Kan dagens moderne DNA-teknologi brukes til rask deteksjon av sykdomsrelaterte mikroorganismer i drikkevannet vårt? Ja, mener forskere ved Høgskolen i Sørøst-Norge og Sensovann AS.

En gruppe forskere ved Høgskolen i Sørøst-Norge (HSN), campus Vestfold, har utviklet en raskere, rimeligere og mer pålitelig metode for å påvise sykdomsrelaterte mikroorganismer i vann.

Det VRI-finansierte forprosjektet har fokusert på å studere en mikrofluidikkbasert brikke eller chip med teknologi for DNA-analyse av urin. Mikrofluidikk er et fagfelt som omfatter manipulasjon og presis kontroll av væsker i mikrokanaler.

Det knøttlille mikrolaboratoriet på størrelse med et kredittkort (lab-on-a-chip) har forskergruppen i samarbeid med Sensovann AS konstruert til å fungere som en fleksibel og selvstyrende enhet for rutinemessig kontroll og analyse av vannkvaliteten.

– Gjennom prosjektet har vi utviklet et foreløpig laboratoriebasert mikrofluidintegrert sensorsystem for sanntids overvåking av patogener i urin- og vannprøver. I andre prosjekter utvider gruppen forskningsprosjektet for kontinuerlig overvåkning av kjemiske stoffer i vann- og urinprøver, forteller professor Tao Dong ved fakultet for teknologi, naturvitenskap og maritime fag, institutt for mikrosystemer ved HSN.

Nytt bruksområde

Dong er prosjektleder for forskning- og utviklingsprosjektet med navn «Mikrofluidikkbasert PCR med kontinuerlig strømning i sanntid, for rask deteksjon av mikrobielle patagoner». PCR (polymerase kjedereaksjon) er en teknikk for å lage millioner av kopier av et stykke av DNA.

Professor Tao Dong sier at forskningen gjelder grunnleggende prinsipper for DNA-teknologi. Men hovedpoenget er at forskerteamet har utviklet en ny måte å bruke teknologien på, nemlig påvisning av DNA-innhold i mikroorganismer i vann ved bruk av mikrofluidiske systemer.

Ulike laboratoriefunksjoner er miniatyrisert og integrert ombord på brikken som gir kontinuerlig prøveanalyse. Noen deler av biosensorene er så små at de ikke kan være med på et vanlig bilde. Hensikten er rask identifisering av eventuelle sykdomsfremkallende mikroorganismer i vannet slik at tiltak kan settes inn så tidlig som mulig. I dag må prøver fra nettverket sendes fysisk til et laboratorium og det tar lenger tid å oppdage eventuell fare med vannet.

Finansiert av VRI Vestfold

Forprosjektet er finansiert av VRI Vestfold (Virkemidler for regional innovasjon), som er Forskningsrådets hovedsatsing på forskning og innovasjon i norske regioner gjennom at aktører fra ulike fagmiljøer samarbeider.

Høyskolens hovedsamarbeidspartner i prosjektet er Sensovann AS, etablert i desember 2013 om et spin-off-selskap av PhD-stipendiatene Zhaochu Yang, Nuno Miguel Matos Pires og Lars-Cyril Blystad.

– Selskapet har som mål å levere et varslingssystem for drikkevannsikkerhet, forebygging av vannforurensning og folks sykdom, forklarer daglig leder Zhaochu Yang i Sensovann AS. – Basert på forskningsresultater fra to FoU-prosjekter er et prototypeprodukt utviklet. Det er den første husholdningenes lab-on-chip-enhet som kontinuerlig overvåker spor av akutte giftstoffer, kreftfremkallende kjemikalier og vanlige vannbårne patogener som finnes i drikkevann over hele verden.

Yang sier at VRI-prosjektet har fungert som en konkret forskningsplass for å utvikle fremtidige mikrofluidikkbaserte chips, som er viktige mål for forskergruppen ledet av professor Dong og for kommersialiseringen av Sensovann AS.

– VRI-prosjektet har bare vært begynnelsen og hjulpet frem to mastergradstudenter. Som følge av VRI-støtten er prosjektet blitt gitt flere nye midler, deriblant gjennom Oslofjordfondet og Horizon 2020, forteller Dong.

– Vi er interessert i å videreutvikle teknologien i et større prosjekt sammen med høyskolen for applikasjoner som involverer identifisering av humant DNA i urinprøver, slik som kreves i idrettsdoping og rusmiddelmisbruk, tilføyer Yang.

Jobber videre med teknologien

Underveis er også enda et nytt foretak etablert sammen med We Sustain AS. Fellesforetaket heter Aqua Alarm AS og tar sikte på å kommersialisere miniatyriserte løsninger for tidlig varsling av forurensningshendelser i drikkevann.

– Overvåkingen av vannkvaliteten er god i dag, men kan bli enda bedre med dette nye og effektive systemet, som blant annet minsker faren for senvarsling. Det genuine er at den gamle og nye løsningen er integrert for rask analyse av både kjemikalier og bakterier i vann, sier doktorgradsstudent Haakon Karlsen, kommende teknisk leder i Sensovann AS.

Lab-on-a-chip-sensorplattformen har potensial for masseproduksjon og kan erstatte deler av det tradisjonelle laboratoriearbeidet, som kan være både tidkrevende og kostbart.

– Vestfold Vann og Nedre Romerike Vannverk har allerede tatt i bruk den nye metoden for overvåking av vannkvaliteten. Nå fortsetter vi jobben med å videreutvikle teknologien og har satt ambisiøse mål om at chipen skal kunne kommersialiseres både nasjonalt og internasjonalt, sier Dong.