iGEM 2020 - Team Maastricht

De Maastrichtse student Maxime van de Schoot blogt tijdens de iGEM competitie over de doorbraken, worstelingen, hoogte- en dieptepunten die haar team meemaakt in het ontwikkelen van een bacteriële pesticide tegen de eikenprocessierups maar die andere insecten die in eikenbomen leven niet de das om doet.

Copyright, iGEM

Lees de blogs van het Team MSP-Maastricht:
Blog 1 | Blog 2 | Blog 3

Blog 1: Sneeuwwitjes Appel voor de Eikenprocessierups

Datum: 03-09-2020
Enorme jeuk, uitslag, ademhalingsproblemen en oogklachten… Allemaal symptomen die veroorzaakt worden door de eikenprocessierups die elke zomer in grotere groepen terugkeert en jaarlijks meer dan 100.000 Nederlanders treft. In deze blog leggen we uit hoe we met behulp van synthetische biologie een oplossing proberen te vinden voor dit opkomend probleem. Met ons onderzoek doen we mee in de internationale iGEM competitie.

Elke zomer is het weer in het nieuws. De eikenprocessierups is in het land en dat begint de laatste jaren een serieus probleem te worden. De rups verpest niet alleen picknicks, maar beschadigt ook de flora, door de schors van eikenbomen te vernielen en te smullen van de bladeren. Voor zowel mensen als dieren vormen de rupsen een ernstig gezondheidsgevaar.

De rups is bedekt met kenmerkende brandharen, tot wel honderdduizenden haren per rups. Deze bevatten een eiwit dat allergische reacties van de huid en ogen veroorzaakt. Wanneer de rupsen voelen dat er gevaar dreigt door een verstoring, zoals de wind of iemand die het nest aanraakt, kunnen de haartjes in de lucht terechtkomen, met alle gevolgen van dien. Dit kan niet alleen leiden tot jeuk, maar alsof dat nog niet genoeg is, ook tot ernstige ademhalingsproblemen zoals astma-aanvallen. In extreme gevallen moeten de haartjes zelfs operatief verwijderd worden uit de ogen.

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

Thaumetopoea processionea, beter bekend als de eikenprocessierups.
Thaumetopoea processionea, beter bekend als de eikenprocessierups.
Een arm met rode bulten en uitslag, veroorzaakt door de brandharen van de eikenprocessierups.
Rode bulten en uitslag, veroorzaakt door de brandharen van de eikenprocessierups.

De laatste drie decennia lijkt klimaatverandering de beste vriend van de eikenprocessierups te zijn. Met dank aan de zachte winters en droogte dat dit fenomeen met zich meebrengt kon de invasieve soort zijn originele grondgebied in Centraal-en Zuid-Europa uitbreiden. Zo heeft hij zich gesetteld in bijna heel Europa, en zelfs in delen van het Midden-Oosten. Dat is nogal een reis, nietwaar?

Tot op heden is er echter geen ideale manier om van de eikenprocessierups af te komen, en soms is het middel zelfs erger dan de kwaal. Veel van de nu gebruikte methodes zijn enorm duur, niet effectief genoeg, of niet specifiek genoeg voor deze rupsensoort. Zo kunnen de kosten oplopen tot wel 320 euro per boom.
Neem bijvoorbeeld biologische bestrijdingsmiddelen. Daarbij worden bacteriële pesticiden op bomen worden gesproeid, waar ze een niet-specifiek gif vrijlaten. Het middel doet niet alleen de eikenprocessierups de das om: het gif doodt ook andere insecten in de boom. Een andere methode die nu wordt ingezet, is nestverwijdering. Hierbij worden volledige nesten opgezogen met een grote stofzuiger en dan verbrand. Dit is niet alleen veel werk, maar is ook niet ongevaarlijk voor de verdelgers zelf. Brandharen vinden soms toch een weg door de beschermende kleding heen.

Wagen voor de verdelging van de eikenprocessierups
Biologische bestrijding van de eikenprocessierups uitgevoerd door gespecialiseerde verdelgers, die wij mochten interviewen over de huidige problemen van het bestrijden van de rups.

In een team van dertien studenten van de Universiteit Maastricht gaan we op zoek naar het ei van Columbus. We werken aan een genetisch gemodificeerde, bacteriële pesticide die specifiek is voor de eikenprocessierups, en ook nog eens milieuvriendelijk. Onze biologische pesticide richt zich op genen die alleen voorkomen in eikenprocessierupsen, die zij nodig hebben om te overleven. Het pesticide schakelt die genen uit, waardoor de rups sterft.

Om dit voor elkaar te krijgen zijn we van plan om gebruik te maken van een mechanisme dat in alle cellen zit: RNA-interferentie. We ‘programmeren’ als het ware een stukje RNA (genetische code) om dit specifieke gen in de cellen van de rups op te sporen en alleen die te vernietigen. Op die manier willen we ervoor zorgen dat de groeiende populatie van de processierups inkrimpt, zonder dat andere soorten last hebben van het pesticide.

Om ons onderzoek uit te kunnen voeren hebben we natuurlijk geld nodig, want: geen geld, geen Zwitsers. We zijn er trots op dat ons projectvoorstel een beurs van $5500 heeft gewonnen van de internationale natuurbeschermingsorganisatie Revive & Restore. Daarnaast zamelen we geld in met onder andere een crowdfundingcampagne. Geld inzamelen voor onderzoek tijdens een pandemie is zeker geen kinderspel… maar dat is een verhaal voor in een andere blog.

Portretfoto's van de leden van iGEM team MSP Maastricht
Team MSP Maastricht met de klok mee: Juliette Passariello-Jansen, Eva Thielecke, Marta Rubina, Lianne Granston, Saga Björnör, Silvio Bonni, Maxime van de Schoot, Dasha Shumkova, Cyrille Sébert, Lars Robeerts, Larissa Markus, Ronja Haikarainen, Rafaella Kosta en begeleiders Benjamin Heidt en Erik Steen Redeker.

Blog 2: Zo ver weg maar toch zo dichtbij

Datum: 28-09-2020
In tijden van een wereldwijde pandemie waarin banden geschept worden van achter een laptop, maken we het beste van deze uitdagende situatie met een gemeenschappelijk doel voor ogen. Nieuwsgierig naar onze samenwerking? Dan is het tijd om in deze blog kennis te maken met het unieke, internationale iGEM team uit Maastricht.

iGEM2020 team MSP-Maastricht
Het iGEM-team van de universiteit Maastricht.

Ookal is de hele iGEM-ervaring splinternieuw voor ons, het teamwerk is ons met de paplepel ingegoten door het ‘onderzoeksgebaseerd leren’ concept op onze universiteit. Twee maal per jaar worden we ondergedompeld in een projectperiode van vier weken, waarin we in een team van vier tot twaalf studenten zelfstandig onderzoek doen. Als wetenschappers in spe, deelnemend aan de iGEM competitie, plukken we nu de vruchten van de vrijheid dat dit programma ons biedt.

Wist je dat ons team uit maar liefst tien nationaliteiten bestaat? Dit hebben we te danken aan de internationale mentaliteit van onze universiteit. Met meer dan vijftig procent van studenten die uit het buitenland komen, is Maastricht University de meest internationale universiteit van Nederland.

Met tien verschillende nationaliteiten heeft ons team een breed spectrum aan achtergronden en standpunten die bijdragen aan het vinden van de meest efficiënte oplossing. Zo zorgt Lars, expert in systeembiologie, voor het modelleren en simuleren van ons idee. Je kunt je wel inbeelden hoe belangrijk dit is in een periode waarin labwerk beperkt is. Als Lars hulp nodig heeft met formules, helpt Juliette hem een handje met haar achtergrond in natuurkunde. Zo zie je maar, dat onze teamleden elkaar aanvullen om tot het beste resultaat te komen.

Onderzoek naar het lichtspectrum van hemellichamen zoals Jupiter, door Eva Thielecke.
Op deze foto zie je de projectgroep van mijn teamgenoot Eva. Met een zelfge-3D-printe spectroscoop deed ze onderzoek naar het lichtspectrum van verschillende hemellichamen, zoals bijvoorbeeld Jupiter, en vergeleken dit met straatlicht.
Grafieken over de groei van een kleine populatie eikenprocessierupsen, gemaakt door Lars Robeerts
Deze grafieken zijn onderdeel van de systeembiologie waar Lars zich mee bezig houdt. Het laat zien dat een initieel kleine, stabiele populatie rupsen toch een kans heeft om een uitbraak te veroorzaken.

Naast twaalf medestudenten op wie we op ieder moment kunnen terugvallen, zijn we enorme geluksvogels met twee begeleiders die ons een stapje voor zijn met één jaar iGEM ervaring. Zo hebben wij tot nu toe veel ideeën van het iGEM-team van vorig jaar kunnen realiseren. Neem bijvoorbeeld ons YouTube kanaal genaamd Geneducation, waar we filmpjes maken voor iedereen die nieuwsgierig is naar verschillende onderwerpen in de genetica en synthetische biologie.

Daarbovenop delen we leuke doe-het-zelf-lab tutorials waar je kunt leren hoe je bijvoorbeeld je eigen yoghurt maakt of zelfs bacteriën kweekt. Het bewerken van al deze video’s bracht een onverwachte bijwerking met zich mee: het heeft onze band als team versterkt.

“We hebben niet echt veel de kans gehad om face-to-face af te spreken, maar door elkaar in de video’s te zien op scherm en het eruit knippen van bloopers, heb ik het gevoel dat we elkaar al hebben ontmoet.”
- Juliette Passariello-Jansen

Het Youtube-kanaal Geneducation van iGEM-team 2020 MSP-Maastricht
Dit is hoe ons YouTube kanaal ‘Geneducation’ er momenteel uitziet. Neem een kijkje.

Naast het filmen en bewerken van de video’s, hebben we gewerkt aan een wetenschappelijk tijdschrift voor alle iGEM-teams. Met maar liefst vierendertig deelnemende teams werd het een groot succes. Ook al vindt de Giant Jamboree dit jaar helaas niet in Boston plaats, door dit initiatief heeft ieder team toch nog een leuke souvenir om terug te blikken op de start van hun onderzoekscarrière.

Ideeën en ervaring zijn niet de enige voordelen van onze begeleiders; maar ook hun eindeloze lijst met contacten komt enorm van pas. Dit maakte het voor ons mogelijk om deskundigen in verschillende vakgebieden, zoals peer review en wetenschappelijke communicatie, te interviewen. Op deze manier kunnen we onze strategieën verbeteren.

Samen zijn we een diverse groep, waarin iedereen iets speciaals te bieden heeft. Tot dusver is het een geweldige ervaring om samen te werken en onze ideeën lachend te delen over de vele nachtelijke Zoom meetings. Het lijkt erop dat we deze ervaringen snel kunnen delen in het echt, onder het genot van een drankje of twee.

Blog 3: Een goede nachtrust verzekerd!

Datum: 22-10-2020
Begin september was het dan zover: eindelijk kregen we toegang tot ons laboratorium in Geleen. We stonden te popelen om aan de slag te gaan. Mede dankzij onze vastberadenheid hebben we behoorlijk wat werk afgekregen, desondanks de tijdnood. In deze blog leer je meer over ons labwerk in de zoektocht naar het ontwikkelen van een genetisch gemodificeerd pesticide, specifiek tegen de eikenprocessierups.

Ons labwerk begint met een vermoeiende trip naar de Brightlands Chemelot Campus in Geleen. Deze campus is een plek waar bijna 4000 kenniswerkers en studenten werken voor bijna 100 bedrijven en kennisinstellingen. Het ligt op 23 kilometer afstand van ons Science Programme gebouw in Maastricht. Daarom moeten we eerst de trein nemen, dan de bus en vervolgens een korte wandeling maken naar onze laboratoria op de campus. Gelukkig worden we verwelkomd door onbeperkte toegang tot gratis warme koffie, thee en chocolademelk. Dat houdt ons zeker op de been tijdens de lange dagen in het lab!

Teamleden iGEM MSP-Maastricht in het laboratorium
Teamleden Juliette, Silvio, Marta en Saga hard aan het werk in ons biolab.

We zijn natuurlijk heel blij dat we kunnen werken in deze nieuwe en moderne laboratoria. We hebben hier de beschikking over alle apparatuur en materiaal dat we nodig hebben voor ons iGEM-project. We hebben hier ook de meeste van onze practica, dus we kennen de weg.

Omdat we genetisch gemanipuleerde organismen maken, doen we het meeste werk in ons ML-1 lab. Dit is een speciaal lab met bioveiligheidsniveau 1. In deze ruimte gelden speciale veiligheidsregels, zoals het dragen van speciale labjassen en regels om ervoor te zorgen dat de gemanipuleerde organismen niet kunnen ontsnappen. En natuurlijk gelden nu ook nog eens extra COVID-19 veiligheidsregels.

Sommige iGEM-teams hadden het geluk om in de zomer al labwerk uit te kunnen voeren. Wij moesten daarentegen geduldig wachten tot september. De eerste opdracht in het lab was uitzoeken of de DNA-sequenties die we hebben ontworpen ook echt aanwezig zijn in de processierups.

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

We willen uiteindelijk een gen in de rups uitschakelen, met behulp van een genetische sequentie, waardoor de rups doodgaat. Daarvoor moet het stukje gen waar wij op doelen ook daadwerkelijk in het DNA van de rups zitten. Om dit te controleren, isoleerden we DNA uit onze zelfgekweekte rupsen. Vervolgens kopieerden we dat beetje DNA met een PCR (polymerase chain reaction), met behulp van primers die specifiek zijn voor de genen die wij geselecteerd hebben. Dankzij de primers wordt enkel het stuk DNA gekopieerd met de genen waar wij geïnteresseerd in zijn.

Daarna konden we op een speciale gel aflezen of de DNA-fragmenten die uit de PCR-machine kwamen inderdaad de lengte hadden die de genen waar we naar zoeken zouden moeten hebben. Die stukjes konden we uit de gel halen, en opsturen naar een ander laboratorium. Daar bepalen ze de exacte code van het DNA, de DNA-sequentie. Als de sequentie binnen is, kunnen we precies zien hoe het gen eruitziet, en of onze genetische sequentie om dit gen uit te schakelen zal passen.

Eikenprocessierupsen in een potje van iGEM MSP-Maastricht
De eikenprocessierupsen die we gebruiken om siRNAs te maken

Op dit moment zijn we hard aan het werk om onze genetische ontwerpen te maken. Hiervoor combineren we verschillende genetische onderdelen, zoals stukjes DNA die een gen activeren, en de stukjes die aan het einde van een gen komen samen met onze ontwikkelde siRNAs.

Het doel is om de siRNA-constructen in speciale bacteriën te brengen. Die bacteriën gaan vervolgens de stukjes RNA produceren die dodelijk zijn voor de eikenprocessierups. Dat RNA legt specifieke genen in de processierups stil, waardoor de rups sterft.

Hiermee gaan we experimenteren. We geven processierupsen eikenbladeren die bespoten zijn met onze aangepaste bacteriën, om te kijken wat het effect is als ze ervan eten. Ook zullen we natuurlijk moeten kijken hoe lang de bacteriën op de bladeren kunnen overleven: ze moeten natuurlijk lang genoeg leven om voldoende RNA te produceren. Zo vergroten we de kans dat de rups ons pesticide binnenkrijgt, en vervolgens essentiële processen in de rups verstoort.

Alhoewel we door de pandemie minder onderzoek in het laboratorium konden doen dan we zouden willen, hebben we in die beperkte tijd toch heel wat vooruitgang kunnen boeken. Samen met andere teamleden lange dagen aan hetzelfde doel werken in het lab, is een unieke ervaring, en dat schept sowieso een band. Dus aan het einde van de dag was de vermoeiende trip naar Chemelot het meer dan waard.