Parasieten, vervelende bacteriën of besmettelijke ziekten, het zou heel fijn zijn als veehouders deze aandoeningen bij hun pluimvee kunnen opsporen voor het te laat is. De e-nose moet uitkomst bieden.

Hogeschool Saxion in Enschede en de Universiteit Utrecht starten samen met partners uit de wetenschap en het bedrijfsleven een zesjarig onderzoek om zo’n elektronische neus te ontwikkelen. Op dit moment hebben veel pluimveehouders last van infecties met parasieten en bacteriën bij hun kippen. Daardoor is meer kippenvoer nodig en worden soms antibiotica en bestrijdingsmiddelen gebruikt. De e-nose kan pluimveeziektes eerder opsporen. Dat is niet alleen beter voor de boer, maar zeker ook voor de kip en uiteindelijk voor de mens.

Lector Applied Nanotechnology bij Saxion, Cas Damen, legt aan Scientias.nl uit hoe bij hem het idee voor de e-nose ontstond door een dierenarts met een scherpe neus. “Hij zei tegen mij: ‘Als een boer mij roept, ruik ik al direct wat er aan de hand is: bloedmijt. Jammer dat een boer geen methode heeft om door geur bloedmijt in een vroeg stadium op te sporen, zodat hij eerder kan ingrijpen.’ Hij vroeg aan mij: kunnen jullie niet zoiets ontwikkelen?”

Duurzame voedselproductie
Deze bloedmijt of bloedluis is een parasiet die veel schade veroorzaakt bij pluimvee. De e-nose zou dit voor kunnen zijn. En er zijn meer toepassingen. “Er wordt nu ook gekeken naar een methode om verstoringen van de darmbacteriën te meten door de gassen op te pikken. Dat is niet alleen beter voor het dierenwelzijn, maar ook voor de duurzame voedselproductie.”

Francisca Velkers, pluimveespecialist en epidemioloog aan de Universiteit Utrecht, legt uit waarom een gezonde darmflora zo belangrijk is uit duurzaamheidsoogpunt. “Vleeskuikens eten veel voer. Dat moet bijvoorbeeld helemaal uit Zuid-Amerika komen. Als de darmen uit balans zijn, is de vertering slecht. Het voedsel wordt slecht verteerd weer uitgepoept. Je hebt dan dus veel meer voer nodig. Ook blijven er resten van eiwitten achter in de poep, waardoor de schadelijke emissie hoger wordt.”

Een bloedmijt onder de microscoop. Foto: Phototrip / Getty Images

Het systeem
Om deze problemen op te lossen, willen de onderzoekers een sensorsysteem ontwikkelen met een chip, die verschillende kunststoflaagjes bevat die gassen absorberen. Er komen veel sensoren bij elkaar op de chip en elke sensorlaag bevat een andere polymeer. Zo kan het systeem verschillende parasieten, bacteriën en andere ziekmakers opsporen. Het apparaat geeft een signaal af op het moment dat er bijvoorbeeld een besmetting met parasieten wordt gedetecteerd. Damen legt uit: “Er ontstaat een patroon dat we kunnen analyseren. Dat werkt hetzelfde als bij de neus van de mens. Daarin zitten receptoren, waaruit een patroon ontstaat dat naar de hersenen wordt gestuurd. Die herkennen het en zeggen: dit is koffie of dit is een roos.”

Gebruiksvriendelijk
Het lijkt evident dat boeren dit systeem omarmen, maar dat is het niet. Velkers: “Het moet wel gebruiksvriendelijk zijn en niet te ingewikkeld. En de kosten moeten opwegen tegen de baten. Nu doet een dierenarts sectie op dode dieren en kijkt hij naar de darmen om de doodsoorzaak te achterhalen. De nieuwe methode moet beter zijn dan wat je al hebt.”

Juist in een stal met 30.000 kippen is het bovendien lastig om een sensor te maken die scherp genoeg is om eventuele aandoeningen aan de geur te herkennen. “In zo’n stal is veel stof en er zijn veel andere geurtjes. De technologie moet daar doorheen het patroon kunnen herkennen.”

Uniek aan de e-nose is wel dat de sensor weet welk gas hij moet opsporen en daar ook op aangepast kan worden door de keuze voor de polymeren. Damen: “Dat ging mis bij Covid. Toen kon een systeem in het laboratorium wel gezonde mensen van mensen met Covid onderscheiden, maar was onduidelijk welke gassen gemeten worden. Eenmaal buiten het lab gingen andere gassen meespelen en werkte het niet meer.”

Voordelen
Uiteindelijk zijn de voordelen van een e-nose, die een verstoorde darmflora vroegtijdig kan opsporen, talrijk. “Als de darmen erg uit balans zijn, kun je dat herstellen door het voer aan te passen”, aldus Velkers. “Ben je te laat, dan is er al veel voer en groei verloren gegaan en soms moet je dan zelfs antibiotica gebruiken. En dat wil je eigenlijk niet, omdat we bezig zijn met een duurzaamheidsslag. Boeren krijgen minder geld voor hun vlees als de kippen minder goed gegroeid zijn en soms ook als ze antibiotica hebben gebruikt.”

Velkers vertelt verder over de transitie naar meer biologische landbouw: “Het risico op ziektes is groter als dieren meer buiten zijn. Ze komen dan in contact met vogelpoep of vies regenwater dat in de zomer ligt te broeien in het gras. Zo kunnen parasieten en bacteriën veel makkelijker worden overgedragen dan in een gesloten stalsysteem.”

De e-nose kan er mogelijk voor zorgen dat dit minder gebeurt. “Een darmziekte kan in een vroeg stadium worden opgespoord, nog voordat de ziekte al veel schade bij veel dieren heeft aangericht”, vertelt Velkers. “Maar het kan misschien nog een stap verder: als bepaald voer bij dieren een disbalans geeft, kun je dat terugkoppelen aan de fabrikant. Die kan het voer dan een klein beetje aanpassen door bijvoorbeeld een enzym toe te voegen, zodat wordt voorkomen dat ook andere boeren er last van krijgen.”

Niet voor niets hebben voerfabrikanten al interesse getoond, net als bijvoorbeeld Philips en diverse landbouworganisaties. “Zij willen het product helpen verkopen of zien de voordelen voor de boer.” Onder meer omdat ze anticiperen op de overstap naar circulaire landbouw. “Als een kip dan een restproduct krijgt als voer, wil je weten wat dat doet met zijn darmen. Daar kun je het voer dan weer op aanpassen.”

Bosbranden en slachthuizen
Maar hetzelfde meetprincipe is veel breder toepasbaar. Het kan ook nuttig zijn om bijvoorbeeld bosbranden op te sporen in Zuid-Europa. “Nu ontdekken ze een brand pas als de rook boven de bomen uitkomt”, vertelt Damen. “Het kan handig zijn om elke zoveel meter een apparaatje op te hangen dat de geur van smeulend materiaal detecteert.” Ook bij de opslag van landbouwgewassen kan een sensor die afwijkende geuren opmeet een rol spelen, vult Velkers aan. “In slachthuizen gebruiken ze nu al een sensor om vlees op te merken dat niet meer helemaal lekker is. Het kan ook zinvol zijn voor boeren in derdewereldlanden waar niet steeds een dierenarts langs kan komen. Als ons apparaat kosteneffectief is kan het veel ziektes bij vee in die landen voorkomen.”

Velkers: “Het is eigenlijk technisch toepasbaar op alles wat gassen produceert. Het voordeel van de toepassing bij kippen is dat de situatie lijkt op die van varkens. De verstoring van de darmen bij kippen is vergelijkbaar. Als het goed loopt, is het een kwestie van aanpassen.”

Een kippenboerderij. Foto: Onyinye Photography

Vol vertrouwen
De wetenschappers hebben er veel vertrouwen in dat de sensor er komt. Ze zetten in op vier meetmethodes. Naar mate de methodes experimenteler zijn, zijn ze ook gevoeliger. “Het opsporen van bloedluis gaat waarschijnlijk wel lukken, de disbalans in de darmen meten is onzekerder.”

Damen legt uit: “Je moet de specifieke chemie kunnen aanpassen aan de gassen die je wilt absorberen. Je kunt daarbij een oneindig aantal polymeren gebruiken en kiezen waarvoor je ze wilt inzetten. Het is alleen voor grote aantallen geschikt dus toepassingen waarvoor veel sensoren nodig zijn.”

Hoe dat apparaatje eruit moet zien? Het kan simpelweg een sensor zijn die een boer in zijn stal hangt. Damen: “Maar ik zie ook wel voor me dat de boer het apparaatje om zijn nek heeft hangen en dan de geuren kan opmeten terwijl hij door de stal loopt.” Velkers vult aan: “Een boer loopt zeker wel twee keer per dag door de stal om te kijken of alles in orde is en soms om eieren van de grond te rapen.” Het kost dan dus nauwelijks extra tijd.

Potentie
De elektronische neus heeft heel veel potentie. Dat blijkt ook uit de vele partners en andere belanghebbenden, die geïnteresseerd zijn. Als alles goed gaat, hangt er dus mogelijk over een paar jaar bij iedere boer een e-nose om zijn nek of in de stal.