iGEM 2020 - Team TU Delft

De Delftse student Eline Doornenbal blogt tijdens de iGEM competitie over de doorbraken, worstelingen, hoogte- en dieptepunten die haar team meemaakt in het ontwikkelen van een pesticide om oogst-vernietigende sprinkhanenplagen tegen te gaan, die nu in bepaalde delen van de wereld een gevaar voor de voedselproductie vormen.

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

Blog 1: Een probleem van Bijbelse proporties oplossen

Datum: 03-09-2020
Vernietigde gewassen, miljoenen hongerige boeren en een economische schade geschat op €7,4 miljard. Allemaal veroorzaakt door vraatzuchtige zwermen van woestijnsprinkhanen in Oost-Afrika en Zuidwest Azië. Om de sprinkhanencrisis aan te pakken ontwikkelen wij, het iGEM team van de Technische Universiteit Delft, een gericht, snelwerkend en veilig biopesticide op basis van bacteriofagen.

De sprinkhanen uitbraak die in februari 2020 begon, en waarvan het einde nog niet in zicht is, is de ergste in ruim twee decennia. Dat zegt de Voedsel en Landbouworganisatie (FAO) van de Verenigde Naties. Naast de grote schade die de zwermen toebrengen, lijkt het getroffen gebied groter te zijn dan tijdens eerdere uitbraken. Een gevolg van klimaatverandering, volgens landbouwexperts van de VN. Dat zorgt ervoor dat het leefgebied van de woestijnsprinkhaan steeds groter wordt.

Sinds kort komen de woestijnsprinkhanen ook voor in Zuid-Spanje. Potentieel kunnen woestijnsprinkhanen ook andere delen van Europa binnenvallen. Helaas is dit probleem in de afgelopen maanden enorm onderbelicht wegens het coronavirus, ondanks de enorme negatieve impact die de sprinkhanenplaag met zich meebrengt. Daarom willen wij een oplossing vinden voor de sprinkhanencrisis en dit probleem meer onder de aandacht brengen.

De iGEM (international Genetically Engineered Machine) competitie is ‘s werelds grootste synthetische biologie wedstrijd. Tijdens deze wedstrijd proberen studenten met behulp van genetische modificatie oplossingen te vinden voor maatschappelijke problemen. Deze problemen kunnen actueel, regionaal of wereldwijd zijn. Alle projecten worden vervolgens gepresenteerd tijdens de finale in Boston, ook wel de “Giant Jamboree” genoemd. Dit is een plek waar studenten vanuit de hele wereld bij elkaar komen. Althans, dat was het plan. Maar ook hier dwingt het coronavirus tot flexibiliteit: de finale zal dit jaar niet in Boston, maar online plaatsvinden.

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

Voor ons betekende de coronacrisis dat we in eerste instantie ons laboratorium niet in konden en gebruik moesten maken van computermodellen en simulaties. Waar veel teams nog steeds geen toegang hebben tot hun laboratoria, mogen wij sinds twee maanden gelukkig onze witte jassen weer aan op de universiteit. Natuurlijk wel met wat beperkingen: drie personen mogen experimenten uitvoeren in het laboratorium, terwijl we er normaal gesproken met zes zouden staan. Maar dat houdt ons niet tegen om de geplande proefjes te doen.

Ondanks de beperkte toegang zetten we nog steeds alles op alles om het maximale uit ons iGEM-jaar te halen en een stap te zetten naar een oplossing voor de sprinkhanenplaag. Naast het uitvoeren van experimenten, zowel in het lab als op de computer, praten we met zo veel mogelijk experts op het gebied van woestijnsprinkhanen en de bestrijding daarvan. Zo krijgen we een beter begrip van de situatie en ontstaan innovatieve ideeën.

teamfoto iGEM team Delft
iGEM team Delft. Boven van links naar recht: Fiona Horne, Ramon van Valderen, Iris Forkink, Eline Doornenbal, Gabriela van Leersum, Willem van Holthe Onder van links naar recht: Nick Bowring, Maartje Spaans, Javier Navarro, Shikha Sebastian, Alicia Rodríguez Molina

Deze samenkomsten hebben ons project veel vormgegeven, vooral in termen van veiligheid voor mensen, dieren, planten en andere insecten. Ook wat wel en niet werkt om de sprinkhanenplaag te bestrijden werd duidelijk in de loop van deze gesprekken. Zo hebben we ons geconcentreerd op het doden van de sprinkhanen in plaats van hun zwermgedrag te verminderen, wat ons originele plan was.

De afgelopen maanden hebben we een duidelijk stappenplan uitgestippeld hoe we met zulke bacteriedodende virussen sprinkhanenplagen willen aanpakken. Nu zijn we bezig om onze ideeën en theorieën werkelijkheid te maken door middel van ‘proof of concept’ experimenten. Dit houdt in dat we nalopen of wat we van plan zijn, daadwerkelijk mogelijk is zonder onze bio-pesticide te testen op sprinkhanen. Benieuwd naar wat we precies doen in het laboratorium en achter onze computer schermen? Lees dan ons volgende blog.

Blog 2: Onze held: de bacteriofaag

Datum: 30-09-2020

Studenten werken in het laboratorium

Ons doel is gif produceren. Maar dan wel gericht, in de darm van de sprinkhanen om sprinkhanenplagen tegen te gaan. Hoe bezorgen we de gifstoffen in de sprinkhanen? Met behulp van onze held: de bacteriofaag. Dat is een bijzonder type virus dat alleen bacteriën infecteert. Ons doelwit is de van nature aanwezige darmflora van sprinkhanen. Onze bacteriofagen zullen deze bacteriën infecteren en omtoveren tot giffabriekjes zodat de sprinkhaan sterft.

In onze vorige blog vertelden we over de enorme sprinkhanenplagen die verschillende landen in Oost-Afrika en Zuid Azië teisteren. Binnen de iGEM competitie proberen we een oplossing te vinden voor die plagen. Ons plan is om de sprinkhanen te doden met een gifstof. Maar hoe kunnen we dat gif, slechts stabiel voor kortere tijd, aan de sprinkhaan geven? En hoe zorgen we ervoor dat de sprinkhanen snel sterven? Na lang graven in bergen wetenschappelijke publicaties kwamen we op het idee: wij gaan gifstoffen maken met bacteriofagen.

Een bacteriofaag is een bijzonder soort virus. De naam is afgeleid van het Griekse woord voor verslinden. En dat is precies wat het doet: het verslindt bacteriën. Hierdoor verschilt het van andere virussen, zoals SARS-CoV-2, omdat bacteriofagen voor menselijke cellen geen gevaar vormen. Er zijn ontzettend veel (verschillende soorten) bacteriofagen, zelfs zoveel dat er meer bacteriofagen op aarde zijn dan alle organisme samen.

Een bacteriofaag ziet er bijzonder uit (Afbeelding 1). Zijn ‘hoofd’, gevuld met zijn DNA, bestaat uit verschillende vlakken. Ook heeft het spinachtige poten waarmee het aan de oppervlakte van de bacterie bindt. Daarna injecteert de faag zijn DNA in de gastheercel. Op dat moment zet de bacterie andere processen op een lager pitje en gaat alle energie naar het aflezen van het afgeleverde DNA en het produceren van de corresponderende eiwitten. De gastheercel produceert nieuwe bacteriofagen en eiwitten, waaronder een speciaal eiwit ‘endolysine’. Wanneer er genoeg van dat eiwit gemaakt is, barst de gastheercel uiteen en gaan de nieuwe bacteriofagen op zoek naar nieuwe bacteriecellen.

Legomodel van een bacteriofaag
Afbeelding 1: Model van een bacteriofaag

In ons project maken wij gebruik van de eigenschap dat een faag zijn eigen DNA kan injecteren in de gastheercel. We voegen het DNA van onze gifstof toe aan het natuurlijke DNA van de bacteriofaag. Die genetisch aangepaste bacteriofagen worden op planten gesproeid. Zodra sprinkhanen van die planten eten, belanden de bacteriofagen in hun darmen, vol met bacteriën. Onze bacteriofaag injecteert zijn aangepaste DNA in die bacteriën. De darmbacteriën maken nu nieuwe bacteriofagen én het gif aan. Als deze bacteriën vervolgens openbreken komen onze gifstoffen vrij in de darm en sterft de sprinkhaan van binnenuit.

Op dit moment zijn wij in het lab druk in de weer met bacteriofagen. We onderzoeken hoe we DNA kunnen toevoegen aan het natuurlijke DNA van de bacteriofaag. Dat doen we in een apart laboratorium (Afbeelding 2). Omdat onze bacteriofaag makkelijk bacteriën infecteert moeten we voorkomen dat het bacteriën infecteert waarmee andere studenten experimenten doen. Daarom werken we uitsluitend in het aparte lab met bacteriofagen. Daar gelden iets striktere regels. Zo moeten we bijvoorbeeld nog beter schoonmaken. Dat doen we met een roze vloeistof, die niks en niemand spaart. Ook mag niets uit dat lab er meer uit, dus we moeten altijd goed overleggen voordat we iets van ons andere lab meenemen. Volgende week weten we of het aanpassen van het bacteriofaag DNA gelukt is. We wachten in spanning af.

Het laboratorium van iGEM team TU Delft
Afbeelding 2: Het laboratorium waar het iGEM team van TU Delft met fagen werkt.

Blog 3: Ons moment of fame

Datum: 16-11-2020

Wie had dat gedacht? Het TU Delft iGEM team op nationale televisie. Wij niet. En toch is het ons gelukt met nog slechts twee weken op de teller tot het einde van de competitie. Tussen de lange dagen die we maakten, kregen wij de kans om de grootste media stunt uit te voeren van ons iGEM jaar.

Het jeugdjournaal filmt bij het iGEM team van TU Delft
Het jeugdjournaal filmt bij het iGEM team van TU Delft

Naast experimenten uitvoeren in het laboratorium en met computermodellen onderzoeken of onze biopesticide werkt, vinden wij het belangrijk om mensen te informeren over ons project en de omvang en impact van de sprinkhanencrisis. Dit hebben we onder meer gedaan door kranten te benaderen, colleges te geven aan studenten en ouderen, en ons zelfgemaakte kinderboek over bacteriofagen voor te lezen op basisscholen. We willen dat de toekomstige generatie wetenschappers weten dat we synthetische biologie kunnen inzetten om wereldcrisissen tegen te gaan.

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

Toen we hoorden dat het NOS Jeugdjournaal een item had gemaakt over de sprinkhanencrisis, zagen we onze kans schoon. Omdat je ijzer moet smeden als het heet is, stuurden we direct een bericht naar de redactie van het Jeugdjournaal om ze te vertellen over wat wij doen. Twee uur later werden we gebeld: ze wilden de volgende ochtend nog bij ons komen filmen.

Vrijdagochtend was het zover, rond elf uur stonden we buiten om de cameraman en presentatrice te ontvangen. Hierna zijn we naar ons laboratorium gegaan om te filmen. We legden eerst kort uit wat ons doel is: gifstoffen produceren in de sprinkhanendarm. Ons project terugbrengen tot een kern die ook voor de jeugdige doelgroep van het Jeugdjournaal goed te begrijpen is, bleek al snel een grote uitdaging. Jargon zoals ‘eiwitexpressie’ en ‘de eiwit grootte correspondeert met de verwachtte grootte’ werd uiteindelijk ‘het eiwit is gemaakt’ en ‘het experiment is gelukt’.

Nadat we een korte samenvatting hadden gegeven over ons project, kon het Jeugdjournaal beginnen met filmen. We kregen een microfoon en mochten uitleg geven over onze biopesticide tegen de sprinkhanen. Een luttele drie uur filmen later waren we klaar en helemaal uitgeblust. ‘s Avonds om zeven uur zetten we de televisie aan en toen was het zover: we waren op nationale televisie.

Garbiela van iGEM team Delft op het NOS Jeugdjournaal
Op vrijdag 23 juli vertelde Garbiela van iGEM team Delft op het NOS Jeugdjournaal over het project met bacteriofagen.

De dinsdag na ons moment of fame in het NOS Jeugdjournaal was de alom gevreesde ‘Wiki Freeze’ – de deadline voor onze website. Daarop plaatsen we al onze ideeën en data. Het interview was nog net op tijd opgenomen zodat we dit ook op onze website konden vermelden.

Deadlines halen brengt vaak stress met zich mee, en deze keer was geen uitzondering. Omdat de deadline dinsdag avond twaalf uur Amerikaanse tijd was, konden we door het tijdsverschil tot vijf uur ’s ochtends werken. En van die extra lange dag hebben we zeker gebruik gemaakt. Tot de laatste minuten pasten we nog teksten en afbeeldingen aan en hebben we de laatste spreekwoordelijke puntjes op de i’s gezet om zo de best mogelijke website te maken. Moe maar voldaan gingen we in de vroege ochtend naar huis. Sinds maart zijn we allemaal niet tot zo laat meer opgebleven dus dat was weer even wennen op woensdagochtend. Benieuwd naar ons eindresultaat? Bekijk onze iGEM website hier.

iGEM team Delft na de deadline om vijf uur 's nachts
Na hard werken was onze website om vijf uur ‘s ochtends af.

De finale van de wedstrijd is over een week. Tot die tijd moeten we nog wat kleine dingen afmaken, zoals ons voorbereiden op de vragensessie waarin we twintig minuten lang worden ondervraagd door een panel van juryleden. Om ons zo goed mogelijk voor te bereiden, gaan we de komende week oefensessies houden met elkaar.

Onze fulltime periode als “iGEMmers” is voorbij en enkelen van ons zijn alweer begonnen met colleges volgen en tentamens maken. Het is weer erg wennen om elkaar niet dagelijks te zien, daarom spreken we elkaar nog dagelijks via Zoom. Niet voor het project, maar gewoon voor de gezelligheid. Tijdens de finale gaan we nog een keer alles op alles zetten en hopen we op een goed eindresultaat.