iGEM 2020 - Team Leiden

De Leidsche student Amber Schonk blogt tijdens de iGEM competitie over de doorbraken, worstelingen, hoogte- en dieptepunten die haar team meemaakt in het ontwerpen van een snellere diagnostiek test voor infectieziektes, zodat de mensheid beter voorbereid is op een nieuwe epidemie.

Copyright, iGEM

Lees de blogs van het Team Leiden:
Blog 1 | Blog 2 | Blog 3

Blog 1: Alle hens aan dek bij het Leidse iGEM team: voorbereiding op de volgende epidemie?

Datum: 03-09-2020

Al tijdens het begin van deze corona-pandemie is één ding duidelijk geworden: als er te weinig tests zijn, is het monitoren en daardoor het in de hand houden van nieuwe besmettingen bijzonder lastig. Ons team van 14 studenten gaat aan de slag om een testkit te ontwikkelen die snel ingezet kan worden bij uitbraken van infectieuze ziekten. Dit doen we voor iGEM, een internationale wedstrijd in synthetische biologie waarin problemen worden aangepakt met betrekking tot gezondheid, milieu, industrie en nog veel meer.

Een onderzoeker houdt een coronatest omhoog
Een onderzoeker met een negatieve coronatest

Een uitbraak op wereldwijde schaal is na de COVID-19-pandemie opeens niet meer iets dat alleen in films voorkomt. Ook na COVID-19 is het waarschijnlijk dat een andere ziekte vroeg of laat de kop opsteekt en een epidemie veroorzaakt. En er zullen helaas nog vele andere volgen. Dat komt door een heleboel verschillende processen. De groei van de bevolking, verstedelijking, en het wereldwijde reizen spelen een rol. De mens leeft steeds dichter op elkaar, en reist vaker en verder, waardoor het virus zich beter kan verspreiden.

Ook ontbossing is deel van het probleem. Bijna de helft van de oorspronkelijke bossen op aarde is verdwenen, waardoor sommige diersoorten ook verdwenen. Er zijn dieren die ziekten kunnen dragen zonder er zelf aan te sterven, zoals ratten en vleermuizen. Zij zijn een reservoir voor ziektekiemen. Door klimaatverandering verplaatsen deze dieren zich naar andere gebieden. Hun tropische leeftemperatuur komt op steeds meer plekken voor. Daarnaast is er ook nog eens meer contact tussen mens en dier, omdat onze woongebieden uitbreiden naar hun leefgebieden. Door al die verschillende factoren is de kans groot dat de wereld er vroeg of laat nog een pandemie bij krijgt.

Op biotechnologie.nl bloggen vijf Nederlandse teams over hun deelname aan de iGEM competitie. Lees hier meer

We moeten goed voorbereid zijn op zo’n uitbraak en daarvoor is voldoende testcapaciteit belangrijk. Het doel van ons team is het maken van een snelle testkit, die makkelijk te gebruiken is, en die we aan kunnen passen voor het testen op verschillende infectieuze ziekten. Normaal gesproken zijn er voor dit soort tests een laboratorium en speciale materialen nodig. Onze testkit wordt simpeler, zodat mensen hem bij hun huisarts af kunnen nemen. Dat maakt deze kit waardevol in een uitbraak: hij is relatief snel inzetbaar en geeft snel het testresultaat. Bovendien zorgt ons project voor meer beschikbare tests, want ze komen bovenop de tests die er al zijn.

Hoewel COVID-19 de inspiratie geweest is voor ons project, gooit het virus helaas wel roet door het eten. Door de pandemie zal de uiteindelijke iGEM wedstrijd dit jaar niet meer plaatsvinden in Boston, zoals normaal gesproken, maar digitaal. Ook leggen de maatregelen rondom het virus een restrictie op ons laboratoriumwerk. We zijn blij dat we 4 weken hebben gekregen om in het lab te werken, omdat dat dus niet zo vanzelfsprekend is als voorgaande jaren. Natuurlijk houden we rekening met veiligheidsmaatregelen rondom COVID-19, en werken we met een maximum van drie studenten tegelijkertijd.

Op dit moment zijn we niet alleen druk de bezigheden in het laboratorium, maar ook met een heleboel andere taken. We maken bijvoorbeeld wiskundige modellen die aansluiten bij ons project en we zetten een businessmodel op. Afgelopen maand organiseerden we een symposium genaamd ‘Global Goals’. We nodigden drie andere iGEM teams uit van over de hele wereld. Team Rochester (New York City, Verenigde Staten), team Aalto-Helsinki (Helsinki, Finland) en team FCB-UANL (Nuevo León, Mexico) waren van de partij. Zij bespraken hun projecten, allemaal met betrekking op wereldwijde problemen. Een tweede symposium staat ook al op de agenda, ditmaal over meer lokale problemen, waarvoor we opnieuw drie andere iGEM teams uitnodigen als sprekers.

Daarnaast maken wij educatieve video’s over de basisprincipes van (synthetische) biologie, genaamd ‘Micronicles’. Onze eerste video ging over het zogenoemde ‘centrale dogma’ van de biologie en beantwoordde vragen als ‘wat is DNA?’. Voor onze tweede video hadden we een spreker uitgenodigd die tot in detail vertelde over bacteriën, antibioticaresistentie en de bacteriën in ons lichaam. Op dit moment werken we aan een video over virussen.

We steken ook veel tijd in de zogeheten ‘Human Practices’, een groot onderdeel van iGEM waarbij we gevraagd worden om tot in het diepe over synthetische biologie na te denken. Denk bijvoorbeeld aan de veiligheid van ons project, het effect ervan op de samenleving, de plaatsing van het product in de markt en ethische vraagstukken.

Kortom, er is genoeg te doen voor ons op dit moment, ongeacht de maatregelen rondom COVID-19. Met veel plezier werken wij bijna fulltime om ons project zo goed en ver mogelijk te kunnen realiseren. Zowel in als naast het lab.

Portretfoto's van de leden van iGEM team Leiden
Team Leiden met de klok mee: Eugine Golov, Lucy Chong, Tom Langelaar, Amber Schonk, Tijn Delzenne, Kelly van Strien, Aukje Beers, Güniz Özer Bergmann, Joey Meijdam, Violette Defourt, Sebastian Tandar, Tim van den AkkerMarijn van den Brink en Sinisha Jovic.

Blog 2: Een kijkje in onze tweedelige testkit voor ziekmakers

Datum: 16-09-2020

In de afgelopen maand stond mijn iGEM-team in het laboratorium om te experimenteren met verschillende delen van onze testkit. Met succes! Onze resultaten laten zien dat onze testkit veelbelovend is. Uiteraard moet er nog wat werk verricht worden aan onze kit voor deze klaar is allerlei verschillende infectieziektes te testen. Hoe de kit dat doet? Dat leg ik uit in onze blog.

Nadat we solliciteerden voor het iGEM-team en we elkaar in januari voor het eerst ontmoetten, stond onze eerste grote klus op ons te wachten: het verzinnen van een iGEM-project. Een teamgenoot had een systeem aan reacties bedacht dat in een korte tijd DNA kan detecteren. Voor zo’n systeem kun je een heleboel toepassingen bedenken. Wij besloten onze inspiratie te halen uit de COVID-19 pandemie en het in te zetten als sneltest voor infectieziekten.

Omdat we al van tevoren wisten dat we niet konden opboksen tegen de grote bedrijven en onderzoeksinstanties die nu de strijd aangaan met COVID-19, besloten we een andere weg te nemen. Tenslotte weten we vrij zeker dat er vroeg of laat nog een ziekte uitbreekt. Onze testkit Rapidemic is erg waardevol voor een toekomstige uitbraak, na COVID-19, omdat de uitslag snel binnen is en de kit in grote hoeveelheden van tevoren opgeslagen kan worden.

Op biotechnologie.nl bloggen vijf Nederlandse teams over hun deelname aan de iGEM competitie. Lees hier meer

Zoals ik in een eerdere blog beschreef, is onze test geschikt voor allerlei infectieziekten. Dit komt omdat onze kit bestaat uit twee delen: een standaard deel en een modulair deel. Het standaard deel is hetzelfde voor alle kits en kan dus al van tevoren geproduceerd, gedistribueerd en opgeslagen worden, wat handig is voor een snelle respons bij een nieuwe uitbraak. Het modulaire deel maakt de kit specifiek voor het virus dat je wil opsporen en kan later worden toegevoegd. Het bestaat uit een primer: een klein stukje DNA dat specifiek en uniek is voor de genetische code, ofwel het DNA, van bijvoorbeeld een virus.

De GGD gebruikt op dit moment ook zo’n primer bij het uitvoeren van coronatests, voor zogenaamde PCR-reacties. Die primer is dan specifiek voor het virus dat COVID-19 veroorzaakt. Primers zijn makkelijk en goedkoop in grote aantallen te bestellen. Wanneer de specifieke primer wordt toegevoegd aan de kit, is deze klaar voor gebruik.

Om het verhaal duidelijker te maken, probeer ik de situatie te schetsen waarin Rapidemic van pas komt bij een nieuwe uitbraak. Stel je voor, een nieuw virus breekt uit, zoals in het geval van COVID-19 gebeurde. Al meteen wordt het virus onderzocht en haar DNA-sequentie wordt vastgelegd, ofwel de genetische code. Zodra dit bekend is, kan er een specifieke primer ontworpen worden die uniek is voor het DNA van het virus en hier precies op past. Voordat het virus uitbrak, ligt het standaarddeel van onze testkit al opgeslagen in grote aantallen. Zodra de primers gemaakt zijn, worden ze toegevoegd aan de kits en kan het testen beginnen.

De test Repidemic wordt geproduceerd, gedistribueerd en opgeslagen. Als er een nieuwe ziekte uitbreekt, wordt het genetische materiaal van de ziekmaker bepaald en op basis daarvan een primer toegevoegd aan de testkits. De kit is nu klaar voor gebruik.
De sneltest komt van pas bij een nieuwe uitbraak, omdat het standaard deel al van tevoren gemaakt en opgeslagen kan worden. Het modulaire deel wordt gemaakt als het erfelijke materiaal van de ziekmaker bekend is.

Het systeem bestaat uit drie verschillende reacties, die al eerder beschreven zijn in de wetenschappelijke literatuur en op zich zelf gebruikt zijn. Het koppelen van deze reacties tot één systeem is waar we onze unieke draai aan geven in dit project. De eerste stap bestaat uit extractie, waarbij het sample genomen wordt (bijvoorbeeld een speekselmonster). Het virus wordt gedood en in stukjes gebroken, waardoor het DNA van het virus vrijkomt. Dit DNA is dan beschikbaar voor de volgende stap, namelijk amplificatie van het DNA, ofwel vermeerdering.

In deze tweede reactie wordt de kleine hoeveelheid DNA van het virus gekopieerd, zodat er heel veel van is. Dit is belangrijk voor de laatste stap, waar we een stofje hebben dat gevoelig is voor dat DNA. Is het aanwezig? Dan zal het stofje een andere kleur krijgen, wat te zien is met het blote oog. Je kan dit vergelijken met een zwangerschapstest. Wanneer je dus een speekselmonster zonder virussen in de kit zou stoppen, is er dus ook geen DNA van het virus aanwezig, waardoor er geen vermeerdering van het DNA plaatsvindt. De kleur zal niet omslaan en de test is negatief.

De sneltest werkt in drie stappen: extractie van het erfelijke materiaal, amplificatie van het erfelijke materiaal, en detectie.
De sneltest bestaat uit drie verschillende reacties. In de eerste wordt het erfelijke materiaal vrijgemaakt, in de tweede wordt dat materiaal gekopieerd met een primer, en in de derde reactie is er kleurverandering als de ziekmaker aanwezig is.

In augustus hebben wij met een deel van de reacties kunnen experimenteren in het laboratorium, wat veelbelovende resultaten gaf. Ons volgende doel is het verder onderzoeken, uitproberen en optimaliseren van ons systeem. Daarnaast willen wij graag het eerste prototype van onze testkit ontwikkelen. Om een stuk van je project na maanden werk in een fysieke vorm in handen te krijgen, lijkt me erg speciaal en spannend. Om dit voor elkaar te krijgen hebben wij een crowdfunding opgezet, iets dat ook hoort bij de iGEM-competitie.

De Giant Jamboree in november komt steeds dichterbij, dus zijn we druk bezig. We willen onze doelen verwezenlijken en deze testkit een realiteit maken.

Blog 3: Eindstreep in zicht: de weg naar de Giant Jamboree

Datum: 12-10-2020

Ons werk zat er na de periode in het laboratorium in augustus nog lang niet op. De proof of concept was behaald, wat laat zien dat ons project veel potentie heeft. Momenteel zijn wij bezig om ons op te maken voor de Giant Jamboree van iGEM: het bouwen van onze Wiki, een promotievideo, een presentatievideo en de presentatieposter.

Zoals ik al uitlegde in een eerdere blog, hebben de experimenten in het laboratorium ons veelbelovende resultaten gegeven. Om een beter beeld te krijgen van hoe ver we zijn gekomen, zal ik wat meer in detail gaan over ons werk in het laboratorium. Uiteindelijk hebben wij precies één maand in het lab kunnen staan, maar met een stuk minder teamgenoten dan normaal wegens COVID-19 maatregelen.

Onze kit bestaat uit drie stappen: extractie, amplificatie van het genetisch materiaal en detectie (zie blog 2). Omdat we minder tijd en mankracht hadden dan normaal, hebben wij prioriteiten moeten stellen in het labwerk. De extractie van virus DNA of RNA is al uitgebreid onderzocht en in de literatuur beschreven en er zijn ook al meerdere extractiekits op zichzelf beschikbaar. Omdat deze stap dus het minst moeilijk en complex is, hebben wij ervoor gekozen deze over te slaan in het laboratorium om tijd te besparen.

Op biotechnologie.nl bloggen vijf Nederlandse teams over hun deelname aan de iGEM competitie. Lees hier meer

iGEM2020 team Leiden in het laboratorium
Lucy Chong, Tom Langelaar, Amber Schonk en Tim van den Akker in het laboratorium.

Wij legden de focus dus op de amplificatie- en detectiestap. De reacties die wij gebruiken zijn al eerder omschreven in literatuur, dus het was zaak om deze eerst werkend te krijgen in ons eigen lab, wat vaak niet altijd zo soepel gaat als het klinkt. Daarom hadden we hiervoor genoeg tijd voor ingepland. Gelukkig lukte het ons uiteindelijk wel vrij snel om de reactiestappen op zichzelf werkend en op gang te krijgen, wat een meevaller was.

De volgende stap was om de reacties aan elkaar te koppelen en in één buisje plaats te laten vinden. De reacties zullen immers in de kit ook in één ‘doosje’ plaatsvinden. Hier liepen wij helaas wel tegen een obstakel aan, namelijk dat er geen kleuromslag, ofwel detectie meer plaatsvond. Wij vermoedden dat dit het gevolg was van stofjes uit de eerste reactie een remmende werking hadden op de tweede reactie. Door te spelen met reactiecondities (bijvoorbeeld verschillende temperaturen), lukte het ons toch om de reacties goed achter elkaar uit te voeren. Dit betekende dat onze ‘proof of concept’ gelukt was en ons project dus veel potentie heeft.

Tim van den Akker, teamlid iGEM Leiden 2020, in het laboratorium
Tim van den Akker in het laboratorium.

Op dit moment zijn we inmiddels een maand verder na onze laatste dag in het lab. Omdat de Giant Jamboree al plaatsvindt in november, zijn we hard aan het werk om alle laatste dingen in orde te krijgen. Dit is soms lastig, omdat ook iedereen weer begonnen is aan het nieuwe collegejaar. Toch vinden de meeste teamgenoten de tijd om naast hun studie ook nog te werken aan iGEM.

Ieder jaar bouwen alle iGEM-teams een eigen website, de Wiki. Op onze Wiki kun je straks alle informatie van ons project vinden, zoals de uitgevoerde experimenten, onze Human Practices, wie onze teamgenoten zijn en nog veel meer. Deze website wordt geprogrammeerd door onze ‘Programming Manager’, Kelly van Strien. Zij weet van alles over coderen met HTML, CCS en Javascript. Van te voren hebben alle teamgenoten de Wiki pagina’s al uitgeschreven, die nu worden samengebundeld tot één geheel. Het is ontzettend veel werk om alles bij elkaar te krijgen, maar het is tegelijkertijd prachtig om alles van ons project samen te zien komen op één plekje.

De iGEM-organisatie ‘bevriest’ de websites van alle teams op 27 oktober. Dit heet de Wiki Freeze en vanaf dat moment kunnen websites niet meer bewerkt worden tot na de wedstrijd. De Wiki is één van de hoofdpunten waar de jury naar zal kijken en ook zijn er specifieke prijzen voor te behalen.

Naast de Wiki, zijn wij ook bezig met de presentatie en poster van ons project. Eerder hebben wij onze promotievideo ingeleverd, een korte trailer van twee minuten waarin het iGEM project wordt geïntroduceerd. Ook de presentatie zal dit jaar in de vorm van een video zijn, die ongeveer twintig minuten duurt. Als laatst maken wij ook een poster om te presenteren. Deze zal qua concept niet veel verschillen van afgelopen jaren, behalve dat deze niet in Boston, maar online gepresenteerd zal worden, omdat de Jamboree volledige digitaal is. Al met al zijn we dus ontzettend druk met de laatste taken voor ons iGEM project. We zijn benieuwd naar de projecten van andere teams en erg nieuwsgierig naar de prijzen die we (hopelijk) gaan halen. Wij hebben in ieder geval ontzettend veel zin in de Giant Jamboree van november.