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 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.