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
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.
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.
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.
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.
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
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!
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.
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.
Blog 4: De tijd vliegt als je plezier hebt!
Datum: 11-12-2020
Dertien maart was de dag waarop elk van onze teamleden de uitnodiging kreeg om deel te nemen aan het MSP iGEM team van 2020. De komende acht maanden zouden er voor ons vanaf dat moment heel anders gaan uitzien. Geen zomer vol vakantie en relaxen, maar meetings, meetings en nog eens meetings. In deze blog kijken we terug op een ware vruchtbare periode voor het begin van onze carrière als wetenschapper: iGEM 2020.
Over een ding mogen we zeker zijn, de competitie heeft ons de kans gegeven om vaardigheden op verschillende gebieden te ontwikkelen. Sommige van ons hadden bijvoorbeeld geen enkele ervaring in het vinden van sponsors, maar weten ondertussen wat het vergt om genoeg kapitaal te verzamelen. Anderen waren minder ervaren in het lab, maar kunnen inmiddels een PCR doen met hun ogen dicht. Dit laat zien dat vooral de diversiteit van iGEM waardevol was voor ieders professionele ontwikkeling.
De finale was beslist een spannende ervaring met veel leerrijke workshops, panelen en presentaties. We kregen de mogelijkheid om andere teams en hun projecten beter te leren kennen en zo een band te vormen met de gemeenschap van de synthetische biologie. Een hoogtepunt voor ons team was dat we een uitnodiging kregen om ons wetenschappelijk tijdschrift te presenteren op de Live iGEM TV. Hiermee hebben we ons doel, ons initiatief met de iGEM gemeenschap delen, bereikt. Dat af ons uiteraard een geweldig gevoel van voldoening.
Op onze beoordelingssessie waren we goed voorbereid gezien we er op voorhand zelf eentje met ons eigen team georganiseerd hebben. Door onszelf kritisch op te stellen tegenover ons eigen project hebben we er ook nog eens een hoop van opgestoken. Uiteindelijk heeft ons project zelfs een zilveren medaille gewonnen! De nuttige feedback die we mochten ontvangen nemen we mee naar de toekomst na iGEM. Zo werden we bijvoorbeeld gewezen op het feit dat we oog moeten hebben voor zowel veiligheid en effectiviteit als gemak van ons product.
Sommigen van ons zullen blijven werken aan het project, daar we het project niet helemaal hebben kunnen afmaken door onze grote vriend Covid-19 die ons waardevolle tijd in het lab misgunde. Dit zal gebeuren tijdens de projectperiode op onze universiteit als een mix van het huidige iGEM team en nieuwe studenten. We hopen de toekomstige nieuwe nieuwe te kunnen inspireren om deel te nemen aan het volgende iGEM team, en te kunnen begeleiden in hun professionele ontwikkeling als wetenschappers. De anderen zullen echter hun eigen weg gaan, en ofwel zelf een project gaan leiden, of zich weer richten op hun hoofddiscipline.