iGEM 2021 - team Maastricht

Maaike Hersov en Luca Guitink bloggen tijdens de iGEM competitie over de worstelingen, doorbraken, hoogte- en dieptepunten die hun team meemaakt tijdens het ontwikkelen van Methagone, een door bacteriën gemaakt voedingssupplement die koeien minder methaan uit doet stoten.

Lees de blogs van het Team MSP-Maastricht:
Blog 1 | Blog 2 | Blog 3 | Blog 4

Blog 1: Gevaarlijke boertjes

Datum: 11-10-2021

Als je door Nederland rijdt en uitkijkt over de velden, zie je een grote diversiteit aan dieren: van paarden tot ooievaars en koeien. Waar de meesten een schattig beestje of een lekkere biefstuk zien, ziet ons team gevaar.

Wanneer koeien hun voedsel verteren maakt een van hun magen, de pens, het broeikasgas methaan. Via oprispingen en boeren komt dat gas vrij in de atmosfeer. Methaan is 28 keer schadelijker voor het milieu dan CO2. Met de toenemende vraag naar vlees en zuivel is de veehouderij een grote bijdrage aan de opwarming van de aarde.

Eerder toonden onderzoekers aan dat het toevoegen van rood zeewier aan koeienvoer de methaanemissie van een koe tot 98 procent vermindert. Dat komt doordat het zeewier het stofje bromoform bevat die de productie van methaan verstoort. Rood zeewier toevoegen aan het voer is echter geen haalbare oplossing. Dit zeewier heeft namelijk een ingewikkelde levenscyclus, waardoor het bijzonder moeilijk is om te kweken en te massaproduceren.

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

Wij keken het trucje van rood zeewier af en ontwikkelen een nieuwe methode om koeien minder methaan te laten boeren. Voor die methode maken we een genetisch gemodificeerde E. coli-bacterie die bromoform produceert, net als rood zeewier. We passen genetische interventie toe, waarbij we bromoform producerende genen van het rode zeewier aan de bacteriën toevoegen. Deze bacteriën kunnen vervolgens in de vorm van capsules aan koeien worden gevoerd.

In de pens van de koe vermenigvuldigen de bacteriën zich en produceren ze de methaanremmer bromoform. We verwachten dat koeien maar een enkele dosis nodig hebben, waarna de bacteriën in de maag blijven bestaan. Of dat daadwerkelijk zo is, moet nog blijken uit onderzoek. Op deze manier kan de methaanemissie van elke koe drastisch verminderd worden. Een bijkomend positief punt hierbij is dat de herverdeling van energie ervoor zorgt dat koeien sneller groeien waardoor de boer de vleesproductie verhoogt.

Met ons innovatieve project willen we voedseladditieven in de veehouderij naar een nieuw niveau tillen op een manier die de koe, de boer en het milieu positief beïnvloedt. Zo kunnen we in de toekomst genieten van een wandeling langs weilanden, zonder gevaar te zien.

Blog 2: Methaan warmt de aarde op

Datum: 27-10-2021

In onze vorige blog kondigden we aan dat we klimaatverandering tegengaan door methaanuitstoot door koeien te verminderen. Maar voor velen is dit waarschijnlijk een verassing – CO2 is toch de reden waarom de aarde opwarmt?

Koeien in een stal. Koeien stoten methaan uit door de bacteriën die in hun pens leven.
Koeien stoten methaan uit door de methaanproducerende bacteriën die in hun pens leven.

Klimaatverandering wordt vaak direct in verband gebracht met het broeikasgas CO2, maar dit is niet het enige broeikasgas dat mensen uitstoten. Het klopt wel dat CO2 schadelijker is voor het milieu, doordat het langer in de atmosfeer blijft hangen. Maar methaan heeft een krachtiger effect op de atmosfeer, omdat het ongeveer 23 keer meer warmte vasthoudt als dezelfde hoeveelheid CO2.

Methaan is niet alleen schadelijk voor het milieu. Hier in Nederland gebruiken wij het veel, bijvoorbeeld als brandstof. Mensen die hun huizen verwarmen en koken met aardgas of biogas, gebruiken methaan: dat is het meest belangrijke bestandsdeel van deze gassen. In andere landen daarentegen worden veel huizen met olie verwarmend, bijvoorbeeld in Frankrijk en België.

In de natuur wordt ook methaan geproduceerd. Dit gebeurt bijvoorbeeld wanneer gespecialiseerde bacteriën dode planten en dieren afbreken. Ook in natte natuurgebieden waar geen zuurstof aanwezig is, zoals moerassen en venen, ligt methaan opgeslagen. Dat komt vrij tijdens een techniek genaamd hydraulisch kraken die mensen gebruiken om onder andere schaliegas uit de bodem te halen.

Veengebied waar veel methaan ligt opgeslagen onder het wateroppervlak. Als bacteriën het organisch materiaal afbreken komt er methaan vrij.
In natte natuurgebieden ligt organisch materiaal opgeslagen. Als bacteriën dat materiaal afbreken komt er methaan vrij.

Methaan zit ook opgeslagen in permafrost. Dit zijn permanent bevroren toendragebieden, zoals bijvoorbeeld Siberië en Rusland, waarin methaan is opgeslagen tijdens de ijstijd. Hoe meer de aarde opwarmt, hoe sneller de permafrost ontdooit en hoe meer methaan vrijkomt, hoe meer de aarde opwarmt. Het is een vicieuze cirkel die het broeikasgaseffect versterkt en klimaatverandering versnelt.

Helaas blijft de grootste en alsmaar-toenemende producent van methaan de veehouderij. Zoals we in onze vorige blog vertelden, stoten koeien methaan uit doordat er methaan-producerende bacteriën in de pens van koeien leven. Wereldwijd groeit de vleesindustrie nog steeds en er worden steeds meer koeien gehouden. In 2010 zijn er minder dan 500 miljoen dieren geslacht voor de vlees industrie, terwijl er in 2019 meer dan 640 miljoen dieren geslacht werden. Dat is een toename van ongeveer 28 procent. Dit heeft een grote invloed op de hoeveelheid methaan die de koeien gezamenlijk uitstoten.

De gevolgen van klimaatverandering zijn belangrijk voor onze en toekomstige generaties. De consequenties van klimaatverandering worden steeds duidelijker en acties kunnen niet langer worden uitgesteld. Wij denken dat we met ons project Methagone een belangrijke bijdrage leveren aan de reductie van methaanemissies. We blijven daarom gemotiveerd om dit project ook na iGEM verder te ontwikkelen, zodat we over enkele jaren een duurzaam product op de markt kunnen brengen.

Blog 3: Een voedseladditief, hoe veilig is dat voor het milieu?

Datum: 16-11-2021

Voor de iGEM competitie wilden wij iets ontwerpen dat zowel diervriendelijk als milieuvriendelijk is. Het idee achter onze genetisch aangepaste bacteriën is een product dat koeien maar één keer in hoeven te nemen om blijvend effect te hebben. Maar hoe maken we dat veilig voor dier en milieu?

Natuurlijk willen we een product maken dat op de markt verkocht mag worden. Voor volledige goedkeuring moet het milieu- en diervriendelijk zijn. Daarom hebben wij drie genetische zelfvernietigingsknoppen in onze bacterie geplaatst. Die zorgen voor een veilige zelfvernietiging in het geval van een uitbraak in de natuur. Elk van deze drie noodstoppen wordt op een andere manier geactiveerd, apart van elkaar of meerdere tegelijk, om allerlei ongewenste situaties te voorkomen.

Andres bekijkt in het laboratorium een schaaltje met bacteriën, die hij vast heeft in zijn handen. Hij heeft een labjas en blauwe latex handschoenen aan.
Andres controleert de groei van de bacteriën.

Als eerste genetische noodstop hebben we het voortbestaan van de bacterie afhankelijk gemaakt van de aanwezigheid van waterstofperoxide, een stofje dat in de pens van de koe voorkomt. Zonder waterstofperoxide kan de bacterie niet overleven, want dan wordt één van de genetische zelfvernietigingsknoppen geactiveerd. Dit voorkomt dat de bacterie in andere omgevingen kan overleven.

De tweede genetische noodstop is gebaseerd op het feit dat een koe een stabiele lichaamstemperatuur heeft, net zoals mensen. Wij hebben de bacterie zo aangepast dat hij alleen kan overleven bij een temperatuur van 37 graden, de gemiddelde lichaamstemperatuur van een koe. Bij deze temperatuur werkt de bacterie zoals wij hem hebben ontworpen, en wordt het methaan-uitstootmechanisme van de koe tegengehouden. Maar als de temperatuur rondom de bacterie bijvoorbeeld 27 graden is, verandert het genetische materiaal binnen in de bacterie op zo’n manier dat hij zich niet meer kan vermenigvuldigen. Hierdoor kan hij geen ongewenste omgevingen koloniseren.

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

Als laatste hebben we een genetische noodstop gemaakt om te voorkomen dat genen van onze bacterie in een andere bacterie terecht komen. Bacteriën kunnen hun genen namelijk uitwisselen zonder familie van elkaar te zijn. Eén bacterie geeft daarbij een plasmide, een ringvormig stukje van zijn genetisch materiaal, aan een andere bacterie. Dat proces heet horizontale genoverdracht. Wij hebben een gif in het plasmide opgenomen. Het antigif hebben we in het ‘vaste’ genetische materiaal van onze bacterie gestopt. Bij horizontale genoverdracht geeft de bacterie alleen het plasmide door met het gif, maar niet het antigif. De ontvangende bacterie sterft daardoor onmiddellijk. Zo voorkomen we problemen door horizontale genoverdracht.

Op een labtafel staat een apparaatje waarmee we controleren of het gelukt is om de noodstop in te bouwen.
We controleren of we de noodstoppen in de genen van de bacteriën terug kunnen vinden.

Hoewel we werken met veilige bacteriën die geen negatieve invloed hebben op de natuur, willen we alsnog niet dat ze uit het lab komen zonder dat ze tot het uiterste getest zijn op veiligheid. Daarom werken we in een speciaal lab zodat de genetisch aangepaste bacteriën niet vrij in de natuur kunnen komen. Bij binnenkomst wassen we eerst goed onze handen en wisselen we vervolgens onze standaard labjassen voor andere. Op die manier nemen we niet onbewust een bacterie mee van het ene naar het andere laboratorium.

Dat klinkt allemaal als een hoop werk en moeite voor ons, en dat is het ook. Toch zijn we iedere keer zeer zorgvuldig. We willen natuurlijk niet onbedoeld voor taxi spelen en een aantal genetisch aangepaste bacteriën mee laten liften naar buiten.

Op dit moment is het in Europa verboden om genetisch aangepaste bacteriën het milieu in te laten. Als dit onderzoek serieus genomen wordt, kunnen we misschien in de toekomst aangepaste bacteriën gebruiken in het dagelijks leven zonder ons zorgen te maken over negatieve bijwerkingen.

Blog 4: Onze inspiratie – de boerenprotesten

Datum: 22-11-2021

Onze documentaire gaat over de verschillende meningen over de emissiemaatregelen die in Nederland spelen. Hoe is het conflict tussen de boeren en de overheid ontstaan?

Toen we aan ons project begonnen, en voor het eerst in ons onderwerp doken, liepen we tegen een enorme muur van mediaberichten en gevoelige politiek aan. Er is een grote discussie gaande tussen de boeren en de overheid. Natuurlijk hadden wij al wel een beetje van deze ruzie meegekregen tijdens de Boerenprotesten van de afgelopen jaren over de nieuwe emissiemaatregelen voor boeren, maar hoe diep de spanning ging wisten wij helemaal niet. Hoe konden wij iets creëren dat een gedeelte van dit probleem zou oplossen, zonder überhaupt alle details van dit conflict te kennen?

Vier studenten, een boer en een boerin poseren samen voor een boerderij.
Deze boer nodigde ons uit om te praten over zijn ervaring met de milieumaatregelen en het conflict tussen de overheid en de boeren van de afgelopen jaren.

Vanuit die gedachte besloten wij om ons eerst te verdiepen in het conflict tussen de boeren en de overheid. Het verbaasde ons hoelang dit conflict al gaande is. De problemen begonnen al aan het eind van tweede wereldoorlog. Toen wilde Sicco Manshold, destijds de minister van de agrarische sector, de wereld verlossen van hongersnood. Dat verreisde natuurlijk een gigantische opschaling van de voedselproductie. Dit werd direct weerspiegeld in de druk van de overheid op de boeren om meer te produceren.

Sindsdien is het fout gegaan – de boeren voelen zich alsof de overheid hen de grond in heeft geduwd, terwijl de overheid het gevoel heeft alsof zij elke stap van de weg de boeren hebben ondersteund met diverse subsidies en maatregelen.

Wij waren erg onder de indruk van het verhaal en wilden het graag met meer mensen delen. Daarom maakten we een mini documentaire over dit conflict. Het was best moeilijk om boeren te vinden die geïnterviewd wilden worden, mede door de angst dat wij hun verhaal zouden verdraaien en de boeren nog verkeerder in de media zouden zetten. Daaruit blijkt hoe erg dit conflict gepolariseerd is.

Uiteindelijk kregen we contact met een boer in Zuid-Limburg die heel rationeel in het conflict staat. Hij vertelde ons over de verschillende posities van de overheid door de jaren heen. Zijn boerderij is al generaties lang in zijn familie, waardoor we goed konden volgen wat het directe effect van deze maatregelen was en is op het succes van de boerderij.

Studenten van het Maastrichtse iGEM-team lopen op het binnenhof op weg naar het interview met Tjeerd de Groot.
We werden uitgenodigd in de Tweede Kamer voor een interview met Tjeerd de Groot over het conflict tussen de boeren en de overheid.

Voor een contrasterend perspectief interviewden we een politicus uit de Tweede Kamer. Na wat rondbellen werden we uitgenodigd door Tjeerd de Groot van D66 en hebben we een interview kunnen houden met hem en zijn beleidsadviseur, Bauke ter Borg. Van hen kregen we ook interessante verhalen te horen, met verschillende perspectieven over kringlooplandbouw en wat nodig is voor toekomstige maatregelen voor emissiereducties.

Tijdens het maken van deze documentaire hebben we veel geleerd van allebei de partijen. Het heeft ons een goed beeld gegeven van hoe we het beste ons voedseladditief kunnen voorleggen aan zowel de boeren als de overheid. Wij denken dat Methagone de juiste tussenweg is voor allebei de partijen: een diervriendelijk en kosteneffectief voedseladditief dat maar eenmalig gebruikt hoeft te worden, en tot 99 procent van methaanemissies van koeien vermindert.