Sorry, you need to enable JavaScript to visit this website.
Overslaan en naar de inhoud gaan

‘Bijdragen aan de oplossing van een groot probleem’

5 minuten

Koeien krijgen vaak onnodig antibiotica bij vermoeden van uierontsteking. Met het risico op antibioticaresistentie als gevolg. Jasper Veerman (22) en Kimberly Barentsen (24) en elf medestudenten van de TU Delft bedachten een oplossing. Met hun supersnelle antibioticaresistentie detectiekit bij uierontsteking voor op de boerderij, werden ze Grand Prize Winner van de iGEM wedstrijd in Boston.

 
tu_delft_studenten
Jasper Veerman (22) en Kimberly Barentsen (24) bedachten een oplossing met 11 medestudenten van de TU Delft.

De Grand Prize is een mooie beloning voor een jaar hard werken 

Het team van dit jaar is door het dolle heen vanwege het winnen van de Grand Prize en de andere awards. Een mooie beloning voor hun harde werken. Sinds januari zijn ze fulltime bezig geweest met het project, vertelt Kimberly, tweedejaars masterstudent science communication.

TU Delft-studenten
Het Delftse team werd Grand Prize winnaar bij de internationale iGemwedstrijd . 

De cel gebruiken als fabriekje 

’’Waar het bij de wedstrijd om draait, is dat je de cel gebruikt als fabriekje. En dat je genetisch materiaal aanpast zodat het iets kan produceren, detecteren of afbreken,’’ vertelt ze over het doel van iGEM. ’’Uiteindelijk is het bij de competitie de bedoeling dat je een streng DNA aanlevert die je in een cel kunt stoppen om die cel iets te laten doen,’’ vult Jasper aan, die ook tweedejaars masterstudent is maar dan op het terrein van nanobiologie.

Het team van de TU Delft wil nieuwe technieken in de synthetische biologie op een zodanige manier inzetten zodat dit kan bijdragen aan innovatie, legt Kimberly uit. ’’We zijn gaan nadenken over grote maatschappelijke problemen waarbij toepassing van detectie goed zou kunnen werken.’’

Miljoenen schade door uierontsteking

Zo werd hun interesse in antibioticaresistentie gewekt, een wereldwijd groeiend probleem. ’’In 2050 zullen naar verwachting 50 miljoen mensen aan antibioticaresistentie overlijden. Wij willen graag een bijdrage leveren aan de oplossing,’’ stelt Jasper. Het team heeft een proof of principle laten zien voor een snelle test waarmee een boer op zijn eigen boerderij bij koeien kan testen of ze uierontsteking (mastitis) hebben. Nu moeten boeren hun melkmonsters nog naar een laboratorium sturen en geven zij hun koeien vaak antibiotica, zonder te weten of die werken. Dit doen ze omdat ze willen dat de dieren weer zo snel mogelijk melk gaan geven.

De studenten hopen dat er toekomstmuziek in hun project zit

De studenten hopen dat er toekomstmuziek in hun project zit. Ze hebben alle stappen in het protocol van de detectiekit succesvol uitgeprobeerd en ook een aantal stappen bij een boer in de buurt van Delft gevalideerd. Na terugkomst uit Amerika gaan ze praten met een bedrijf dat rasvePatent aangevraagde fokt en hen wellicht verder kan helpen met het ontwikkelen van de kit.

’’Voor de laatste stap in de detectiemethode waarin de detectie wordt omgezet in een zichtbaar resultaat is een patent aangevraagd,’’ stelt Kimberly. Ze vervolgt: “We hebben ons project gefocust op mastitis. Maar in principe zou je elke infectie of genafwijking bij elk ander dier ermee kunnen ontdekken.’’

Toekomst in de zorg

Jasper weet daarnaast zeker dat zijn toekomst in de zorg ligt en wil zijn afstudeerstage alvast lopen bij het Erasmus MC. ’’Ik vind het fascinerend om te werken aan de kant van de toepassingen en liefst in de zorg. Omdat je dan direct ziet wat je voor patiënten kunt doen en wie je beter kunt maken.’’

Ook Kimberly hoopt dat de detectiemethode van de Delftse studenten verder ontwikkeld wordt. ’’Zelf hoef ik niet per se de kant van de zorg op. Ik vind dit project vooral heel interessant omdat je met behulp van de toepassing van synthetische biologie werkt aan duurzame oplossingen voor maatschappelijke problemen. Van het bedenken van oplossingen voor antibioticaresistentie tot het maken van bioplastic.’’

 Koeien krijgen veel meer antibiotica dan nodig is.
 Koeien krijgen veel meer antibiotica dan nodig is.

Jaarlijks lopen boeren door uierontsteking ongeveer 100 miljoen euro aan schade op. De huidige manier van werken bevordert echter antibioticaresistentie. Koeien krijgen immers veel meer antibiotica dan nodig is.

Goedkope en snelle oplossing

De methode van het team TU Delft is volgens de studenten een goedkope én snelle oplossing. Jasper vindt het onwijs ‘vet’ dat hij aan de wedstrijd kon meedoen. ’’Het is een hele mooie manier om te laten zien wat je allemaal kunt doen met ons vakgebied en dat je dus ook een probleem als antibioticaresistentie kunt aanpakken.’’

Hij en zijn collega-studenten vonden het geweldig om hun vondst in Boston te kunnen presenteren tijdens de finaleweek van iGEM. ’’De hele week door werden alle projecten en onderzoeken gepresenteerd en kon je dus aan anderen laten wat jij gedaan hebt en ook veel van anderen leren.’’

Alsof dat niet genoeg was sleepten ze ook nog 8 andere awards in de wacht. iGEM staat voluit voor International Genetically Engineered Machine en is een wedstrijd waarbij studenten synthetische biologie een oplossing moeten vinden voor een maatschappelijk probleem, met behulp van genetisch gemodificeerde micro-organismen, zoals bacteriën.

Pfizer juicht innovatie toe 

Dit jaar deden ruim 300 teams uit de hele wereld mee, allemaal met hun eigen project. Pfizer sponsort het team uit Delft, omdat Pfizer innovatie toejuicht en antibioticaresistentie een belangrijk onderwerp vindt.


Teams van de TU Delft die aan eerdere edities meededen, sleepten al diverse mooie titels in de wacht en in 2015 wonnen ze ook de Grand Prize met hun 3d-printer van K’nex voor het maken van biofilms. Een vondst die onder meer nuttig kan zijn bij het testen van medicijnen.

 

Het systeem simpel uitgelegd

Waar de boer zijn melkmonster nu nog moet opsturen, kan hij wat de studenten van de TU Delft betreft zelf aan de slag. Hij krijgt een kit met verschillende instrumenten en een duidelijke beschrijving van handelingen die hij moet uitvoeren. ’’De eerste stap die hij moet nemen is het voorbehandelen van een melkmonster: koken en centrifugeren. Het DNA zit in de heldere oplossing die dan overblijft, het zogenaamde supernatant,’’ vertelt Jasper Veerman.

’’Hier pakt hij weer een monster van om de volgende stappen mee uit te voeren. Namelijk het amplificeren ofwel vermenigvuldigen van het DNA en het omzetten ervan in RNA, hetgeen we nodig hebben voor onze detectiemethode.’’

Uiteindelijk houdt de boer na het uitvoeren van het stappenplan een buisje over met melkresidu waarin alleen het RNA van de bacteriën overblijft. Jasper vervolgt: ’’Vervolgens voegt de boer de melk toe aan een buisje met het eiwit Cas13a. Dat functioneert als een detective en gaat doelgericht op zoek naar het RNA uit de antibioticaresistente bacteriën. Als Cas13a dat gevonden heeft, gaat hij er als een schaar stukjes uit knippen. Hierdoor verandert het melkmonster van structuur en daardoor van uiterlijk.’’

De boer kan vervolgens aan het buisje met de doorbehandelde melk met Cas13a erin letterlijk zien of er een bepaald resistentiegen aanwezig is waardoor hij zijn antibioticabehandeling moet aanpassen.

 

Wat is er bijzonder aan het systeem?

Wat is er bijzonder aan het systeem? 

Dat je Cas13a kunt inzetten als detective was al langer bekend, vertellen Kimberly en Jasper. ’’Wij kunnen Cas13a zo ontwerpen dat het op zoek gaat naar een bepaald gen.’’ Daardoor kun je er in principe bacteriën, virussen en genetische afwijkingen mee opsporen. En niet alleen bij koeien, maar bij álle dieren en mensen.

’’Kortom, bij alles wat leeft en DNA heeft,’’ zegt Kimberly. Het is de studenten bovendien gelukt om het eiwit letterlijk aan het knippen te krijgen bij het detecteren van het resistentiegen BlaZ. Deze knipeigenschap hebben ze gebruikt om een troebele oplossing helder te maken. “Als er resistentie is gedetecteerd, wordt de troebele oplossing helder,’’ vertelt Kimberly.

Een ander bijzonder element is dat het de studenten ook gelukt is om Cas13a ter bescherming in te pakken met beerdiertjeseiwitten. Deze eiwitten, zogenaamde TDP’s, zorgen ervoor dat beerdiertjes kunnen overleven onder de meest extreme omstandigheden. Een beerdiertje is een klein diertje dat leeft in een vochtige omgeving. Het zou twee weken kunnen overleven op de maan, zonder enige vorm van zuurstof en voeding.

’’De Cas13a-eiwitten die we gebruiken zijn kwetsbaar en gevoelig,’’ vertelt Jasper. ’’Om ze veilig op de boerderij te krijgen, vriezen we ze dus niet in of dompelen we ze niet onder in vloeistof, zoals gebruikelijk, maar drogen we ze met TDP’s.’’ Kimberly voegt toe dat het hierdoor makkelijk wordt om de detectiemethode in het veld, bijvoorbeeld op de boerderij zelf, te gebruiken. ’’Het mooie is dat we het beerdiertjeseiwit ook weer door bacteriën laten produceren. Kortom, synthetische biologie speelt hierbij een cruciale rol. We gebruiken weer de cel als fabriek.’’

Bronnen

Bronnen

  • Interview met studenten TU Delft