UvA-studenten zoeken de bacterie die de wereld kan redden
De genen van een bacterie zo aanpassen dat hij op een duurzame manier een gewilde stof gaat produceren. Met deze state-of-the-artbiologie hoopt een groep jonge UvA-wetenschappers een Amerikaanse prijs in de wacht te slepen. ‘Wij knutselen met de natuur, zodat zo veel mogelijk mensen gelukkig kunnen leven op aarde.’
Studenten van de UvA en VU werken aan een betere wereld door mee te doen aan de International Genetically Engineered Machine competitie – de iGEM-competitie – in Boston. Het is een jaarlijks terugkerende wedstrijd, georganiseerd door het Massachusetts Institute of Technology (MIT), waarbij biologiestudenten van over de hele wereld uitgedaagd worden de grenzen van de biologie te verleggen. Maar dan wel met synthetische biologie; het (her-)ontwerpen van cellen of delen daarvan, waarbij gebruik wordt gemaakt van genetische modificatie. Zo’n 300 universiteiten sturen elk jaar in november een team van afgevaardigden naar de Verenigde Staten om ze te laten meedoen in een van de vijf categorieën.
Studenten van de door UvA en VU gedeelde master Bioinformatics & Systems Biology Bram van de Putte (24), Yuki Esser (24), Josine Oude Lohuis (23), Max Guillaume (27) en Age Tjalma (24) worden hiervoor versterkt door bachelorstudent psychobiologie Thijs van Schaik (22) en Mohammad Aljohmani (26), die aan de website van het team werkt. Hun uiteindelijke doel? De genen van een bacterie zo aanpassen dat hij op een duurzame manier een gewilde stof gaat produceren.
Die gewilde stof is fumaraat. Hij staat in de top tien van meest waardevolle koolstofketens, die als chemische bouwstenen dienen. Niet alleen kun je er biobrandstof van maken, hij kan ook gebruikt worden voor de productie van medicijnen en plastic. ‘Fumaraat wordt nu van aardolie gemaakt,’ legt Bram uit. ‘Wij willen het met onze bacterie maken.’ Deze zogeheten cyanobacterie maakt namelijk als een van de weinige bacteriën gebruik van fotosynthese – net zoals planten dat doen – waardoor hij kan functioneren en groeien met slechts CO2 en zonlicht. Bram: ‘Daarom is hij ook groen: het is een soort bladgroenkorrel.’
Genen knippen en plakken
De stoffen die voortvloeien uit het fotosyntheseproces gebruikt de bacterie om te groeien en zichzelf te vermeerderen. Fumaraat is een van die stoffen, en wordt dus al snel weer door de bacterie opgebruikt. ‘Wij proberen de bacterie zover te krijgen dat hij meer fumaraat gaat maken, zodat men dat kan aftappen,’ zegt Bram. Om ervoor te zorgen dat die fumaraat niet opgebruikt wordt door de cel, knipt het team een stuk uit het DNA van de bacterie weg, dat verantwoordelijk is voor de omzetting van fumaraat. ‘DNA bestaat uit twee strengen,’ legt Yuki uit. ‘Door gebruik te maken van bepaalde eiwitten – die delen van de DNA-strengen kunnen herkennen – kun je delen losknippen en weer aan elkaar plakken. Op die manier kun je naar eigen wens genen verwijderen en toevoegen.’ Door het verwijderen van dat ene stukje DNA blijft fumaraat ongebruikt, en hoopt het op in de cel.
Hartstikke mooi, maar daarmee heeft het team wel een belangrijke energiecyclus van de bacterie doorbroken, waardoor hij langzaam groeit. ‘Eigenlijk hebben we zijn benen eraf gehakt,’ illustreert Bram. ‘En nu proberen we een rolstoel voor hem te maken,’ voegt Yuki toe. De rolstoel bestaat wederom uit een genetische knip- en plakingreep. Ditmaal niet door iets uit het DNA weg te halen, maar door een nieuw deel toe te voegen. ‘Wij proberen een shortcut in te bouwen, waardoor de cel nog wel veel fumaraat maakt, maar alsnog door kan groeien zonder fumaraat te gebruiken.’ ‘Dit klinkt waarschijnlijk heel ingewikkeld,’ zegt Bram, ‘en dat is het ook.’
Groene appeltaart
Die complexiteit is dan ook een van de redenen waarom de studenten zich alleen focussen op het opkrikken van de fumaraatproductie. ‘We hebben maar zeven maanden om dit te doen,’ vertelt Yuki. ‘We beperken ons daarom tot het gen-niveau en denken niet heel erg na over hoe we fumaraat eruit kunnen halen.’ ‘Daar houden andere onderzoekers zich mee bezig,’ voegt Bram toe.
Desalniettemin liggen de studenten op schema met het upgraden van de cel. De formule voor dat succes? ‘Blijven prutsen,’ zegt Age, die in plaats van twee dagen uiteindelijk twee maanden bezig is geweest een bepaald stukje DNA uit de bacterie te knippen. ‘Ik moest die DNA-slierten “even” weer aan elkaar plakken,’ legt Age uit. ‘Als je na zo’n lange tijd eindelijk één bacteriekolonie hebt waar dat bij lukt, ben je heel blij.’ Toen het Age eindelijk gelukt was dat stukje DNA uit te knippen bijvoorbeeld, hebben ze taart gegeten. ‘Appelkruimel,’ zegt Yuki. Bram: ‘Met de juiste groene kleur natuurlijk.’
Maar labwerk is niet het enige waar het iGEM-team succes moet boeken. Naast hun experimenten worden teams ook beoordeeld op onder meer het presenteren van hun project, het maken van een Wiki-pagina en het bereiken van de maatschappij via verschillende media, waarvoor aparte prijzen zijn. ‘Omdat dit project voor ons ook als masterstage telt, zijn we vergeleken met andere iGEM-teams erg gefocust op onderzoek; aan de presentatie hebben we bijvoorbeeld nog niet veel gedaan,’ geeft Yuki toe. ‘Maar een heel gelikt verhaal betekent niet dat je goed onderzoek hebt gedaan.’ ‘Binnen onze categorie, Environment, hopen we wel hoge ogen te gooien,’ zegt Bram.
Per post naar Boston
Als het team eenmaal klaar is met het knippen en plakken in het genetisch materiaal van de bacterie, sturen ze het DNA op naar Boston. In een envelop. ‘Het is dan wel alleen het DNA en niet de hele bacterie,’ stelt Yuki gerust. ‘Er kan dus niks misgaan; DNA kan niet ontsnappen of doodgaan.’ Over een mogelijke onderschepping van de waardevolle post maken de studenten zich ook geen zorgen. ‘Als iemand dit jat en toevallig in een sequency machine doet, dan kan die persoon hele mooie celfabrieken maken die fumaraat produceren,’ lacht Bram. ‘Maar dan had diegene ons er ook gewoon om kunnen vragen: we werken open source, hè.’
De open source-instelling is typerend voor de iGEM-competitie: samen werken aan een betere wereld. Toch is er wel gezonde rivaliteit. ‘Delft en Wageningen zijn echt concurrenten,’ zegt Yuki. ‘Die proberen elkaar op alle mogelijk vlakken te verslaan.’ Het iGEM-team van de UvA en de VU heeft (nog) geen vaste concurrentie, maar dat is voornamelijk omdat ze niet elk jaar meedoen. Omdat er geen vooropgezet programma is voor deelname, wordt de iGEM-competitie binnen de master slechts kort genoemd tijdens een college en zijn veel studenten huiverig om het zelf op te zetten, vanwege het vele werk. ‘Wat dat betreft hebben andere studenten voor wie dit jaarlijks geregeld is, het beter getroffen,’ zegt Bram. ‘Wij hebben tijdens een biertje in de kroeg besloten om mee te doen.’
De aarde redden
Na een les van hoogleraar Filipe Branco dos Santos over de cyanobacterie werden de studenten enthousiast. Branco dos Santos is uiteindelijk ook de begeleider van het huidige team geworden. ‘Omdat hij ook een vorig team heeft begeleid was het logisch bij hem aan te kloppen,’ legt Yuki uit. ‘Met de cyanobacterie kun je echt duurzame onderwerpen aansnijden,’ zegt Bram, die vertelt dat de cyanobacterie ooit verantwoordelijk was voor het vullen van onze atmosfeer met zuurstof. ‘Misschien kan dezelfde bacterie opnieuw de aarde redden, dit keer van het broeikaseffect.’
En zo voelen de studenten het ook. Zoals Bram verwoordt: ‘Ik denk echt dat je als mens een keuze hebt of je van de wereld een slechtere of betere plek gaat maken en daar je best voor wil doen. Wij werken volgens mij wel aan de goede kant.’ Toch benoemt Bram ook de andere kant van het verhaal, waarbij genetische aanpassingen maken aan allerlei levende wezens misschien niet zo nobel is als de intentie lijkt: ‘Het hangt ervan af wat je ziet als de aarde redden. Wij knutselen aan de natuur zodat we met zoveel mogelijk mensen gelukkig kunnen leven op aarde. Als je de aarde redden ziet als de natuur zoveel mogelijk ongehinderd laten, dan zijn wij dat met onze genetische manipulatie niet aan het doen.’
Je kunt de vorderingen van het team volgen via hun Facebookpagina IGEM Amsterdam 2017.
