Bisfenol A, DDT, Softenon: het zijn slechts een paar van de vele stoffen die na jarenlang gebruik toch problemen bleken te veroorzaken in het milieu of het menselijk lichaam. Hoe kunnen we dit voorkomen? Onderzoekers van Universiteit Utrecht en de Universiteit van Amsterdam werken samen aan een methode om gevaarlijke eigenschappen van moleculen al in de ontwerpfase te voorspellen en het veiligste alternatief te vinden. ‘Veiligheid en duurzaamheid in de chemie staan steeds hoger op de agenda, ook bijvoorbeeld in het Europese beleid’, vertelt Joanke van Dijk, promovendus bij het Copernicus Instituut voor Duurzame Ontwikkeling van de Universiteit Utrecht. ‘Wij wilden hier graag praktisch invulling aan geven.’

Vlamvertrager

Als eerste casus keken de onderzoekers naar de vlamvertrager triisobutylfosfaat (TiBP). ‘Deze stof vind je op veel plekken in Europa terug in het milieu’, vertelt Hannah Flerlage, promovendus bij het Van ’t Hoff Institute for Molecular Sciences van de Universiteit van Amsterdam. ‘Het was een goede kandidaat omdat de structuur al redelijk geoptimaliseerd is. TiBP bevat bijvoorbeeld geen chloorverbindingen en is dus een van de veiligste opties binnen de vlamvertragers. Maar wij wilden het molecuul ook beter biologisch afbreekbaar maken.’

‘De kracht van een goed model zit in goede datasets’

Daarvoor gebruikten de onderzoekers verschillende modellen. De eerste stap was het genereren van chemische structuren die mogelijk vergelijkbare functies hebben. ‘Er bleken zes miljoen structuren mogelijk te zijn’, vertelt Flerlage. ‘Maar veel daarvan zijn chemisch gezien niet logisch, dus die zou je nooit kunnen maken. Door daarop te filteren kwamen we uit op een lijst van 32.000 mogelijke alternatieven.’

Deze lijst ‘voerden’ ze aan een ander model, dat werkt met zogenoemde quantitative structure-activity relationships. Van Dijk. ‘Op basis van de chemische structuur schat het model de molecuuleigenschappen in.’ De onderzoekers keken zo onder meer naar toxiciteit, mobiliteit en accumulatie in biologische systemen. Ook lieten ze het model inschatten of de stof te synthetiseren is. ‘Al deze eigenschappen kregen een bepaald aantal punten mee, en zo had je uiteindelijk een lijst met moleculen die goed scoorden’, vertelt Flerlage. ‘Maar omdat modellen niet perfect zijn, hebben we de top 500 zelf nog nagelopen en gekeken welke wij zouden kiezen.’

Experimenteel bewijs

De beste kandidaat synthetiseerden ze in het lab. De eerste resultaten zien er goed uit, aldus Van Dijk. Wel zijn er nog meer testen nodig: ‘Het model kan wel zeggen dat dit molecuul werkt en veilig is, maar dat moeten we nog wel experimenteel bewijzen. Tot nu toe hebben we gelukkig al laten zien dat het molecuul niet toxisch is, en de eerste resultaten tonen ook aan dat de vlamvertragende functie is behouden.’

‘Je kunt nooit alle omstandigheden testen in het lab’

De onderzoekers willen nu een aantal andere kandidaten gaan maken en testen, zodat ze meer informatie krijgen over hoe goed de modellen werken. Met de data die dat oplevert, kunnen ze de modellen verder verbeteren. ‘De kracht van een goed model zit in goede datasets’, zegt Flerlage. ‘Dus we hebben heel veel goede studies naar bioafbreekbaarheid nodig om het systeem verder te optimaliseren.’

Daar zit volgens Van Dijk nog de grootste uitdaging: ‘Je ziet nu dat moleculen die wel getest zijn op bioafbreekbaarheid, toch problemen opleveren. De huidige testen zijn simpelweg niet goed genoeg.’ Daarom werken de onderzoekers ook aan nieuwe testen, maar dat is niet zo makkelijk: ‘Het milieu is zo complex, je kunt nooit alle verschillende omstandigheden testen in het lab. Maar we hopen op termijn een betrouwbare methode te vinden om onze moleculen te testen.’

Andere mindset

De promovendi verwachten dat hun aanpak op den duur bruikbaar zal zijn voor veel verschillende moleculen. Toch is het doel niet per se dat iedereen hun methode gaat gebruiken. ‘We willen vooral bewustzijn creëren’, zegt Flerlage. ‘Het is altijd goed om in kaart te brengen waar een molecuul kan terechtkomen, want dan kun je ook bedenken welke eigenschappen het moet hebben om geen problemen te veroorzaken.’

Ook Van Dijk hamert op het belang van deze andere mindset: ‘Als je weet dat je molecuul in het milieu kan belanden, moet je er alles aan doen om problemen te voorkomen. Onze voorspellingen zijn zeker niet waterdicht, maar ze kunnen al wel goede aanknopingspunten geven voor verbetering. En we blijven leren.’