Nederlandse universiteiten succesvol bij synthetische biologie competitie

Teams van TU Delft en Eindhoven hebben successen behaald bij een internationale wedstrijd rondom synthetische biologie. Het Eindhovense team sleepte een nominatie in de macht in de categorie ‘Best New Application Project’, terwijl TU Delft er met de overall ‘Grand Prize’ vandoor ging.

Het Delftse team gooide zeer hoge ogen met hun idee voor een methode om snel en ter plekke antibioticaresistentie in bacteriën in melkvee aan te kunnen tonen. Zo kan de boer de behandeling (in het geval van een resistente bacterie) mogelijk aanpassen en onnodig antibioticagebruik verminderen.

CRISPR

De studenten hebben hun idee toegespitst op gebruik in de melkvee-industrie en een veel voorkomende ziekte bij koeien, namelijk mastitis (uierontsteking). De methode gebruikt een eiwit, Cas13a, dat deel uitmaakt van de CRISPR-Cas-familie. Het Cas13a-eiwit is zo te programmeren dat het op zoek gaat naar genen waarvan bekend is dat ze specifiek in antibioticaresistente bacteriën zitten. Maar anders dan de andere Cas-eiwitten gaat het Cas13a-eiwit vervolgens ook ál het andere RNA in een cel te lijf als dit eiwit eenmaal is geactiveerd. Het Delftse iGEM-team heeft een testmethode ontwikkeld om die enorme RNA-afbraak zichtbaar te maken. ‘Bij detectie wordt het troebele sample helder en dat kun je met het blote oog goed zien’, zegt een van de studenten.

Lang bewaren

De studenten hebben ook nagedacht over gebruiksvriendelijkheid. Ze hebben daarbij samengewerkt met verschillende stakeholders. ‘Om meer impact te maken met onze methode zou de boer antibioticaresistentie moeten kunnen detecteren in het veld, zonder laboratoriumbenodigdheden.’ 

De studenten hebben zich laten inspireren door een opmerkelijke minuscuul diertje, het beerdiertje. Beerdiertjes worden beschouwd als de meest veerkrachtige dieren op aarde. Door te verschrompelen kunnen ze kunnen overleven in extreme omstandigheden. Wanneer de beerdiertjes weer in contact komen met water, worden ze enkele uren later weer actief. De studenten hebben uitgezocht of ze voor beerdiertje specifieke eiwitten kunnen gebruiken om de Cas-eiwitten in te drogen zonder dat ze hun activiteit kwijtraken.

Proof of concept

Ook al hebben de studenten in het lab bewezen dat hun methode werkt, een product is er nog niet. “Het is een proof of concept, dus er moet nog veel geoptimaliseerd worden. We hopen natuurlijk dat bedrijven aan het werk gaan met onze ideeën en dat er snel een concrete toepassing komt”, zegt Aafke van Aalst. De detectiemethode kan breed ingezet worden om resistentie aan te tonen en behandelingsstrategieën met antibiotica efficiënter te maken.

Tumorengel

TU Eindhoven kreeg een gouden medaille en nominatie voor hun project GUPPI, waarin ze voorstellen om tumoren in te kapselen in een gel om te voorkomen dat ze verder kunnen groeien en zich verspreiden.

Voor GUPPI (Gelation Using Protein Protein Interactions) heeft het team zich laten inspireren door de recente ontdekking van zogeheten membraanloze organellen. Organellen – als het ware de organen van de cel – zijn normaal gescheiden van rest van de cel door een membraan, legt ze uit, maar er zijn ook organellen die geen membraan om zich heen hebben.

‘Die membraanloze organellen worden gevormd door eiwitten die samenclusteren, net als in de gel die wij hebben ontworpen. Daarvoor hebben we zogeheten 14-3-3-eiwitten, waar ze in de groep van onze begeleider Luc Brunsveld veel onderzoek aan doen, zo aangepast dat ze niet twee plekken hebben waar andere moleculen aan kunnen binden, maar vier. Als je daaraan de juiste bindingspartner toevoegt, een ander eiwit dat we zelf hebben gemaakt, dan ontstaat er een gel.’

Tumoren

De bedoeling is dat zo’n gel alleen maar gevormd zou worden in de buurt van de tumor, doordat de gelvorming in gang gezet wordt door stofjes – proteases – die door die tumor worden afgescheiden. ‘Daardoor zou je met deze methode kankercellen kunnen inkapselen en daarmee voorkomen dat ze verder groeien of zich verspreiden.’

Dat zou mogelijk kunnen leiden tot een heel nieuwe manier van kankerbestrijding, legt Vleugels uit. ‘Bij bestaande therapieën wordt geprobeerd om de vorming van die proteases te voorkomen, terwijl ons concept er juist gebruik van maakt.’

Een echte therapie gebaseerd op GUPPI is voorlopig nog geen realiteit, maar het principe kan mogelijk ook helpen tumoren in beeld te brengen. ‘We zijn op bezoek geweest bij een oncologisch chirurg van het Catharina Ziekenhuis en die vertelde dat het heel moeilijk is om tumoren in de buikwand zichtbaar te maken. Omdat onze gel ook fluorescente eiwitten bevat, zag hij daar wel een toepassing.’

Honderden teams

International Genetically Engineered Machine (iGEM) is een competitie voor (studenten)teams, waarin technieken uit de synthetische biologie worden gebruikt om uiteenlopende problemen op te lossen. De finale, ofwel Giant Jamboree, is elk jaar in Boston.

Tijdens de paar dagen durende competitie mochten zo’n 300 studententeams van over de hele wereld hun ideeën toelichten in presentaties en postersessies, waarna bekend werd of deze goed waren voor een nominatie – of zelfs een prijs – in een van de vele prijscategorieën.

Door: Kelly Bakker

Bron: TU Eindhoven/TU Delft/iGem