iGEM 2021 - team Delft

De Delftse student Miriam Cammaert blogt tijdens de iGEM competitie over de worstelingen, doorbraken, hoogte- en dieptepunten die haar team meemaakt tijdens het ontwikkelen van Aptavita, een test voor het detecteren van een tekort aan micronutriënten.

Lees de blogs van het Team TU Delft:
Blog 1 | Blog 2 | Blog 3 | Blog 4 | Blog 5

Blog 1: Verborgen honger onthullen

Datum: 01-10-2021

In 2019 verloor een negentienjarige jongen uit Bristol, Groot-Brittannië, langzaam zijn zicht en gehoor. De oorzaak bleek een jarenlang slecht dieet. Hij leed aan verborgen honger: een tekort aan één of meerdere vitamines en mineralen. Dat kan ernstige gevolgen hebben zonder directe symptomen. Dit jaar willen wij voor iGEM, een internationale competitie in synthetische biologie, verborgen honger zichtbaar maken door een toegankelijke vitaminetest te ontwikkelen.

Ondanks dat vitamines en mineralen enkel nodig zijn in zeer kleine hoeveelheden, heeft een tekort toch grote consequenties. Zo kunnen kinderen blind worden, een groeiachterstand oplopen of bloedarmoede krijgen als zij te lang bloot worden gesteld aan een vitaminetekort. Maar liefst één op de drie mensen lijdt aan onzichtbare honger volgens schattingen van de wereldgezondheidsorganisatie.

Testen of mensen voldoende vitamines in hun bloed hebben kan op dit moment alleen met dure apparatuur in goed uitgeruste laboratoria. En laat dat nou precies zijn waar in veel landen geen geld voor is. Wij willen er daarom met onze vitaminedetectietest voor zorgen dat ook in landen met een laag inkomen testen toegankelijk is, omdat de verborgen honger juist vaker voorkomt in lage inkomenslanden in Zuid-Azië en Sub-Sahara Afrika.

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

Het toegankelijker maken van testen willen wij realiseren met onze goedkopere en simpelere vitaminedetectietest. Die test lijkt op een corona zelftest. Een verschil is dat voor onze test bloed nodig is. De arts prikt een beetje bloed met een kleine naald en brengt dat bloed aan op de teststrip. Na 45 minuten vindt er kleurverandering plaats op de test en weet de patiënt of hij een vitaminetekort heeft. Hoe groter de kleurverandering, des te meer vitamines er in het bloed van de patiënt aanwezig zijn.

De vitaminedetectietest AptaVita
De vitaminedetectietest AptaVita

Het geheime wapen van de test – de reden dat de kleurverandering optreedt – zijn zogenoemde aptameren. Dat zijn RNA-moleculen die in een bepaalde vorm vouwen en zo een specifiek vitamine vastgrijpen. Daar komt ook de naam van onze vitaminetest vandaan: AptaVita: Apta voor aptameren en Vita voor vitamines.

De door ons ontworpen vitaminedetectietest moet de kennis over bevolkingsgezondheid vergroten. Overheden en gezondheidsinstellingen kunnen dan beter geïnformeerde interventieprogramma’s opzetten om verborgen honger te bestrijden zodat mensen zoals de negentienjarige Brit uit Bristol niet meer onnodig hoeven te lijden.

Voor ons is er voorlopig voldoende werk aan de winkel. Ben je benieuwd naar wat wij verder allemaal doen in het lab, maar vooral ook buiten het lab? Lees het in onze volgende blog.

iGEM team TU Delft 2021
TU Delft iGEM team 2021. Van links naar rechts: Laura Sierra Heras, Koen van Gent, Loulotte Waling, Riko Kuriki, Federico Ramírez Gómez, Mathijs Verhoev, Boyd Peters, Miriam Cammaert, Milou van Nederveen, Pim van Beeck, Minke Gabriels.

Blog 2: Een kleurverandering in een celvrij systeem

Datum: 11-10-2021

Hoe werkt die vitaminetest precies? Een veelgestelde vraag aan ons team van de media, onze ouders, leden van de sportschool, van wie niet eigenlijk. Het is belangrijk om uit te leggen hoe onze test werkt en feedback te ontvangen over ons ontwerp, zodat onze test zo gebruiksvriendelijk mogelijk wordt. Daarom geeft deze blog een inkijkje in de technische details van onze test.

In onze vorige blog vertelden wij over onze vitaminetest die onzichtbare honger zichtbaar maakt. De kleur van de teststrip verandert van rood naar geel, waardoor een vitaminetekort zichtbaar wordt. Deze kleurverandering moet optreden zodra een aptameer – een gevouwen RNA molecuul – een vitamine vastgrijpt.

Onze eerste stap is een aptameer vinden die alleen onze vitamine van interesse vastgrijpt, bijvoorbeeld vitamine B12. Wij voerden een evolutie-experiment uit om zo’n aptameer te vinden. Dit evolutie-experiment selecteert de aptameren die het sterkst binden in de aanwezigheid van een vitamine én niet binden in de afwezigheid van een vitamine. In het lab voerden drie van onze menselijke robots maar liefst 63 rondes aan evolutie uit. De resultaten worden nu verwerkt. Binnenkort zullen we zien hoeveel geschikte aptameren wij hebben gevonden.

Twee studenten in witte jassen in het laboratorium met pipetten in hun handen
Experimenten uitvoeren in ons iGEM laboratorium

De aptameren zijn echter nog maar het begin van de puzzel. Op het moment dat de test een vitaminetekort meet, moet er een kleurverandering optreden. Als de aptameer geen vitamine kan vastgrijpen, wordt hij onstabiel. De aptameer breekt. Daardoor komt er een stuk bloot te liggen waar andere eiwitten aan kunnen binden. Een klein eiwitfabriekje bindt aan de breukplaats op het aptameer en produceert eiwitten (zie de afbeelding hieronder). Die zetten een rood substraat om in een geel product. Hoe meer eiwit er wordt gevormd, hoe geler de test wordt. Dat duidt op een vitaminetekort.

Een afbeelding van een instabiele aptameer, die leidt tot eiwitproductie, en een stabiele aptameer, die niet leidt tot eiwitproductie
Een onstabiel aptameer zonder vitamine leidt tot eiwitproductie (translatie), terwijl een aptameer gebonden aan een vitamine geen eiwit oplevert.

Voor het maken van eiwitten zijn onder andere eiwitfabriekjes nodig die normaal alleen voorkomen in cellen. Daarom werken onderzoekers vaak met genetisch gemodificeerde organismen, maar dat hoeft niet meer. Wij werken dit jaar met een zogenaamd celvrij systeem voor het maken van eiwitten.

Celvrije systemen bestaan uit onderdelen die nodig zijn voor de aflezing van het DNA naar RNA en omzetting van RNA naar eiwit. Dit doen celvrije systemen zonder dat zij een celkern of celmembraan hebben. In de natuur kunnen zij zich dus niet meer voortplanten. Op het moment zijn we in het laboratorium druk bezig om dit celvrije systeem te integreren met de rest van ons systeem. De eerste resultaten zien er goed uit.

Overzicht waarin wordt uitgebeeld hoe de vitaminetest werkt.
Overzicht van onze test die bestaat uit de aptameerbinding aan een vitamine, die een kleurverandering oplevert in een celvrij systeem.

Blog 3: Lastige keuze: Een chocoladereep met een vitaminepil of verse groenten?

Datum: 21-10-2021

Verborgen honger lijkt af en toe een ver-van-mijn-bed-show, omdat in Nederland de meeste mensen beschikking hebben tot verse groenten en fruit. Maar zijn we ons wel voldoende bewust van welke voedingsstoffen we precies moeten binnenkrijgen? En als we dat al weten is het soms nog lastig om de verleiding van junkfood en snoepgoed te weerstaan.

Voordat ons team medio april besloot om een vitaminedetectietest te ontwikkelen, verdiepten we ons in de problematiek rondom vitamine-inname. De focus van ons project ligt op het toegankelijk maken van vitaminetesten voor Sub-Sahara Afrika en Zuid-Azië om in deze gebieden verborgen honger zichtbaar te maken. Echter, zijn wij ons er ook van bewust dat de westerse wereld niet gespaard blijft van verborgen honger. De verborgen-hongerproblematiek zette ons team geregeld aan het denken over ons eigen dieet en het maken van gezonde keuzes.

Een kleine greep uit onze gesprekken van de afgelopen maanden. “Ik heb vandaag toch wat sinaasappels in huis gehaald voor de vitamine C. Enkel die boterhammen met pindakaas dat kan niet goed blijven gaan.” Een mooie realisatie van een teamgenoot door ons eigen iGEM-project. Het team reageerde lacherig maar zag ook zeker de noodzaak in van een goede balans in het dieet. Ik merkte dat het ons meer bezighield in de maanden die volgden.

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

Een ander voorbeeld: “Vanavond wil ik toch echt veel groente binnenkrijgen. Door al dat late doorwerken heb ik steeds gekozen om simpelweg een pizza in de oven te gooien.” Naast het feit dat we met ons project proberen om anderen bewust te maken van gezonde voeding, ben ik blij om te zien dat er binnen ons eigen team ook meer bewustwording is over een gezond dieet. Daar moet wel bij gezegd worden dat wij na een lange dag schrijven voor onze Wikipagina, toch ook met zijn allen naar de automaat rennen om een chocoladereep te scoren. Dan maken we met elkaar de grap: “Chocoladereep met een multivitaminepil?”

Over de inname van vitamines via supplementen waren overigens ook de nodige gesprekken. “Ik neem wel iedere dag mijn multivitaminen, maar ik vraag me toch af of dat wel echt goed is als ik lees dat een overschot aan vitamines ook schadelijk kan zijn.” We beseften ons dat wij als studenten eigenlijk geen idee hebben hoe het staat met onze vitaminehuishouding en dat we niet zomaar een bloedtest kunnen aanvragen om onze vitaminehuishouding te laten controleren. Wij zijn dus klaar om die vitaminetest te gebruiken zodra die in de schappen ligt, zodat we weten hoe het ervoor staat met onze gezondheid.

Blog 4: De laatste loodjes

Datum: 01-11-2021

De laatste loodjes wegen het zwaarst… en dat ze waren ze dit iGEM-jaar zeker ook. Gelukkig staat onze Wiki website ondertussen online met de beoogde sociale impact van onze vitaminedetectietest, interviews, en experimenten die wij als TUDelft iGEM team dit jaar uitvoerden.

Tijdens de iGEM competitie zijn wij maanden bezig geweest met experimenten bedenken, opstellen, uitvoeren en vervolgens de data analyseren. We werkten volgens een schema dat in de wetenschap de Design-Build-Test-Learn cyclus wordt genoemd (of, korter, de engineering cyclus). Op basis van de data uit onze analyses, doorliepen we de hele cyclus opnieuw.

Eerst keken we bij de eerste stap “ontwerpen” wat we willen bereiken, bijvoorbeeld een kleurverandering als een patiënt een vitaminetekort heeft. Vervolgens verdiepten we ons in hoe we dat konden “bouwen”. Zoals genoemd in blog 2, zijn wij op zoek gegaan naar een celvrij systeem om de kleurverandering te laten optreden voor onze vitaminedetectietest. We testten dat systeem in het laboratorium. Vervolgens gebruikten wij de uitkomst van dit experiment om ons ontwerp voor het celvrije systeem te verbeteren. Dit zorgde ervoor dat we uiteindelijk een celvrij systeem hebben gevonden met de juiste eigenschappen om een kleurverandering te laten optreden in de afwezigheid van vitamines.

Een schematische afbeelding. Onderzoek doen bestaat uit vier stappen die steeds opnieuw beginnen: ontwerpen, bouwen, testen en leren.
De engineering cyclus: ontwerpen - bouwen - testen - leren. Deze cyclus kan zichzelf meerdere keren herhalen in de wetenschap totdat we tot de gewenste uitkomst krijgen.

Wetenschappers leggen alle engineering cycli altijd goed vast voor toekomstige wetenschappers en het algemeen publiek. Op die manier kunnen we makkelijker samenwerken en bouwen op elkaars onderzoek. Daarom beschrijven we op onze Wiki website wat voor project wij hebben bedacht, de sociale impact die ons project kan hebben en alle experimenten die wij hebben uitgevoerd. Bovendien is de Wiki website een vereiste om deel te nemen aan de iGEM competitie. Voor de jury is de Wiki één van de belangrijkste onderdelen waarop zij zullen beoordelen of ons team in aanmerking komt voor bepaalde prijzen.

De deadline voor het inleveren van deze Wiki website, de zogenaamde “Wiki-Freeze”, zorgde ervoor dat het de laatste maand even afgelopen was met de pret. Het werden lange dagen en later ook lange nachten waarop wij werkten aan het schrijven van de pagina’s over de experimenten, sociale impact van ons project, enzovoorts. Wij leverden de geschreven stukken aan bij onze Wiki manager, Riko Kuriki, die ervoor zorgde dat onze Wiki website een prachtige lay-out heeft.

Door ons harde werk kwamen wij op de ochtend van de deadline, die voor de Nederlandse teams op vrijdagochtend 22 oktober om 5:00 stond door het verschil in tijdzone met Amerika, gelukkig niet in de problemen op het moment dat de website eruit lag door overbelasting van alle teams die aan het uploaden waren. We hebben de laatste uren benut om de laatste kleine aanpassingen te doen om het beste eindresultaat af te leveren. Ons team heeft zich er uiteindelijk succesvol doorheen geslagen en met trots hebben we onze Wiki website afgeleverd. Ben je benieuwd naar ons eindresultaat? Bekijk dan onze iGEM website.

Tien studenten zitten aan een lange tafel met wraps en groentes voor hun neus.
Het gehele iGEM team samen aan het avondeten op de nacht van de Wiki-Freeze.

Blog 5: First-runner up

Datum: 24-11-2021

De iGEM finale, ofwel de Giant Jamboree, hebben we gevierd in Parijs. We mogen onszelf de first-runner up (ofwel, de tweede plaats uit maar liefst 350 teams) noemen van de iGEM competitie 2021. Wij zijn trots dat we via deze competitie verborgen honger op de internationale kaart hebben mogen zetten.

Groepsfoto iGEM team TU Delft
Het TU Delft iGEM team wint de tweede prijs op de Giant Jamboree

De Giant Jamboree duurde dit jaar van 4 tot en met 14 november. De eerste drie dagen stonden in het teken van de jurysessies. Daarin beoordeelt de jury de teams op basis van hun Wiki-pagina en presentatievideo’s en krijgen ze twintig minuten de tijd om ieder team het vuur aan de schenen te leggen. Gelukkig konden we ons werk goed verdedigen en kregen we complimenten over ons onderzoek naar de snelle en goedkope vitaminetest en de beoogde impact ervan.

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

Op 10 november vertrokken we als team naar Parijs. Op het moment dat we in de vertrekhal stonden met onze koffers werden de nominaties bekend gemaakt en hoorden we dat we voor maar liefst acht prijzen waren genomineerd. Maar het mooiste nieuws moest nog komen. We klommen naar de top tien van de Overgrad categorie (de masterstudenten) en kregen tot slot zelfs het nieuws dat wij een finaleplaats hadden bemachtigd. In de vertrekhal kregen we nogal wat blikken toegeworpen toen we op en neer sprongen van vreugde. Het voelde geweldig om deze erkenning te krijgen van ons harde werken de afgelopen maanden. De volgende nominaties sleepten we binnen:

  • Grand Prize (FINALIST!)
  • Best Track Award in Diagnostics
  • Best New Basic Part
  • Best New Composite Part
  • Best Part Collection
  • Best Sustainability
  • Best Safety and Security
  • Best Integrated Human Practices
  • Best Supporting Entrepreneurship
  • Best Sustainability

Hoewel we in de Franse hoofdstad natuurlijk toeristische plekken bezochten, hield de competitie ons ook flink bezig tijdens de finale. We werkten bijvoorbeeld in de vroege ochtenduren tijdens onze reis naar Parijs aan opnames voor een bijeenkomst met de United Nations op 22 november. Tijdens die bijeenkomst geeft iGEM een presentatie over de bijdrage van de volgende generatie aan bioveiligheidsinnovatie. Omdat ons team genomineerd was voor de Safety & Security award komt ook ons project aan bod in een korte video. In deze video vertellen we over de veiligheidsoverwegingen die wij hebben gemaakt binnen ons project, AptaVita. We vinden het heel gaaf dat we hierbij betrokken worden en dat we veiligheid binnen synthetische biologie en ook verborgen honger op de internationale kaart mogen zetten.

Het iGEM team voor de Eiffeltoren
De iGEM finale, de Giant Jamboree, vieren we dit jaar met Europese iGEM teams in Parijs.

Op zondagmiddag was het zover, de officiële prijsuitreiking. Van alle teams eindigden we op de tweede plek. Helaas was onze mede-finalist, het team van Marburg, een geduchte tegenstander en gingen zij er met de hoofdprijs vandoor. We hebben het ver geschopt en mooie erkenning gekregen voor ons project. Ook sleepten we de prijs voor best diagnostics en best supporting entrepreneurship in de wacht.

Onze reis naar de Franse hoofdstad vormde een geweldige afsluiter van dit enerverende iGEM jaar. Het was een mooie gelegenheid om andere iGEM teams te ontmoeten, onze ervaringen te delen, en dit hele traject met elkaar te vieren.