Barrie de betere bacterie

Barrie de betere bacterie

31 oktober 2014

Komend weekend vindt in Boston de ‘Giant Jamboree’ plaats van iGEM, een jaarlijkse studentencompetitie voor synthetische biologie. Ook de veertien leden van het iGEM-team van de TU/e zijn daar present. Het team maakte een speciaal ‘jasje’ voor E. coli, waarmee deze bacterie beter kan overleven -en zich nuttig maken- in een industriële omgeving of het menselijk lichaam. En ondertussen brachten ze ook nog een kinderboek uit.

Bacteriën hebben een slechte reputatie. Onterecht, vinden de leden van het iGEM-team van de TU/e. Met een beetje hulp kunnen bacteriën namelijk de meest fantastische dingen voor ons doen. En daar willen ze aan bijdragen met hun iGEM-project.

iGEM staat voor ‘International Genetically Engineered Machine’ en is een competitie waarin studenten worden uitgedaagd om eencellige organismen (zoals bacteriën) van nieuwe, nuttige eigenschappen te voorzien met gebruikmaking van de nieuwste technieken uit de synthetische biologie. Dit jaar doen 245 studententeams mee uit de hele wereld.

Op initiatief van het Instituut voor Complexe Moleculaire Systemen (ICMS) doet de TU/e dit jaar voor de derde keer mee aan iGEM. “Het eerste team heeft een soort led-scherm gemaakt van lichtgevende gistcellen”, vertelt Anke Boschman ‘hoofd lab’ van het huidige team. “En vorig jaar hebben ze een bacterie ontworpen die in het menselijk lichaam op zoek gaat naar een tumor om daar een eiwit af te geven dat voor contrast zorgt op een MRI-scan.”

Maar iGEM blijft een studentencompetitie: verder dan aantonen dat hun idee in principe werkt, komen de teams in het algemeen niet. Je kunt bijvoorbeeld niet zomaar bacteriën in het menselijk lichaam brengen, omdat die daar een immuunrespons opwekken - met als gevolg vervelende ziekteverschijnselen en/of het voortijdig einde van de goedbedoelende bacteriën.

Een coating kan de bacterie bestand maken tegen een vijandelijke omgeving

Het huidige iGEM-team heeft voor dat laatste probleem een oplossing gezocht, vertelt Boschman. “Het is natuurlijk zonde als je zo’n mooi idee als van vorig jaar nog niet in de praktijk kunt toepassen omdat de bacteriën niet overleven. Daarom hebben wij besloten om te kijken of we een coating konden maken die de bacterie bestand maakt tegen een vijandelijke omgeving.”

Hoewel ze in eerste instantie een coating wilden ontwikkelen die E. coli onzichtbaar zou maken voor de het menselijk immuunsysteem (een ‘stealthbacterie’), werd al snel gekozen voor een wat bredere aanpak, vertelt ‘hoofd modeleren’ Glenn Cremers. “Bacteriën en het menselijk lichaam, dat blijft moeilijk. We hebben daarom toch gekozen voor een algemene methode om moleculen op het buitenmembraan (de ‘huid’, red.) van de bacterie aan te brengen.”

Het resultaat is een soort ‘universeel kliksysteem’, dat het in principe mogelijk maakt om allerlei soorten moleculen aan een bacterie vast te maken. Het is een soort eiwitjasje voorzien van haakjes waaraan functionele moleculen zich kunnen hechten. De gedachte is dat je voor allerlei specifieke toepassingen verschillende moleculen eenvoudig aan dit jasje kunt vastmaken - bijvoorbeeld het stealth-jasje voor in het menselijk lichaam of een laagje katalysatoren voor in biochemische reactors. “Je kunt stellen dat we hiermee de eerste stap hebben gezet naar het maken van een functionele coating”, zegt Boschman. Het is volgens haar aan anderen, binnen of buiten de TU/e, om hierop voort te borduren.

De bacteriën krijgen een eiwitjasje met haakjes voor moleculen

Hoewel de gebruikte klikchemie niet nieuw is, en ook het idee van een gecoate bacterie niet, is de combinatie van beide dat wel. Volgens begeleider dr.ir. Tom de Greef kan het iGEM-project dan ook tot een mooie wetenschappelijke publicatie leiden. “We hebben al plannen om met dat doel nog een paar bachelor-eindprojecten aan dit idee te besteden.” Hij spreekt met bewondering over de inzet van de teamleden. “Ze zijn er echt helemaal ingedoken en hebben werk afgeleverd dat je van een vijfdejaars student mag verwachten, terwijl ze als tweedejaars student zijn begonnen en nog geen enkele lab-ervaring hadden.” Hij vindt het alleen jammer dat de samenstelling van het team, met alleen studenten van de faculteit Biomedische Technologie, wat eenzijdig was. “Het zou mooi zijn als we volgend jaar ook studenten van andere faculteiten in het team hebben, net als de concurrentie.”

En als dit idee binnen de TU/e geen succesvol vervolg krijgt, dan gebeurt dat volgend jaar wellicht wel bij iGEM; toekomstige deelnemers kunnen namelijk gebruikmaken van drie eiwitten (twee membraaneiwitten en een enzym) die het TU/e-team hebben gemaakt. Deze zogeheten ‘BioBricks’ worden opgenomen in de biologische gereedschapskist waaruit alle iGEM-teams onderdelen kunnen bestellen.


Hoe geef je een bacterie een eiwitjasje?

Oppervlak van de bacterie E. coli, voorzien van membraaneiwit met ‘kliksysteem’. Het roze bolletje is het ingebouwde aminozuur waaraan naar keuze functionele moleculen kunnen worden vastgeklikt.
Oppervlak van de bacterie E. coli, voorzien van membraaneiwit met ‘kliksysteem’. Het roze bolletje is het ingebouwde aminozuur waaraan naar keuze functionele moleculen kunnen worden vastgeklikt. Illustratie | Animatiestudio ICMS

Bacteriën zijn een soort biologische minifabriekjes. Als je een bacterie de goede instructies geeft, gaat hij zelf de juiste eiwitten produceren. Als deze herkenbaar zijn als membraaneiwit, zorgt de interne infrastructuur van de bacterie er ook voor dat die op hun plek op de ‘huid’ van de bacterie terechtkomen. De instructies komen van een stukje DNA (dat de blauwdruk voor het eiwit vormt). Dergelijke stukjes DNA zijn de ‘BioBricks’ die de iGEM-teams kunnen bestellen bij de organisatie, vertelt Glenn Cremers. “Ze hebben in Boston gewoon een grote vriezer met buisjes vol met verschillende stukjes DNA. Die kun je op laten sturen. Vervolgens moet je dat stukje DNA inbouwen in een plasmide.”

Een plasmide is een ringvormig stuk DNA. Met behulp van enzymen (eiwitten die stukken DNA kunnen losknippen en vastplakken), kun je het geleverde stukje DNA invoegen in de DNA-ring. “Ook die enzymen kun je gewoon bestellen”, zegt Cremers. “Binnen twee dagen heb je ze in huis.” De volgende stap is om deze geprepareerde plasmide op te laten nemen in de bacterie. “Als je de bacteriën kort opwarmt, wordt het celmembraan doorlaatbaar; zo hebben wij de plasmide in de bacterie gekregen”, legt Anke Boschman uit.

De bacterie gebruikt die genetische informatie vervolgens om het gewenste membraaneiwit te produceren. Met een slimme truc zorgt het iGEM-team ervoor dat een speciaal aminozuur (roze in de afbeelding) in het eiwit wordt opgenomen. Alle moleculen die zijn voorzien van het juiste moleculaire ‘haakje’, kunnen zich via dit aminozuur hechten aan het oppervlak van de bacterie.


Barrie de niet-zo-boze bacterie

Het boekje dat Minke Nijenhuis maakte namens het iGem-team. Foto | Bart van Overbeeke
Het boekje dat Minke Nijenhuis maakte namens het iGem-team. Foto | Bart van Overbeeke

De iGEM-teams worden niet alleen beoordeeld op wat ze in het lab gemaakt hebben (en gepresenteerd op hun website). Ze moeten ook laten zien dat ze hebben bijgedragen aan het maatschappelijk begrip van het vakgebied: de synthetische biologie.

Dat bleek een kolfje naar de hand van teamlid Minke Nijenhuis. In samenspraak met een basisschoolleraar bedacht zij een kinderboek voor de leeftijdscategorie 6-10 jaar, waarin spelenderwijs wordt uitgelegd dat niet alle bacteriën slecht zijn, en over welke superkrachten ze kunnen beschikken dankzij de synthetische biologie.

Het boek gaat over Tim, het zoontje van een synthetisch bioloog, die op een dag het laboratorium van zijn vader binnengaat, en daar wordt verkleind tot het formaat van een bacterie. Hij ontmoet daar Barrie de Bacterie, die hem meeneemt op reis naar Petri-stad.

Nijenhuis maakte de illustraties in Photoshop en schreef ook de bijbehorende tekst op rijm. Het boek is in eigen beheer uitgegeven (er zijn zestig exemplaren van de Nederlandse versie gedrukt, en veertig van de Engelse - zodat de jury in Boston het boek ook kan lezen).

Meest gelezen

Sportende studenten geëerd tijdens Sportgala

TU/e maakt stevige duikeling in Keuzegids

iGEM-team TU/e maakt gel tegen tumoren

CLMN UR | Waarom onderbetaald? Daarom in actie!

Wel promotierecht, maar nog geen toga voor UHD's