iGEM 2022 - team MSP Maastricht

De Maastrichtse student Helène Rulkens blogt tijdens de iGEM-competitie over de worstelingen, doorbraken, hoogte- en dieptepunten die haar team meemaakt tijdens het ontwikkelen van een methode om zoutwater om te zetten in zoetwater met behulp van gemodificeerde zout-etende bacteriën.

Copyright, iGEM team MSP Maastricht

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

Blog 1: Pruimen als voorteken van voedseltekorten?

Datum: 11-08-2022

Pruimenboer Kees bleef vier zomers geleden met 60 duizend kilo pruimen zitten. Dat probleem kan zich zomaar herhalen dit jaar en wellicht steeds meer in de toekomst. Open de krant of nieuwsapp maar eens; woorden als watertekort, droogte, crisisteam en verdeelplan springen in het oog. Dan moet ik direct denken aan die arme boer Kees. Door een vergelijkbare droge zomer als nu, groeiden zijn pruimen nét niet voldoende. Zijn fruit was drie millimeter te klein om het te mogen verkopen aan supermarkten.

Nu denk je misschien: “Telers besproeien hun fruit toch tijdens droogte?” Dat klopt. Maar dat ging niet, omdat het grondwater waarmee telers hun fruit bewateren te zout was geworden. Zo’n verzilting is het gevolg van langdurige droogte, een stijgende zeespiegel en bodemdaling. Milieuvriendelijke zoetwaterproductie is in de toekomst van levensbelang. Voor onze voedselzekerheid en om verzilting tegen te gaan.

Iedereen kent het wel, na een middagje strand en zwemmen in zee zijn je kleren door het opdrogen wit geworden van het zout. Het water is dan verdampt en het zout blijft achter. Als je het verdampte water opvangt, door het aan een koud oppervlak te laten condenseren, raak je het zout kwijt en maak je zoetwater uit zoutwater. Maar als je voldoende drinkwater wilt produceren, is die manier van ontzouten erg duur. Water verdampen kost namelijk veel energie. Daarnaast is het milieuonvriendelijk omdat er meestal fossiele brandstoffen aan te pas komen om de benodigde energie op te wekken. Daarom hebben wij, team MSP (Maastricht Science Programme) voor iGEM een energiezuinig alternatief concept gevonden voor de ontzouting van water. We maken gebruik van bacteriën waarvan we de genen zo hebben aangepast dat ze bij een bepaalde kleur licht het zout ‘opeten’ en daarmee water ontzouten.

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

In Maastricht zitten mijn teamgenoten en ik hoog en droog, maar een groot deel van de rest van het land ligt onder de zeespiegel. Deze lage gebieden hebben altijd al last gehad van verzilting. Klimaatverandering zorgt voor een versnelling daarvan. Door een stijgende zeespiegel en langere periodes van droogte dringt het zeewater via rivieren en sluizen als een slang het zoetwater systeem binnen. Daarnaast komt steeds meer zout grondwater (ook wel brak water genoemd) in het grond- en oppervlaktewater terecht, omdat de bodem verzakt en het zeewater stijgt. Verzilting komt de laatste jaren steeds vaker voor in Nederland, zoals in 2018 en 2022.

Ik denk dat iedereen het ermee eens is dat een slok zeewater niet het lekkerste drankje is. Dat vinden planten ook niet, ze sterven er zelfs aan. Wanneer grond- en oppervlaktewater te zout worden, kan het water niet meer gebruikt worden om er drinkwater van te maken of akkers mee te besproeien. In Nederland lijden we hier gelukkig nog niet erg onder, maar een aantal jaar geleden was het in Vietnam foute boel. Het was er ontzettend droog en sommige zoutwaterbronnen werden té zout . Boeren hadden geen water meer om hun akkers te bewateren, waardoor de helft van alle oogsten mislukte. Dit betekende een hogere voedselprijs die niet voor alle lokale inwoners betaalbaar was .

Om zulke problemen in de toekomst te voorkomen, in Nederland en daarbuiten, is het belangrijk om nu actie te ondernemen en innovatieve, milieuvriendelijke manieren te zoeken om water te ontzouten. Met ons concept om zoutwater weer zoet te maken met bacteriën, willen we misoogsten zoals die in Vietnam en van boer Kees vermijden en drinkwater betaalbaar houden.

Blog 2: Blauwalg, toch niet zo vervelend?

Datum: 29-08-2022

Verboden te zwemmen vanwege blauwalg. Dat kwam je wellicht tegen als je verkoeling zocht in een meer, tijdens de warme, zomerse dagen van de afgelopen tijd. Dan vraag je je af: “Wat zijn deze vervelende beestjes?” Blauwalgen zijn eigenlijk geen algen, maar een groep bacteriën die giftige stoffen produceren: cyanobacteriën. Zo vervelend zijn ze ook weer niet, want ze gaan ons helpen om zoutwater zoet te maken.

De blauwalg Synechococcus in het lab voordat het team ze genetisch aanpaste.
De blauwalg Synechococcus in het lab voordat het team ze genetisch aanpaste.

Het type cyanobacterie dat wij gebruiken, Synechococcus, heeft een interessant eigenschap: ze kunnen leven in erg zout water. Daarnaast gebruiken ze licht om te overleven, net zoals planten. Ze zijn lichtafhankelijk en daar maken wij gebruik van: we gebruiken licht als schakelaar. Daarover later meer. Helaas eet de Synechococcus van nature geen zout. Daarom passen we de bacterie op DNA-niveau aan, waardoor de celwand van de bacterie meer openingen krijgt om zout te ‘eten’. We voegen via DNA dus een eigenschap toe aan de bacterie. Dat heet genetische modificatie.

De speciale eigenschappen die we toevoegen aan Synechococcus, hebben we gevonden in andere bacteriën. Die noemen we wetenschappelijk Na+/H+ antiporter en Halorhodpsin. Je kunt deze speciale eigenschappen zien als een deurtjes in de wand van de cyanobacterie. Deze deurtjes laten Na+ en Cl- binnen, dat zijn de deeltjes waaruit zout bestaat. Wij zorgen er daarnaast voor dat de zoutdeeltjes niet via andere wegen uit de bacterie ontsnappen.

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

Hoe werken deze deurtjes dan precies? We gebruiken licht als een soort slot om de deurtjes open en dicht te maken. Maar voor het zover is, moeten we eerst genoeg van die speciale cyanobacteriën groeien. Daarom stellen we ze eerst bloot aan rood licht, de optimale kleur voor groei. Zodra de cyanobacteriën zich genoeg hebben vermenigvuldigd, veranderen we het licht van rood naar groen. Groen licht is de sleutel voor het deurtje dat Cl- de cel binnenlaat. Het andere deurtje dat Na+ de cel binnenlaat, is niet lichtafhankelijk maar afhankelijk van de zuurtegraad. Voor dat laatste zijn H+-ionen verantwoordelijk.

Het door ons gebouwde deurtje in de bacterie werkt als een draaideur. Als binnenin de bacterie meer H+-ionen aanwezig zijn dan daarbuiten, zullen de positief geladen H+-ionen de draaideur naar buiten nemen. Om te voorkomen dat de binnenkant van de cel daardoor negatief geladen wordt, loodst de cel positief geladen Na+-ionen via de deur naar binnen. In de natuur willen positieve en negatieve ladingen in evenwicht zijn (electroneutraal). Omdat er meer H+-ionen in de bacterie zitten, dan in zeewater, halen we zo zoutdeeltjes uit het water.

Onze eerste gemodificeerde Synechococcus groeien bij rood/blauw licht.
Onze eerste gemodificeerde Synechococcus groeien bij rood/blauw licht. In dit stadium bevatten ze nog geen kill switch.

Een te zout dieet is niet gezond. Dit geldt ook voor bacteriën: ze komen daardoor onder (osmotische) druk te staan en barsten soms zelfs open. Om dat te voorkomen, is ons modelleerteam aan het rekenen geslagen. Het team berekent hoeveel zout de cyanobacterie kan opnemen zonder open te barsten. Zo voorkomen we dat de bacterie het zout weer in het water loost.

We vinden het belangrijk dat er geen gemodificeerde bacteriën in de omgeving terechtkomen. Dat voorkomen we door de cyanobacteriën op een oppervlak onbeweeglijk te maken en dat geheel in het water te plaatsen. Nadat de bacteriën het zout hebben verorberd, halen we de plaat eruit en hebben we als eindresultaat zoetwater! Hoewel de bacteriën vastgeplakt zitten aan het oppervlak, ontsnapt er soms een bacterie. Daarvoor hebben we een “kill switch”: blauw licht, onderdeel van daglicht, doodt de bacterie.

Of de Synechococcus met speciale deurtjes daadwerkelijk in staat is om zout op te nemen, ontdekken we – en ook jullie – de komende weken. Wellicht zwemmen we dan in de toekomst blij in een zoetwatermeer verkregen door nuttige “blauwalg bacteriën”.

Blog 3: iGEM als sleutel tot innovatie

Datum: 12-09-2022

Daar sta je dan, in de krant. Het dagblad De Limburger had besloten een hele pagina aan ons project te wijden, nadat we de redactie op de hoogte hadden gebracht van ons project. Een mooie manier om synthetische biologie te communiceren naar het algemene publiek. Ook dat hoort bij iGEM.

Droog veevoer
Dit droge eindproduct is veevoer dat met de uitvinding van team MSP ontzout kan worden.

Erachter komen of je naast labwerk ook journalistiek, business of communicatie interessant vindt, het kan als je meedoet aan iGEM. Het is zelfs een must. Ons team is daarom volop bezig met deze aspecten van iGEM. Ons project heeft daarmee veel gemeen met het bedrijfsleven. Dit is heel anders dan lezingen en practicums volgen op de universiteit. Het multidisciplinaire karakter van de competitie maakt het samenwerken heel leuk en zo leer je erg veel!

Communicatie van synthetische biologie naar de buitenwereld, zoals via krantenartikelen, is erg belangrijk tijdens de iGEM wedstrijd. Het is zelfs één van de criteria om een gouden medaille te winnen. Waarom? Synthetische biologie kent nog altijd veel weerstand. Wij proberen taboes, die deze weerstand veroorzaken, de wereld uit te helpen door naar scholen te gaan en leerlingen interactief les te geven over synthetische biologie. Het is voor ons ook een goede oefening om ons project in eenvoudige taal, begrijpelijk uit te leggen.

Tegelijkertijd werken we aan ons jaarlijks terugkerende, wetenschappelijke tijdschrift van iGEM Maastricht. Daarin hebben wij de rol van auteur en uitgever. Andere iGEM-teams krijgen hierin ook de kans om een wetenschappelijk artikel te schrijven en publiceren. De top drie van de bij ons ingestuurde artikelen worden uiteindelijk beoordeeld door bekende wetenschappers zoals dr. George Church, dr. Michael Funk en dr. Yevgeniya Nusinovich.

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

Allemaal veel werk natuurlijk, maar communicatie loont. Het artikel in De Limburger had een bedrijf, genaamd Nijsen.co, bereikt. Zij maken veevoer van nevenproducten uit de levensmiddelenindustrie. Nu denk je misschien: “Wat heeft een veevoerproducent aan een ontziltingstechniek?”. Dat was ook voor ons een verrassing. Het blijkt dat sommige nevenproducten die het bedrijf gebruikt om veevoer mee te maken, te zout zijn voor dieren. En dat de huidige beschikbare ontziltingstechnieken niet geschikt of te duur zijn.

Afgelopen week spraken we Nijsen.co over hoe ons project de oplossing kan bieden. We kregen een rondleiding door de fabriek, wat erg indrukwekkend en tegelijkertijd verdrietig was. Er stonden dozen gevuld met onder andere koekjes, snoep en taart die nog prima te eten waren, maar niet goed genoeg waren voor de verkoop. Meehelpen om van afval weer waardevolle voeding te maken, lijkt ons geweldig.

Pizzabodems in kratten
Deze pizzabodems waren niet goed genoeg voor de verkoop. Het bedrijf Nijsen.co maakt daar nu veevoer van.

iGEM laat je dus ook in contact komen met bedrijven, wat ons andere inzichten oplevert over het nut van ons product in de toekomst. Als zich problemen voordoen in het experimentele gedeelte van het project, nemen we contact met bedrijven op. Ook vergroot het contact ons netwerk en we krijgen zo regelmatig advies op commercieel gebied. We zijn tijdens dit project erg afhankelijk van sponsoren. Zonder geld kom je nergens; ook niet tijdens de iGEM-wedstrijd, waarbij we ons project bijna volledig zelf moeten financieren. We hebben twee business-studenten in ons team en zij leren ons hoe je een goed businessplan moet opstellen om bedrijven ervan te overtuigen om in je te investeren. Dit is niet altijd even makkelijk. Je krijgt vaak nee te horen, maar als je volhoudt, word je er steeds beter in.

iGEM is dus veel meer dan het genetisch modificeren van bacteriën in het lab. Je leert multidisciplinair samen te werken en zo tot innovatie te komen.

Meer over team MSP:
> Volg team MSP op Instagram
> Het wetenschappelijke tijdschrift van iGEM MSP
> De Crowdfunding van team MSP