KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA

REDACTIONEEL

EDITIE 32, JUNI 2017

Labfaciliteiten Stressfysiologie geheel
conform ISO/IEC 17025 en volgens de
kunst van 5S

Begin dit jaar heeft de onderzoeksgroep Stressfysiologie (StressChron) van de Universiteit Gent (UGent) en het Instituut voor Landbouw- en Visserijonderzoek (ILVO) volledig nieuwe laboratoriumfaciliteiten in gebruik genomen in Oostende. De zeer strak ingerichte laboratoria voor biochemische, massaspectrometrische, morfometrische en moleculaire bepalingen zijn volledig geënt op het werken conform ISO/IEC 17025 alsook volgens 5S.

Schubben vormen de ideale matrix voor chronische stress kwantificatie bij vissen. Deze exoskeletale structuren blijven immers gedurende heel het leven met de vis meegroeien en vormen zo een blijvende geheugenkaart van alle stressreacties die tijdens het vissenleven zijn opgetreden. Gebruikmakende van state-of-the art ultra hoge performantie vloeistof chromatografie gekoppeld aan tandem massaspectrometrie (UPLC-MS/MS) worden in een schub van een vis stresshormonen (in casu glucocorticoïden, met name cortisol) gekwantificeerd. Daarmee kun je een reconstructie maken van de ernst en de tijdstippen van de stress zoals het dier die heeft meegemaakt. Dit innovatief en gepatenteerd model vormt de basis voor tal van fundamenteel en toegepast onderzoek binnen de onderzoeksgroep Stressfysiologie, waarvoor eind 2016 in minder dan drie maanden compleet nieuwe laboratoria zijn bij onze onderzoeksactiviteiten, omdat we diverse onderzoeksprojecten hebben binnen Blue Growth, zowel op het gebied van aquacultuur als wildlife.”

 

 

 

 

 

 

 

Referentielaboratorium

Nieuwbouw was een must omdat het laboratorium aan verschillende internationale kwaliteitsnormen moet voldoen. “Allereerst is dat ISO/IEC 17025, van belang voor internationale credibiliteit daar dit de volledige traceerbaarheid en kwaliteitsgarantie biedt van alles wat we doen. Verder ook het werken volgens 5S, daar we in de toekomst als referentielaboratorium op het gebied van stressfysiologie overheen vertebraten willen gaan fungeren. Hierbij dient alles zo efficiënt mogelijk ingericht te zijn. Zo is alles uniek gecodeerd, heeft alles één bepaalde, vaste plaats en zijn de laboratoriumruimtes specifiek ingericht en geoptimaliseerd naar werkprocessen en zo ver mogelijk geautomatiseerd”, vertelt Dr. Johan Aerts. Ten tijde van het interview met LabVision, half maart 2017, waren de laboratoria nog niet volledig operationeel; tal van apparatuur moest nog worden geleverd en nog niet alle medewerkers waren gestationeerd op hun nieuwe vaste stek. Deze situatie gaf wel de gelegenheid om een helder beeld te krijgen van de tot in het kleinste detail gestructureerde inrichting van de verschillende laboratoriumruimtes, en dit geheel in het teken van 5S. Wat meteen opvalt, is dat alles is gecodeerd, van werkplek tot pipet, van plank in een chemicaliënkast tot rek in een vriezer. “Elk bench nummer is toegewezen aan een bepaalde persoon, die een bij de bench horende set van materialen ter beschikking krijgt (pipetten, vortex, etc.). Als we analyses doen, weten we steeds exact wie en met welk materiaal dat gebeurde. Alles is te traceren naar instrumenten, chemicaliën, ja zelfs de gebruikte tubes. De flow van een monster binnen de laboratoria is eenduidig vastgelegd, zodat we heel snel monsters kunnen traceren in het proces”, aldus Dr. Johan Aerts.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Modulair bouwen

De laboratoriuminrichting werd verzorgd door Köttermann, geen onbekende binnen de laboratoriumwereld en ook geen onbekende voor Dr. Johan Aerts die in een vorige functie bij ILVO de verantwoordelijkheid had over de 18 laboratoria binnen het Animal Marine Laboratory (ANIMALAB). “Ik ken de laboratoriumwereld en weet dat Köttermann kwaliteitsvol laboratoriummeubilair levert.” De hoge tijdsdruk heeft overigens geen negatieve invloed gehad op het resultaat: strak vormgegeven en ook hoogwaardig afgewerkte faciliteiten. Dat laatste is een must voor de onderzoeksgroep Stressfysiologie omdat, vanwege het werken met glucocorticoïden die voorkomen bij alle vertebraten en dus ook bij de mens, er steeds een kans op cross-contaminatie kan zijn. Alles dient dus perfect rein te zijn. Door de modulaire opzet van de inrichting kan gemakkelijk worden omgegaan met de dynamiek rond de op te richten spin-off, die op basis van het portfolio aan patenten analyses zal uitvoeren voor commerciële opdrachtgevers. Dit ten opzichte van het wetenschappelijk onderzoek meer routinematige werk kan gezien de belangstelling best wel eens een hoge vlucht nemen zodat de spin-off binnen afzienbare tijd zal worden opgericht. De vleugel in het Greenbridge incubatorgebouw zal echter de onderzoeksafdeling blijven.

 

Gestructureerde laboratoria

 

 

 

 

 

 

 

 

De verschillende laboratoriumruimtes zijn gestructureerd conform de flow die een monster dient te doorlopen. In het begin van de vleugel begint dat bij enkele algemene laboratoria, een eerste voor monsterregistratie en -opslag. Daarna is er een ruimte waar de monsters, onder strikte en ‘cleane’ omstandigheden, worden gehomogeniseerd. Afhankelijk van de matrix kan dat bijvoorbeeld knippen of malen met de Retsch PM100 planetaire kogelmolen zijn. Een volgende ruimte is gereserveerd voor monstervoorbereiding, met vaste plaatsen voor analytische balansen, stereomicroscopie voor het morfometrische werk aan de schubben, een plate reader voor immunologische bepalingen, alsook nog andere hoogtechnologische apparatuur voor meer biochemische bepalingen. Voorts zijn er acht werkplekken specifiek uitgerust voor het met behulp van SPE opzuiveren en concentreren van de monsters voor massaspectrometrie. Na een ruimte met apparatuur voor wassen en drogen van laboratoriummateriaal alsook de productie van Type I water en ijs, kom je bij een groot laboratorium voor massaspectrometrie. Deze geklimatiseerde ruimte biedt plaats aan maar liefst acht UPLC-MS/MS-systemen, die in de loop van dit en de komende jaren verder zullen worden geplaatst. Deze systemen laten toe om in niet minder dan 14 matrices glucocorticoïden te kwantificeren tot 10 ppt en lager voor water, en in de lagere ppb-range voor veren en tal van andere matrices. Aanpalend is een ruimte voor technische faciliteiten, waaronder stikstofgeneratoren en argon voorziening. Aan de overkant van de gang bevinden zich drie laboratoria voor moleculaire analyse met ruimtes voor RT PCR/PCR, pre-PCR en post-PCR (gelelektroforese en bio-imaging). Aan die kant zijn ook de kantoren, met maximaal twintig plekken voor post-doc’s, PhD’s, laboranten en MSc-studenten, alsook een ruimte voor opslag van chemicaliën gelegen.

 

Expertisecentrum

Met gevalideerde methoden om acute maar ook chronische stress te bepalen bij niet alleen vissen, maar bij alle vertebraten, tot aan de mens toe, geeft dit een waaier aan mogelijkheden voor innovatief fundamenteel alsook toegepast stressfysiologisch onderzoek. “Tot voor enkele jaren was het stressgerelateerd onderzoek bij bijvoorbeeld vissen in hoofdzaak gebaseerd op de meting van acute stress, veelal aan de hand van enzymatische immuno-assay’s op plasmamonsters. Die waarden zijn echter niet geschikt voor uitspraken over chronische stress, omdat ze enkel een momentopname weergeven van de stressreactie. Alleen al het bemonsteren van de vis kan tot hogere cortisolwaarden leiden. Bovendien is de stress-as onderhevig aan een dag-nachtritme, seizoensinvloeden en nog veel meer factoren”, stelt Dr. Johan Aerts. “Een meerwaarde voor het onderzoek is dat wij voor elke matrix en species afzonderlijk een profiel van de betreffende glucocorticoïden (precursors, actief hormoon alsook de voornaamste fase I metabolieten) nauwkeurig kunnen kwantificeren middels UPLCMS/ MS, en dit tot op zeer lage concentraties. Daarbij maken we voor chronische stress bepalingen niet alleen gebruik van de gepatenteerde methode met de schubben, maar bijvoorbeeld ook van veren bij vogels en haren bij zoogdieren. Onze aanpak is tevens multidisciplinair. In de laboratoria voor moleculaire analyse verrichten we genexpressie studies naar key genes van de stress-as alsook glucocorticoïd receptoren, die we kunnen correleren met massaspectrometrische gegevens van het glucocorticoïd profiel, alsook met biochemische parameters, zoals glucose, lactaat en diverse immunologische analyten, en morfometrische data. Belangrijk hierin is dat we data overheen vertebraten vergaren, gaande van vissen zoals bijvoorbeeld van karper en zebravis, omdat van deze dieren het genoom gekend en beschikbaar is, tot de hogere vertebraten en de mens. Dit is een meerwaarde gezien de evolutionair sterk geconserveerde stress-as, zijnde bij vissen de HPI-as (‘hypothalamic-pituitary-interrenal’) en bij de hogere vertebraten de HPA-as (‘hypothalamic-pituitary-adrenas’). Overigens kunnen we met deze nieuwe methoden ook bijdragen tot het achterhalen van de mechanismen van chronische stress. Diverse onderzoekslijnen binnen de onderzoeksgroep Stressfysiologie zijn gewijd aan dergelijk fundamenteel onderzoek.”

 

Toegepast onderzoek

Andere onderzoekslijnen gaan van experimenteel tot zeer toegepast onderzoek. Een voorbeeld is het bijdragen tot de optimalisering van aquacultuur systemen tot duurzamere systemen voor diverse species waaronder zalm, karper, tilapia, forel en zeebaars. In aquacultuur systemen is het van belang dat vissen zo weinig mogelijk chronische stress ervaren, want dat heeft een negatief effect op de gezondheid, leidt tot verlaagde reproductie, lage groei en hogere mortaliteit ten gevolge van een grotere gevoeligheid voor pathogenen. Er wordt in dit kader onderzoek gedaan naar onder meer de invloed van management factoren (geluid, etc.) op het stressniveau bij vissen, de interactie tussen pathogenen en glucocorticoïden en het feed regime. Een tweede toepassingsgebied vormen de zogenaamde ‘ornamental fisheries’, zoals koi karpers in vijvers, siervissen in kleine aquaria thuis en in dierentuinen. Wat is bijvoorbeeld het effect van bepaalde systemen (voel-aquaria, geluid in dierentuinen) op de vissen? Ook wild life is een toepassingsgebied met vele onderzoeksuitdagingen. Denk daarbij aan monitoring van stress van tal van vissoorten op effecten van klimaatverandering, zoals hogere temperaturen en water acidificatie. Het kan ook gaan om secundaire effecten: gevolg is namelijk vaak dat de dieren bij ongunstige omstandigheden gaan migreren naar een nieuwe leefomgeving, wat ook weer chronische stress kan opleveren door factoren als meer of minder predatie en voedseltekort.

 

Zebravissen revisited

De nieuwe methoden dragen ook bij tot het onderzoek naar chronische stress bij zebravissen. “Van de zebravissen bestaan inmiddels diverse lijnen, die in verschillende laboratoria over de wereld worden gekweekt. De wijze waarop deze dieren al dan niet beter aangepast zijn om met stimuli om te gaan, is van belang. De ene lijn is immers de andere niet inzake stressresistentie, en ook verschillen in de leefomstandigheden hebben hier een invloed op. Fundamenteel onderzoek naar early life stress is ook hier van belang: hoe ontwikkelt de HPI-as zich bij vissen afhankelijk van bepaalde stimuli in de omgeving. En meer experimenteel: hoe kun je die early life stress zodanig beperken, maar toch optimaal houden, dat die dieren op een optimale wijze gehouden kunnen worden? Als je tot ‘best practices’ komt voor de ideale aquacultuur voor vissen, kan je in de toekomst een zekere bias ten gevolge van de verschillen in stressbestendigheid voor zijn.”

 

Duurzaam

Door de mix van fundamenteel en toegepast onderzoek speelt de onderzoeksgroep Stressfysiologie effectief in op de kennisvragen van zowel UGent als ILVO, en voorziet deze van een meer maatschappelijke context. “Ons uiteindelijke streven is om met ons stressfysiologisch onderzoek ondermeer bij te dragen aan een meer duurzame en diervriendelijke ontwikkeling van houderijsystemen. Dat kunnen aquaculturen zijn, maar ook andere systemen, zoals veehouderijen. We richten ons op het hele scala aan vertebraten. Ook op biomedisch gebied kunnen we bijdragen door bijvoorbeeld de invloed van stress op bepaalde pathologieën beter in kaart te krijgen. Daarbij dient echter steeds in het achterhoofd gehouden te worden dat stress niet per definitie gelijk is aan een verminderd welzijn, maar wel bij kan dragen tot een verbeterd welzijn of er afbraak aan doet. Een beetje als het meubilair van Köttermann voor ons onderzoek: het brengt ons niet per definitie op een hoger plan (want dat moeten we toch echt zelf doen), maar draagt er wel toe bij om onze doelstellingen te bereiken!”

 

Köttermann

www.kottermann.com

 

Onderzoeksgroep Stressfysiologie StressChron

www.stresschron.eu

Ook in het laboratoriumgedeelte voor de monstervoorbereiding heeft alle apparatuur volgens de regels van 5S een vaste plek.

Dr. Johan Aerts staat aan het hoofd van de onderzoeksgroep Stressfysiologie, die begin dit jaar een nieuw met Köttermann meubilair ingericht laboratorium in gebruik heeft genomen in het Greenbridge incubatorgebouw op de UGent campus Oostende.

Alles is tot in het kleinste detail gestructureerd en gecodeerd,zodat je ook in elk kastje precies weet waar alles staat en nooit zult misgrijpen of naar materiaal moet zoeken.

De afvalstromen binnen de onderzoeksgroep Stressfysiologie zijn strikt gereguleerd. Alles wordt opgevangen in aparte klassen en afgevoerd, vanaf de pen waar je mee schrijft tot aan vervuild labmateriaal.

AGENDA

KOOPJESHOEK