Achtergrond

Wie verbouwt de beste bacterie?

Arjen Dijkgraaf |
Carrière & Opleiding, Celbiologie, Genetica & Sequencing, Milieu & Toxicologie

Eind oktober is in Boston, Massachusetts, VS, de grote finale van de jaarlijkse iGEM-competitie. Dit jaar doen meer dan driehonderd stu­den­tenteams mee aan deze internationale lofzang op de synthetische biologie.

In 2017 was het team van de Technische Universiteit Delft de grote winnaar van de iGEM-competitie. Dit jaar doen maar liefst zes Nederlandstalige teams mee. We spraken ze begin september toen ze nog volop bezig waren de deadline van 10 oktober te halen. Als dit tijdschrift verschijnt, zijn hun genetically engineered machines ‘gemaakt, geïsoleerd, gesequencet, verpakt en weg’, in de woorden van een van de deelnemers. Het wachten is nu op de uitslag. 

Zeven kleuren poepbacterie

‘De term ‘poepbacterie’ slaat aan bij het grote publiek, maar E. coli is gewoon een modelorganisme’, begint de Leidse teamcaptain Charlotte de Ceuninck van Capelle. Het project ‘Vijftig tinten stress’ moet van zo’n coli een indicator maken waarvan de kleur verraadt welke levensfunctie precies wordt aangetast wanneer je een antibioticum toevoegt. Wordt de bacterie bijvoorbeeld blauw, dan zijn er problemen met de eiwitproductie. Rood verraadt aantasting van de celwand. ’We gebruiken promotoren van natuurlijke bacteriële genen die bij bepaalde vormen van stress tot expressie komen’, legt De Ceuninck van Capelle uit. ‘Daar zetten we dan een gen achter voor een fluorescerend eiwit.’

Het project is eigenlijk een voortzetting van de masterstage van een van de teamleden bij het Institute of Biology Leiden. De kleurtjes kunnen behulpzaam zijn bij high-throughputscreening van stoffenbibliotheken, als onderdeel van de zoektocht naar nieuwe antibiotica. Die vijftig tinten moet je niet te letterlijk nemen, al claimt De Ceuninck van Capelle dat het team ‘aan de lopende band’ genetische constructs aflevert. ‘We zijn nu bezig met een of twee kleuren. Het zou leuk zijn vijf, zes of zeven soorten stress te vertegenwoordigen in één cel, maar het is wel lastig om er zo veel constructs tegelijk in te krijgen.’

Gendoping betrapt

Het Delftse iGEM team loopt vooruit op de volgens velen onvermijdelijke opkomst van gendoping. ‘We hebben er lang over gebrainstormd’, vertelt collaboration officer Venda Mangkusaputra. ‘Eerst dachten we aan chemische doping, maar gendoping is als emerging topic pas echt een interessante uitdaging.’

Gendoping verhoogt de productie van natuurlijke menselijke eiwitten door injectie van extra exemplaren van het verantwoordelijke gen. Om die te onderscheiden van het eigen DNA van de atleet, willen de Delftenaren de technische beperkingen van gentherapie benutten. ‘Vaak dient een virus als drager, en de capaciteit daarvan is beperkt’, legt Mangkusaputra uit. ‘Waarschijnlijk zullen ze alleen coderende gen-fragmenten, exons, gebruiken en de introns ertussenuit halen. De resulterende exon-exon junctions zijn uniek. Ook de promotor, die de expressie van het gen regelt, zal afwijken.’

Als proof of concept koos het team voor epo, wat als doping voor de hand ligt. Dat gen is bovendien relatief klein. ‘We hopen ons proof of concept op tijd werkend te krijgen. Daarnaast organiseren we een hackathon tijdens de Cyber Security Week: mensen mogen digitaal een vorm van gendoping ontwerpen en dan proberen wij die te detecteren.’

Het verschil tussen CO en H2

‘Ons voordeel is dat we heel labgericht leren, meer dan universiteitsteams’, begint Randall de Waard, verantwoordelijk voor budget and fundraising binnen het iGEM-team van de Hogeschool Rotterdam. Het leidt misschien wel tot de meest praktische van alle Nederlandse inzendingen: een koolstofmonoxidemeter, primair bedoeld voor de staalindustrie. Hij werkt met een bacterieel eiwit dat specifiek CO bindt en zich niet laat afleiden door H2. Bestaande sensortechnieken zien dat verschil niet, wat binnen de industrie een groot nadeel is. ‘Een van onze teamleden heeft gewerkt bij gasdetectiebedrijf Buveco. De probleemstelling komt eigenlijk daar vandaan’, legt De Waard uit.

Het is voor het eerst dat een Nederlandse hogeschool deelneemt aan iGEM. ‘Een van de instructrices heeft ooit meegedaan voor de TU Delft’, vertelt De Waard. ‘Die heeft enkele docenten overgehaald.’ Naast studenten chemie en life sciences omvat het team ook twee elektrotechnici, die zich op de hardware hebben gestort. Daarnaast is een ICT-student bezig iets bijzonders te maken van de team-wiki.

Kwispelende coli

Chemotaxis laat bacteriën met een zweepstaart, zoals E. coli, bewegen in de richting van een voedingsbron. Een receptor die de gezochte stof kan binden, stuurt daarvoor een cascade van enzymreacties aan. Het Utrechtse iGEM-team wil hiervan een indicator voor medicijnresten in oppervlaktewater maken door ten eerste die receptor te wijzigen (met een adrenalinerecepto als proof of concept) en ten tweede de zweepstaart te vervangen door een lichtsignaal. Zo kun je in specifieke groepen verontreinigingen detecteren, om er vervolgens in het lab gericht naar te kunnen zoeken. Bij de algemene stressindicatoren die waterbeheerders nu nog gebruiken, zoals watervlooien en algen, is de veroorzaker veel lastiger te vinden.

‘We zijn wekenlang bezig geweest met out of the box dingen bedenken’, vertelt Marjolein ten Dam, outreach-verantwoordelijke binnen het team. Ze geeft toe dat het plan ambitieus is. ‘We zitten er de hele zomer al fulltime op, maar eigenlijk moet er meer tijd in dan we erin kunnen steken. En in het lab gaat natuurlijk alles drie keer mis.’ De beloning zou een geslaagde commercialisering kunnen zijn. ‘We hebben al bedrijven gesproken die er brood in zien.’

Biologische lego

iGEM verslaat de duistere kant van lego’, claimt het Groningse team op een universitaire crowdfunding-webpagina. Gistcellen moeten cellulose omzetten in styreen, de belangrijkste bouwsteen van het ABS-copolymeer waaruit legosteentjes bestaan. ‘Als we dat kunnen maken van groene grondstof wordt de plasticindustrie een stuk groener’, legt teamlid Owen Terpstra uit.

Volgens hem hebben gistcellen vrijwel alles al in huis om glucose te kunnen omzetten in styreen. Er mist één stap: de omzetting van het aminozuur fenylalanine in trans-cinnamaat. Het gen voor het daartoe benodigde enzym PAL2 kun je halen uit de zandraket, Arabidopsis thaliana. Andere genen moeten de omzetting van cellulose uit afvalwater in glucose mogelijk maken, zodat het proces niet concurreert met de voedselindustrie.

Dat styreen niet biologisch afbreekbaar is, is een minpuntje. ‘Maar een prof in de polymeerchemie heeft ons uitgelegd dat plastics, die we als afbreekbaar bestempelen, óf niet echt bruikbaar zijn óf bijna net zo langzaam worden afgebroken als gewone’, stelt Terpstra. ‘En wat de plastic soep betreft: het is de consument die verantwoordelijker met plastic moet omgaan.’

Pleister op de wonde

Hoe leg je micro-organismes aan de lijn, zodat je ze zonder risico kunt gebruiken buiten het lab? Het iGEM-team van de Technische Universiteit Eindhoven wil hiervoor een ice binding protein gebruiken, afkomstig uit een Antarctische bacterie. ‘Een van de drie domeinen bindt met suikers’, vertelt Sander Keij, die als vice president de pr verzorgt. ‘We plaatsen dat gen in een andere bacterie, die zich vervolgens vastzet in een hydrogel die we maken van een suikerpolymeer.’

Het team wil die gel verwerken in wondpleisters. De bacterie krijgt dan ook genen mee die coderen voor antibiotica zoals lysostaphine, een klein eiwit dat werkzaam is tegen de ziekenhuisbacterie Staphylococcus aureus. ‘Voor de veiligheid denken we aan een kill switch’, licht Keij toe. ‘Bepaalde genen afhankelijk maken van een stof die alleen in de gel zit, bijvoorbeeld een niet-natuurlijk aminozuur. Als bacterie dan toch nog los weet te komen, gaat zij dood.’

Het team hoopt vóór Boston die killswitch nog te kunnen uitwerken. ‘Maar de applicatie zelf heeft prioriteit, in die categorie hopen we te winnen.’ 

Tijdens de Nederlandse Biotechnologie Competitie gaf de NBV de Nederlandse teams de kans hun eerste ideeën te delen met de bezoekers. In de weken daarna verschenen updates op de NBV-website. Zie nbv.kncv.nl/nl/nieuws

Deel deze pagina

Masterclass Business Development & Innovation in Life Sciences:
d
onderdag 26 januari in Utrecht.

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

Word abonnee/lid

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!

Naar boven