Studenten van de TU Delft hebben in Boston de iGEM-competitie gewonnen, een jaarlijkse wedstrijd voor synthetische biologie. Ze bedachten een handige manier voor melkveehouders om resistentie van bacteriën aan te tonen in de melk van een zieke koe. Zo is sneller duidelijk welke behandeling nodig is.

Een uierontsteking is, behalve geen pretje voor de koe, ook een probleem voor de boer, die tijdelijk inkomsten misloopt. De ziekte moet dus worden behandeld, alleen is van de buitenkant niet te zien welke bacterie verantwoordelijk is voor de ontsteking.

Vaak krijgt het dier eerst standaard antibiotica toegediend en pas wanneer die niet blijkt te werken, gaan melk-samples naar een onderzoekslab. Daar wordt dan de vastgesteld welke resistente bacterie de boosdoener is en dus welke medicijnen de koe nodig heeft. Dit proces kan een tijdje duren en al die tijd is de koe niet beschikbaar om melk te leveren. Dit zadelt de melkveesector in totaal jaarlijks zo’n 100 miljoen euro aan gederfde inkomsten op.

Er is dus behoefte aan een test waarmee de boer snel kan bepalen of er bij een zieke koe een bacterie in de melk zit die resistent is tegen antibiotica. Want dan weet de boer direct dat hij moet switchen naar een ander medicijn.
 

Studentenwedstrijd

Het studententeam van de TU Delft pakte deze uitdaging op in het kader van de jaarlijkse International Genetically Engineered Machine (iGEM)-wedstrijd in Boston. Vanaf maart van dit jaar werkten de studenten aan een nieuwe meettechniek voor bepaalde bacteriën.

Geïnspireerd door het populaire moleculaire gereedschap CRISPR-Cas (lees ons dossier ‘Genbewerking’) namen de studenten een eiwit, Cas13a, dat zo te programmeren is dat het op zoek gaat naar een bepaald gen. Het gaat om het gen waarvan bekend is dat het in bepaalde antibiotica-resistente bacteriën zit. Een gen is een klein stukje DNA, waarin eigenschappen van een organisme liggen vastgelegd.

Om dit te kunnen doen, is het eerst nodig om het DNA van de bacterie te isoleren en om te zetten in RNA. RNA is een soort kopie van de DNA-streng, maar dan met een enkele helix, terwijl DNA de bekende dubbele helix is (zie figuur rechts). ‘We hebben deze stap ontwikkeld om uiteindelijk een detectie te kunnen doen. Zelfs als er in het monster maar een paar bacteriën hebben, levert dat genoeg RNA op om een goede uitlezing te krijgen’, vertelt Kimberly Barentsen, woordvoerder van het winnende team en in het dagelijks leven student Science Communication aan de TU Delft.
 

In stukjes hakken

Als het eiwit (in werkelijkheid zijn dat natuurlijk heel veel moleculen met dit eiwit) een stukje RNA aantreft met het gezochte gen erin, dan hakt het dat in stukjes. Het bijzondere dat de studenten hebben gezien, is dat dit specifieke eiwit – Cas13a – ook al het andere RNA met het gezochte gen in de buurt te lijf gaat en in stukken hakt. Dit is wezenlijk anders dan bij het veel gebruikte CRISPR-Cas-gereedschap.

De studenten realiseerden zich dat deze stap is te gebruiken als meetmethode. Ze verzonnen namelijk een mechanisme waarbij het melksample in eerste instantie troebel is, maar wanneer de RNA’s in groten getale worden afgebroken, de vloeistof helder wordt. Zo kan iedere gebruiker, ook een leek (de boer), snel een betrouwbare detectie doen.
 

Opslaan

Als je het eiwit Cas13a in de praktijk wil gaan gebruiken, moet je het wel lange tijd in droge vorm kunnen opslaan. Daarvoor haalden de studenten inspiratie uit het beerdiertje, een heel klein organisme dat bij extreme droogte in een soort standby-modus gaat. De stoffen die daarbij een belangrijke rol spelen, blijken ook bruikbaar te zijn om het Cas13a-eiwit te drogen. Bij toevoeging van water wordt dat eiwit weer actief.
 

Prijzen

De studenten hebben laten zien dat hun technieken werken in het lab. Daarvoor wonnen ze gisteren in Boston de hoofdprijs van de competitie iGEM, onderdeel ‘Overgrad’ (studenten die in de masterfase zitten). Daarnaast wonnen ze nog acht (deel)prijzen, een aantal dat nog nooit eerder een team haalde. Barentsen: ‘Dit is een supervet resultaat waar we heel trots op zijn.’

Er moet nog veel geoptimaliseerd worden aan de meettechniek, maar ‘we hopen natuurlijk dat bedrijven aan het werk gaan met onze ideeën en dat een concrete toepassing snel komt’, zegt teamlid Aafke van Aalst in een persbericht van de TU Delft. Alle kennis van het project staat open sourceop de website van iGEM.

Het lijkt er zelfs op dat de techniek breder inzetbaar is bij andere gevallen van resistentie tegen antibiotica, een bekend probleem ook in de medische sector. ‘Alleen moet je dan een andere voorbehandeling doen, bijvoorbeeld met een bloedmonster; wat wij doen is helemaal gericht op melk’, aldus Barentsen.

Naast de TU Delft deden nog vijf andere studententeams uit Nederland mee (Universiteit van Amsterdam, Rijksuniversiteit Groningen, TU Eindhoven, Universiteit Utrecht en Wageningen Universiteit). Ook Wageningen viel in de prijzen: het won drie awards.



Openingsbeeld E. Dronkert / Creative Commons