iGEM 2022 - team Groningen

De Groningse student Mink Sieders blogt tijdens de iGEM-competitie over de worstelingen, doorbraken, hoogte- en dieptepunten die zijn team meemaakt tijdens het ontwikkelen van 'Nanobuddy', een nieuwe strategie om kippen te beschermen tegen de vogelgriep met kleine antilichamen, of nanolichamen.

Copyright, iGEM team Groningen

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

Blog 1: De (stal)deur uit met vogelgriep!

Datum: 11-08-2022

Niet zo lang geleden werd de wereld verrast door een zeer dodelijk virus. Miljoenen mensen stierven en vele anderen moesten in quarantaine. Ja, we hebben het natuurlijk over de grieppandemie van 1918, ook wel bekend als de Spaanse griep. Wat je misschien niet wist, is dat deze pandemie hoogstwaarschijnlijk niet begon bij mensen, maar bij vogels.

Honderd jaar later worden we opnieuw geconfronteerd met een soortgelijk lot. De zeer besmettelijke aviaire influenza, ook wel de ‘vogelgriep’ genoemd, raast de wereld door. Ongeëvenaarde uitbraken besmetten vogels wereldwijd; gevogelte in de pluimvee-industrie in het bijzonder. Immunologen slaan alarm omdat dit zeer besmettelijke virus kan muteren en zich kan verspreiden onder mensen. Dit zou een nieuwe wereldwijde pandemie kunnen betekenen. In Nederland, waar pluimvee verreweg het grootste aandeel van de veestapel vormt, is deze kwestie zeer relevant.

Gezichtsmaskers bij het publiek tijdens een voetbalwedstrijd in 1918

Door de krappe ruimtes waarin pluimvee helaas vaak moet leven, verspreiden en muteren virussen razend snel. Om dit te voorkomen zijn Nederlandse pluimveehouders bij een besmetting genoodzaakt om al hun eigen, en soms naburige, pluimvee te ruimen. Alleen al in 2022 is meer dan één miljoen Nederlands pluimvee geruimd om verspreiding van het virus tegen te gaan. Deze drastische maatregelen om grootschalige uitbraken van de vogelgriep te voorkomen kunnen de genadeslag zijn voor pluimveebedrijven, en hiermee ook voor hun dieren.

Op biotechnologie.nl bloggen drie Nederlandse teams over hun deelname aan de iGEM competitie van 2022. Lees meer over iGEM.

Vrijwel iedereen is het ermee eens dat pluimvee beschermd moet worden tegen de vogelgriep. Maar in Nederland alleen al zijn er bijna 100 miljoen kippen die gevaccineerd moeten worden. Door deze grote getalen zijn conventionele vaccinatiestrategieën te langzaam, duur en niet efficiënt genoeg. Daarom gaan wij, met ons twaalfkoppige studententeam, op zoek naar een nieuwe manier om pluimvee op grote schaal te beschermen.

iGEM team Groningen
Maak kennis met het Rijksuniversiteit Groningen iGEM Team van 2022. Van link naar rechts: Shree Bagchi, Anastasiia Marfiychuk, Isis Teunissen, Yasmin , Ronald van der Meulen, Bindert Algra, Mink Sieders, Laurens Peer, Maya Semaan, Sander Annema, Harshith Sai Gavi Matam & Lorena Gallo Larco.

Met ons project ‘Nanobuddy’ stellen we een nieuwe strategie voor om kippen snel en gemakkelijk tegen de vogelgriep te beschermen. Hoe? Wij modificeren de bacterie Lactobacillus reuteri, een inheemse bewoner van de kippenlongen, en laten deze nanolichamen uitscheiden. Nanolichamen zijn kleine stukjes van antilichamen die zich aan een virus binden. Daardoor kan het virus geen cellen meer binnendringen en worden de kippen niet ziek. Deze bescherming werkt zonder vaccinatie, want we introduceren onze bacteriën via een simpele spray in de longen. Eenmaal daar, scheiden de bacteriën de nanolichamen uit om een immuunreactie op te wekken. Deze passieve strategie maakt het een stuk makkelijk om pluimvee in Nederland, en de rest van de wereld, te beschermen tegen de vogelgriep.

Wij hopen dus dat vogels met onze ‘nanobuddies’ in hun longen een betere weerstand hebben tegen de vogelgriep en zo het virus minder verspreiden. Dit verkleint niet alleen de kans op uitbraken, maar ook de kans dat het virus muteert en op mensen overspringt . Als onze strategie goed werkt, zou dit wel eens een nieuwe wereldwijde pandemie kunnen voorkomen. Daarnaast hopen we, niet geheel onbelangrijk, miljoenen kippenlevens te redden van preventief ruimen. Maar voor het zo ver is hebben we nog genoeg te doen om ons iGEM-project te laten slagen. We kijken ernaar uit om ons avontuur hier met jullie te delen!

Blog 2: Hoe raakt de vogelgriep de wereld om ons heen?

Datum: 01-09-2022

Als je aan de vogelgriep denkt, zie je waarschijnlijk meteen een boer voor je die met pijn in zijn hart duizenden kippen moet ruimen. Logisch, want de media schrijft veel over dit soort massale ruimingen, wat voor behoorlijk veel ophef zorgt. Toch is er ook een andere kant van het verhaal die vaak onderbelicht blijft als het op de vogelgriep aankomt. Hoe zit het bijvoorbeeld met wilde vogels? En vogels in de dierentuin? Wie worden er nog meer door het vogelgriepvirus getroffen?

Om daarachter te komen ging ik, met mijn team, in gesprek met boeren, beleidsmakers, dierenartsen, slagers en epidemiologen. Als we daadwerkelijk een oplossing willen vinden voor het vogelgriepprobleem, is het belangrijk om erachter te komen hoe deze crisis precies in elkaar zit. Juist daarom vinden wij het zo interessant (en noodzakelijk) om met verschillende belanghebbers en experts over de vogelgriep te praten. Daarnaast is het goed om je als iGEM-team te beseffen wat voor impact jouw project in de ‘echte wereld’ heeft. Dit kan namelijk het ontwerpproces van je oplossing sterk beïnvloeden! Tijdens de competitie wordt dit ‘human practices’ genoemd. Het is een cruciaal onderdeel van ieder iGEM-project en mijn team en ik zijn er nu volop mee bezig.

iGEM team Groningen gaat in overleg
Ronald, Yasmin en ik vlak voor een online interview met een van onze experts.

Door verschillende belanghebbers te interviewen, hebben we als team veel waardevolle informatie verzameld, die in de literatuur moeilijker te vinden is. Wat ons opviel, is dat alle experts het ermee eens zijn dat de grootste impact van de vogelgriep toch echt te vinden is bij de boeren. De vogelgriep levert hen veel financiële lasten op, en daardoor ook een hoop stress. Het (preventief) ruimen van pluimvee kost hen, en anderen betrokkenen in de productieketen, erg veel geld. Ook het ophokken van de kippen levert problemen op, want kun je deze bijvoorbeeld nog wel als ‘vrije-uitloop kippen’ zien? Door in gesprek te gaan met overheidsorganisaties zijn wij er ook achter gekomen dat vogelgriepuitbraken een fysieke tol heeft op mensen. Sommige werknemers moeten bij grote uitbraken soms dag en nacht doorwerken om er zeker van te zijn dat het virus niet verder verspreid.

Op biotechnologie.nl bloggen drie Nederlandse teams over hun deelname aan de iGEM competitie van 2022. Lees meer over iGEM.

Hoe goed iedereen ook zijn best doet, volledig van het virus afkomen gaat helaas niet lukken. Het virus verspreidt zich namelijk ook onder wilde vogels die wij op geen enkele manier kunnen beschermen, behalve door besmette vogels door bijvoorbeeld de dierenambulance te laten ruimen. Dit legt een hoop druk op organisaties die wilde dieren juist willen beschermen. Een andere partij waar wij voor dit project nooit eerder aan dachten, zijn dierentuinen. Zij willen natuurlijk hun zeldzame, en soms bizar dure, vogels niet verloren zien gaan als gevolg van de vogelgriep, net zoals boeren in de pluimveesector. Hoewel vaccineren voor dierentuinen een stuk beter te doen is, leeft de angst voor het virus hier ook zeker door.

Leadbeater's Cockatoos in Tropical Birdland, Leicestershire, England.
Leadbeater's Cockatoos in Tropical Birdland

Natuurlijk is er ook nog het risico dat het virus overspringt naar mensen. Zoiets gebeurt bijvoorbeeld wanneer het virus genetische informatie uitwisselt met het menselijke influenzavirus. Het is erg lastig om te voorspellen of en hoe snel dit gebeurt, maar als wij niet iets doen is het volgens experts slechts een kwestie van tijd.

Naast de impact van de verspreiding van het virus op de vogels zelf en op de belanghebbers, zijn wij voor onze ‘human practices’ ook geïnteresseerd in de publieke opinie tegenover de vogelgriep, in het licht van ons project. Om dit te onderzoeken hebben wij een enquête gemaakt om ons project nóg een stukje beter te maken. Dus: mocht je tien minuutjes over hebben, dan kun je ons enorm helpen door de enquête in te vullen. De vogelgriep gaat natuurlijk iedereen aan!

Ga naar de enquête van iGEM Groningen

Blog 3: Hoe werken onze nanobuddies?

Datum: 21-09-2022

Een vraag die wij vaak krijgen is: ‘Hoe werkt die vaccinatie van jullie nou eigenlijk?’. Het antwoord zal je misschien verrassen: het is namelijk geen vaccinatie, maar een alternatieve vorm van immunisatie tegen het vogelgriepvirus dat pluimvee beschermt zonder gebruik te maken van hun immuunsysteem zelf. Hoe werkt dat dan? Waarom hebben jullie voor dit design gekozen? En werkt dit beter dan normaal vaccineren? Dat zal ik allemaal in deze blog uitleggen!

Onze missie is om het vaccineren van pluimvee tegen het vogelgriepvirus te versimpelen. Honderd miljoen kippen met een naald vaccineren is namelijk een logistieke nachtmerrie en het werkt niet snel genoeg. In het verleden werd dit probleem voor ziektes zoals de pseudovogelpest, vaak opgelost door virusdeeltjes in de stal te sprayen. Deze virusdeeltjes activeren het immuunsysteem en maken vogels op deze manier immuun.

Jammer genoeg is virusbestrijding via een spray-vaccinatie niet mogelijk voor zeer besmettelijke ziektes, zoals de vogelgriep variant H5N1 waar wij ons in dit project op focussen. Voordat de kippen hier volledig tegen beschermd zijn, zouden ze namelijk aan enorm grote hoeveelheden virusdeeltjes blootgesteld moeten worden. Dat gaat niet, maar wij vonden de spray-vaccinatietechniek wel een heel elegante manier om effectief en snel pluimvee te beschermen. Dus gingen wij voor de iGEM-competitie op zoek naar een beschermingsstrategie die gebruik maakt van een spray, maar niet werkt zoals de huidige vaccinatiestrategieën.

We dachten: wat nou, als je een bacterie uitkiest die van nature in de longen van kippen leeft en deze genetisch modificeert om de kippen tegen het vogelgriepvirus te beschermen. Hoe? Door de bacteriën nanolichamen te laten produceren! Nanolichamen zijn kleine onderdelen van antilichamen die zich aan een virus binden om deze te neutraliseren. Volgens de wetenschappelijke literatuur kunnen onze gemodificeerde bacteriën stabiel verder leven in de kippenlongen. Eenmaal daar creëren ze een laag van beschermende nanolichaampjes in het slijm van de longen, wat voorkomt dat het virus de kip binnendringt.

Infographic
Onze nanobuddies vormen een barrière in de kippenlongen, wat voorkomt dat het virus de kip binnendringt.

Als iGEM-team mogen wij onze nanobuddies natuurlijk niet zomaar op kippen testen. Toch zijn we er redelijk zeker van dat onze oplossing een aantal extra voordelen met zich meebrengt tegenover reguliere vaccinaties. Zo zijn onze nannobuddy-bacteriën op grote schaal te produceren en maakt onze strategie het makkelijker om een onderscheid te maken tussen beschermde dieren en geïnfecteerde dieren, omdat wij geen gebruik maken van virusdeeltjes die het immuunsysteem stimuleren.

Daarnaast is één van de grootste nadelen van reguliere vaccinatie dat kippen niet altijd beschermd zijn tegen het virus. Denk bijvoorbeeld aan de COVID-vaccinaties, waar sommige mensen zelfs na drie injecties nog geïnfecteerd raken door het virus. Ook muteren virussen snel, waardoor vaccinaties vaakachter de feiten aan lopen. Het voordeel van bescherming via onze nanolichamen is dat deze zich binden aan een sterk geconserveerd deel van het virus dat amper muteert. Daardoor binden de deeltjes zich aan veel verschillende vogelgriepvirusvarianten en hebben mutatiesminder impact op de effectiviteit van de bescherming.

In een video van 2 minuten leggen we je alles uit over ons project en hoe onze oplossing werkt:

Met onze strategie ben je daarnaast niet afhankelijk van het immuunrespons van de kip zelf, want wij voorkomen dat het virus überhaupt het lichaam in komt, in tegenstelling tot vaccinaties waarbij infecties en verspreidingen blijven voorkomen.