug te brengen tot een niet-giftig niveau. Dit hormoon is uitsluitend afkomstig van huishoudens. 95% van de totale grijswatervoetafdruk van dit hormoon is afkomstig van het Nederlandse deel van het stroomgebied wegens het hogere aantal inwoners en een hoger gebruik.

De grootste grijswatervoetafdruk afkomstig van ziekenhuizen werd gevonden voor het antibioticum ciprofloxacine.

De grootste grijswatervoetafdruk afkomstig van de veeteelt in het stroomgebied werd gevonden voor het antibioticum amoxicilline. Voorts blijkt uit de resultaten dat een aanzienlijke hoeveelheid in de Vechtstreek geproduceerde mest wordt geëxporteerd. Dit betekent dat de door veterinaire medicijnen veroorzaakte vervuiling deels buiten de regio plaatsvindt: 35% van de Duitse en 55% van de Nederlandse vervuiling vindt buiten het stroomgebied plaats.

De resultaten van de berekeningen met de grijswatervoetafdruk zijn gevisualiseerd in het stroomgebied-informatiesysteem (WIS) dat werd ontwikkeld door projectpartners Geoplex en Universiteit Osnabrück. Interactieve kaarten tonen de voetafdruk van medicijnen per gemeente, regio, ziekenhuis of veeteeltproduct (zuivelproducten, rundvlees, varkensvlees, kippenvlees en eieren).


Innovatie 6: Stroomgebied-informatiesysteem

Partners: Geoplex GIS GmbH, Universität Osnabrück, Wetsus, Radboud Universiteit, Universiteit Twente

Het Instituut voor Onderzoek naar Milieusystemen van Universiteit Osnabrück, Geoplex GIS GmbH, Wetsus,
Radboud Universiteit, en Universiteit Twente, bundelden inspanningen en ervaringen om een breed toegankelijk digitaal platform voor risico-evaluatie op te zetten: het Watershed Information System (WIS). De basis van het WIS is de Geography-referenced Regional Exposure Assessment Tool for European Rivers, oftewel het GREAT-ER model.

Doel van het WIS is het complexe gedrag van medicijnen en hun mogelijke effecten op de ecologie en de gezondheid van de lokale bevolking via water zichtbaar te maken en te evalueren. Dit is onderzocht voor twee verschillende weersomstandigheden (nat en droog weer). Wetsus analyseerde monsters uit het hele proefgebied op medicijnen, alsmede E. coli en resistente bacteriën (ESBL E. coli). De modelmatig berekende concentraties medicijnen en bacteriën werden vergeleken met de in het water gemeten waarden om het model te verbeteren. Het waterschap Zuiderzeeland leverde gegevens over de verwijderingsrendementen van rioolwaterzuiveringen.

De resultaten van de gemodelleerde scenario’s vormden een belangrijke basis voor de risicoevaluatie die door de Radboud Universiteit werd uitgevoerd. In het WIS kan de voorspelde concentratie en het ecologisch risico van 15 medicijnen voor elk segment van het Vechtstroomgebied worden opgevraagd. Ook kan de selectiedruk van antibiotica voor elke gewenste locatie opgevraagd worden.

Het digitale platform is ook gebruikt door andere projectpartners in het MEDUWAVecht(e) consortium om de effectiviteit van hun innovaties te visualiseren en evalueren. Via het WIS kan voor iedere ontwikkelde maatregel de potentiële bijdrage aan het verminderen van de uitstoot van medicijnen en resistente bacteriën voor het hele stroomgebied gesimuleerd worden. Op die manier is het platform ook geschikt voor communicatie en besluitvorming over maatregelen ter vermindering van de verontreiniging door medicijnen.

Wetsus, Europees kenniscentrum voor duurzame watertechnologie te Leeuwarden, heeft tezamen met Universiteit Osnabrück, als indicator voor fecale verontreiniging, Escherichia coli (E. coli) bacteriën, alsmede antibioticaresistente E. coli, in het hele stroomgebied van de Vechte geanalyseerd en gemodelleerd. Inzicht in de lotgevallen van bacteriën in een stroomgebied kan helpen bij het voorspellen van blootstelling van mensen aan antibioticaresistente bacteriën, tijdens bijvoorbeeld waterrecreatie of via drinkwater en irrigatie van voedselgewassen.

Op 25 locaties werd het Vechtstroomgebied herhaaldelijk bemonsterd. Daarnaast zijn verspreid over het gebied monsters van rioolwaterzuiveringen en sloten in landbouwgebied genomen. De monsters werden door middel van kweek geanalyseerd op aanwezigheid van E. coli. Tevens werd bepaald welk aandeel van de E. coli ESBLenzymen of carbapenemase-enzymen kunnen produceren. Op zeven locaties werden zowel E. coli als de resistente varianten geïsoleerd uit elk monster dat op die locatie werd genomen. In de winter lagen de concentraties het hoogst. Voor de geografische modellering is gebruik gemaakt van het GREAT-ER-model.

Op basis van de aangetroffen en gemodelleerde E. coli-concentraties werd geconcludeerd dat het stroomgebied van de Vecht niet overal zwemwaterkwaliteit heeft. Op een aantal van deze bacterieel verontreinigde locaties wordt tijdens zomerse dagen gezwommen. Wat dit betekent voor de volksgezondheid is nog niet onderzocht.


Innovatie 7: Draadloos veetoezicht

Partners: Noldus Information Technology BV (Lead), Demcon BV, Ubisense GmbH

Noldus Information Technology uit Wageningen ontwikkelt sinds 1989 geïntegreerde systemen voor onderzoek naar diergedrag, met als doel een betere diergezondheid en dierenwelzijn.

Met de trend naar grotere stallen voor groepen landbouwhuisdieren, wordt het steeds belangrijker om gedrag, gezondheid en welzijn van individuele dieren in die groepen te kunnen monitoren. Individuele monitoring maakt het mogelijk ziekten vroegtijdig op te sporen en snel gericht op te treden, wat bijdraagt aan een vermindering van overmatige groepsmedicatie. Individuele monitoring helpt ook om dieren te identificeren die ongewenst gedrag vertonen, zoals verenpikken bij pluimvee en staartbijten bij varkens.

Traditionele methodes voor monitoring, zoals live observatie en video-gebaseerde handmatige scoring van gedrag, zijn subjectief en tijdrovend. In het MEDUWA project werd een robuust en nauwkeurig systeem voor geautomatiseerde dierobservatie doorontwikkeld, waarbij meerdere gegevens over de dieren worden geïntegreerd. Met behulp van ultra-breedband radiotechniek maakt het TrackLab™ systeem het mogelijk om real-time grote aantallen dieren individueel te volgen in grote gebieden met een grote ruimtelijke nauwkeurigheid en een voldoende aantal metingen.

De volgende stap was het vergroten van het vermogen van het systeem om specifieke gedragingen automatisch te detecteren. Dit werkte goed: eetgedrag, eten en herkauwen, kan nu met 95% nauwkeurigheid herkend worden. Voortbeweging, liggen en staan, kan met respectievelijk 87% en 81% nauwkeurigheid vastgesteld worden.

De ultra-breedband-sensoren zijn ontwikkeld door projectpartner Ubisense GmbH in Düsseldorf. Demcon BV, project partner in Enschede, ontwikkelde een prototype van een lichaamstemperatuursensor, gebaseerd op onderhuidse meting en draadloze datatransmissie. Noldus IT richtte zich op de ontwikkeling van de software: een veelzijdig en gebruiksvriendelijk gereedschap voor gegevensverzameling, opslag, visualisatie en analyse. Samen met de sensoren en dataverwerkingshardware heeft dit geresulteerd in een geïntegreerde oplossing voor veehouderijonderzoek en precisielandbouw.


Innovatie 8: Plasma geactiveerd water

Partners: VitalFluid; Universitätsklinikum Münster (UKM) Institut für Medizinische Microbiologie (IfMM) und Institut für Hygiene (IfH), Radboud University Medical Centre (RUMC)

VitalFluid BV uit Eindhoven is gespecialiseerd op het gebied van plasmatechnologie, een oxidatieproces waarbij uitsluitend gebruik wordt gemaakt van lucht en elektriciteit. Lucht wordt met behulp van elektriciteit in een plasmafase gebracht en vervolgens in contact gebracht met het te behandelen water. Reactieve zuurstof en reactieve stikstof uit de lucht lossen zich in het water op en breken aldaar verontreinigingen af.

Binnen het MEDUWA-Vecht(e) project is onderzocht of de plasma-technologie kan worden ingezet om medicijnen en microorganismen aan de bron onschadelijk te maken voordat deze worden geloosd op het riool. Aangezien de concentratie van verontreinigende stoffen hier het hoogst is, is dit het meest energie-efficiënte manier om schadelijke stoffen af te breken. Door de plasma-technologie kleinschalig en modulair te ontwikkelen kan deze flexibel aan de bron worden ingezet voor vele waterzuiveringstoepassingen. Denk hierbij aan mobiele units die patiënten tijdens een medicijnkuur thuis kunnen aansluiten op het toilet. De desinfecterende werking van deze techniek werd onderzocht door de instituten voor Hygiëne en Medische Microbiologie van het Universitair Medisch Centrum te Münster (UKM). Het plasma-geactiveerd water vertoonde in talrijke testreeksen een sterk bacterie-remmend effect en het aantal levende bacteriën werd geminimaliseerd. Ook werden waterbacteriën en fysiologisch stabiele bacteriën gedood. Volgens het UKM kan de techniek daarom worden gebruikt in hygiëne-processen zoals toiletspoeling of oppervlaktereiniging. Het Research Lab Moleculaire Epidemiologie van het Radboud Universitair Medisch Centrum te Nijmegen heeft onderzocht of met deze techniek medicijnen uit water verwijderd kunnen worden. Op laboratoriumschaal blijkt het mogelijk te zijn met plasma-geactiveerd water medicijnen zoals cyclofosfamide, diclofenac, metoprolol en paracetamol af te breken tot een cocktail van honderden kleine moleculen met een verminderde toxiciteit. Naar de resterende toxiciteit wordt nog verder onderzoek gedaan. De afbraak door plasma-geactiveerd water blijkt in ieder geval effectiever dan met conventionele technieken, zoals UV. De techniek is al op kleine schaal beproefd met urine van patiënten. Daaruit is het idee geboren om urine van patiënten uit de dagbehandeling te zuiveren voordat het wordt weggespoeld via het riool. Het Radboudumc gaat hiertoe in het ziekenhuis een proefopstelling plaatsen.


Innovatie 9: Nanoflitratie

Partners: NX Filtration BV; Weil Wasseraufbereitung GmbH, Saxion UAS

NX Filtration BV, Saxion Hogeschool uit Enschede en Weil Wasseraufbereitung GmbH uit Osnabrück, drie partners in het MEDUWA-Vecht(e) project, combineerden “hersens, passie, handen” voor een vruchtbare grens-overschrijdende samenwerking. Gezamenlijk maakten zij een grote stap richting de introductie van een nanofiltratie-product dat microverontreinigingen verwijdert uit het uitstroomwater (effluent) van rioolwaterzuiveringsinstallaties.

Het nanofiltratie-membraan is een nieuw en gespecialiseerd membraan van NX Filtration. Dit membraan heeft een uiterst dunne selectieve laag. Door deze laag kunnen water en mineralen passeren, maar de poriën van de laag zijn te klein voor de meeste microverontreinigingen. Het resultaat is dat de microverontreinigingen die nog in het huidige effluent aanwezig zijn, door het filter worden tegengehouden, terwijl schoon en veilig water wordt geproduceerd.

Naast medicijnen verwijdert het nanofiltratieproces ook andere zorgwekkende componenten zoals microplastics en nanodeeltjes, zoals titaniumdioxide in verf en zonnebrandmiddelen, die niet kunnen worden tegengehouden of afgebroken door andere technologieën zoals UV, ozon en actief kool. Potentiële toepassingen zijn niet alleen de behandeling van effluent voor direct hergebruik of aanvulling van grondwater, maar ook de directe behandeling van oppervlaktewater om water van drinkwaterkwaliteit te produceren. In het MEDUWA-Vecht(e) project hebben de partners de efficiëntie en effectiviteit van deze techniek aangetoond op een aantal locaties in zowel Nederland als Duitsland. Ze begonnen op het niveau van ééndaagse laboratoriumexperimenten en zijn tijdens het project opgeschaald naar hun testbank in de rioolwaterzuiveringsinstallatie Glanerbrug (NL). Daar werden testen uitgevoerd om stabiele en langdurige werking van nanofiltratie aan te tonen. In de laatste fase van het project zijn op verschillende waterzuiveringsinstallaties in het stroomgebied van de Vecht lange-termijn-testen uitgevoerd met meerdere versies van het nanofiltratie-membraan onder verschillende procescondities. Vervolgonderzoek richt zich op een optimalisering van de verwerking van het achtergebleven concentraat.


Innovatie 10: Draadloze grondwater-monitoring

Partners: Novaris Orbit Technology BV

Inzicht krijgen in de waterhuishouding in de bodem is niet alleen belangrijk voor de landbouw ter bevordering van groene weilanden en goede oogsten. Gegevens over de doorlaatbaarheid en grondwaterpeil zijn ook bruikbaar om de verspreiding van ondergrondse waterstromen met daarin verontreinigingen als zouten, meststoffen, medicijnen en pesticiden in kaart te brengen. Deze gegevens over de bodem zijn niet eenvoudig te verkrijgen. Bestaande meetsystemen zijn niet alleen kostbaar, maar ook lastig te installeren en gegevens zijn moeilijk te interpreteren.

Met het doel beter inzicht te kunnen krijgen in de waterhuishouding in de bodem, heeft Novaris Orbit Technology BV te Saasveld binnen het MEDUWA-Vecht(e) project een nieuw draadloos en energiezuinig ondergronds meetsysteem ontwikkeld. De sensoren worden volledig ingegraven in de bodem en van daaruit worden gegevens verzonden. Het weiland of de akker kan dus normaal gebruikt blijven worden; er is geen apparatuur of antenne boven de grond. Hierdoor is het ook mogelijk om voldoende meetpunten in een weiland te plaatsen zodat een nauwkeurige meting kan worden verkregen van de waterhuishouding in een heel perceel. Alle informatie van de sensoren gaat via een draadloos ondergronds netwerk naar een centraal punt, meestal bij de boerderij.

Afhankelijk van de beschikbaarheid van geschikte sensoren kunnen, naast waterhoeveelheid, ook gegevens verzameld worden over de kwaliteit van het grondwater. De boer of het waterschap kan hierdoor vrijwel continue zien of er voldoende water in de bodem is, of de doorlatendheid van de bodem goed is, of de kwaliteit van het water in orde is, en ook waar het grondwater naar toe stroomt. Irrigatie en mestgift kan dan beter op de situatie in de bodem worden afgestemd. Grondwaterbeheerders krijgen hierdoor beter inzicht in de verspreiding van verontreinigingen.

In het MEDUWA-project is dit draadloze meetsysteem in meerdere proefvelden uitgetest en zal komende jaren worden doorontwikkeld.


Innovatie 11: Mobiel toestel voor wateranalyse (automatische in-situ monitoring van micro-verontreinigingen)

Partners: InProSens UG

De start-up InProSens UG uit Oldenburg ontwikkelt innovatieve sensoren op basis van optische meettechnologie. Deze apparaten kunnen worden gebruikt om direct inzicht te krijgen in de samenstelling van vloeibare en vaste stoffen.

Tot nu toe moesten watermonsters naar een laboratorium worden gezonden om het gehalte aan medicijnen in water, bodem en voedsel te bepalen. Daar worden deze monsters voorbereid met complexe methoden en vervolgens geanalyseerd met gewone laboratoriuminstrumenten. Analyseresultaten zijn daardoor doorgaans pas enkele dagen na de bemonstering beschikbaar. Dit maakt analyses ook kostbaar. Bovendien betreft het slechts steekproeven. Direct ingrijpen, bijvoorbeeld om de afvalwaterstromen te sturen op basis van de analyseresultaten, is dus niet mogelijk.

In het MEDUWA-Vecht(e)-project heeft InProSens zich geconcentreerd op de ontwikkeling van een meettoestel waarmee vloeistofmonsters continu en in enkele seconden ter plaatse – bijvoorbeeld in de rioolwaterzuivering – kunnen worden geanalyseerd. Op deze wijze kan ook het concentratieverloop van verontreinigingen gedurende een langere tijd gevolgd worden.

Het ontwikkelde sensorsysteem is gebaseerd op het niet-destructieve chemicaliën-vrije principe van optische straling.

Het te meten monster wordt door de sensor bestraald met licht uit het bijna-infrarode bereik. Het monster absorbeert een karakteristiek deel van het licht. Het deel van het licht dat niet door het monster wordt geabsorbeerd, wordt naar de sensor teruggekaatst. De sensor kan dan van elke stof een zogenaamd individueel absorptiespectrum verkrijgen, op dezelfde manier als een vingerafdruk karakteristiek is voor mensen.

De sensor zal vanaf 2021 klaar zijn voor gebruik in de chemische industrie. De aanvullende component voor het meten van zeer lage concentraties medicijnen moet nog verder worden geoptimaliseerd. In samenwerking met de partners in het MEDUWA-consortium heeft InProSens de sensor al kunnen testen in een rioolwaterzuiveringsinstallatie.


Innovatie 12: Fytoremediatie (Ayurveda(water)planten voor reiniging van bodem en water (fytoremediatie)

Partners: Europa Ayurveda Centrum (EAC) en het academisch ziekenhuis Münster (UKM)

Het Europa Ayurveda Centrum (EAC) te Witharen, de instituten voor Hygiëne en Medische Microbiologie van het universitair medisch centrum Münster (UKM) en Wetsus deden onderzoek naar de reinigende en antimicrobiële eigenschappen van planten.

Voor het MEDUWA-onderzoek naar de antibiotische werking van ayurvedische planten en plasma-geactiveerd water zijn door UKM zowel klassieke microbiologische methoden alsook nieuwe kweekonafhankelijke technieken en procedures op cellulair en moleculair niveau toegepast en doorontwikkeld, waaronder flowcytometrie en polymerasekettingreactie (PCR).

In dit kader werd onderzocht of door medicijnen verontreinigd water door ayurvedische planten gereinigd kan worden (fytoremediatie). Aangetoond werd dat een set van vijf waterplanten in staat is concentraties van medicijnen zoals tetracycline, metformine en erythromycine in het water te verlagen. Wat er precies met de medicijnen gebeurt moet nog verder onderzocht worden. Zo dienen andere variabelen die het lot van medicijnen kunnen beïnvloeden, waaronder natuurlijke UV-straling, in vervolgonderzoek uitgesloten te worden.

Planten- en plantenextracten vertonen volgens de Ayurvedische gezondheidsleer ook een bacterie-remmende werking.

Het EAC kweekte hiertoe 15 verschillende waterplanten (de Bhima Choorna formule), waarvan de antibiotische werking tegen sporevormende, huid-, milieu- en waterbacteriën duidelijk kon worden aangetoond. Het gebruik van de extracten als substituut voor antibiotica in de diergeneeskunde en de humane geneeskunde is volgens het UKM dan ook denkbaar en zal nu in verdere studies en projecten worden getest.

De Bhima Choorna formule zal doorontwikkeld worden als natuurlijk antibioticum voor dier en mens. In de volgende fase worden gerandomiseerde, dubbelblinde experimenten uitgevoerd. Hiermee hoopt het Europa Ayurveda Centrum een doeltreffende oplossing te kunnen geven voor het enorme probleem van antibioticaresistentie en de bijwerkingen van de huidige antibiotica. Men verwacht het middel in 2024 op de markt te kunnen brengen.


Innovatie 13: Productketenbenadering

Partners: Stichting Huize Aarde, The Integrated Assessment Society (TIAS), Universiteit Osnabrück

Het concept voor het MEDUWA-Vecht(e) project werd ontworpen door Stichting Huize Aarde.

In 2001 ontwikkelde de stichting het programma Groene Ziekenhuizen. In dit programma werkten Zuid-Amerikaanse en Nederlandse ziekenhuizen samen. Deze instellingen beschouwen zorg voor het milieu als onderdeel van de zorg voor de patiënt. Een van de vragen die bij ziekenhuisapothekers opkwam betrof het lot van medicijnen zoals synthetische hormonen, cytostatica en antibiotica, nadat ze via het riool in het milieu terechtkomen.

Ter beantwoording van deze vraag was het nodig het onderwerp vanuit een groot aantal invalshoeken te bestuderen. Inmiddels hebben ruim honderd studenten in het kader van hun stage het thema onder de loep genomen en bij verschillende instellingen geagendeerd. Iedere instelling werd gevraagd maatregelen langs de hele levenscyclus van het product (de “productketen”, “medicijnketen” of “verantwoordelijkheidsketen”) te ontwikkelen, met nadruk op het begin van de keten.

Tien jaar later werd het MEDUWA-concept geboren, dat verschillende vernieuwers en academici met elkaar in contact bracht om gezamenlijk te zoeken naar adequate strategieën. Het doel van MEDUWA-Vecht(e) was te laten zien dat een complex en dynamisch vraagstuk met een ecologische en maatschappelijke impact van mondiale proporties, in meerdere fasen van de levenscyclus van het product door meerdere sectoren (waaronder humane gezondheidszorg, diergeneeskunde, milieubeheer overheid, bedrijfsleven, burgerinitiatieven) in onderlinge samenhang aangepakt kan worden.

De oplossing van zo’n vraagstuk hangt niet alleen af van innovatie van kennis en technologie. Ook de manier waarop (semi-)overheden, universiteiten, innovatoren en andere belanghebbenden met elkaar communiceren en samenwerken is bepalend. In de praktijk vereist dit inclusieve transdisciplinaire, sector-overstijgende en grensoverschrijdende samenwerking. Elke actor heeft de kennis, invloed en het vermogen om op het eigen niveau in de productketen oplossingen te ontwikkelen en processen te veranderen.

De praktische uitvoering van het MEDUWA-concept kon tot een goed einde worden gebracht door de nauwe en respectvolle samenwerking met Universiteit Osnabrück, The Integrated Assessment Society (TIAS) en EUREGIO.