‘Er zijn veel problemen op de wereld waar we nog geen oplossing voor hebben, bijvoorbeeld klimaatverandering, de stikstofcrisis of vervuiling door plastics’, vertelt Iris Noordermeer, masterstudent biologie. Noordermeer vormt met een tiental andere studenten het team dat dit jaar Leiden vertegenwoordigt in de biotechnologie-wedstrijd International Genetically Engineered Machine (iGEM).

Vorig jaar won het Leidse team met hun ontwerp voor een snelle corona-test. Dit jaar willen de deelnemers een methode ontwikkelen om te voorkomen dat in het lab aangepaste microben in de natuur terechtkomen.

Die microben zijn op zich heel waardevol: ze kunnen helpen om problemen zoals klimaatverandering op te lossen, bijvoorbeeld door plastic af te breken of CO2 uit de lucht te vangen. Maar ontsnappen ze naar de wilde natuur met hun designer-DNA, dan bestaat het gevaar dat ze de natuurlijke balans verstoren en ze met hun aangepaste genen allerlei onbedoelde bijeffecten hebben. Niemand zit te wachten op een rondtrekkende zwerm plastic-etende microben.

De Leidse studenten denken daar een oplossing voor te hebben. Door een slimme aanpassing te maken aan een bestaande techniek hebben ze een genetisch slot ontworpen waardoor bacteriën alleen nog in aangewezen gebieden kunnen groeien.
Om een bacterie genetisch te modificeren brengen onderzoekers vaak een los DNA-fragment in de cel, een plasmide. Dit plasmide kan allerlei instructies bevatten, bijvoorbeeld om plastic af te breken of om een stof aan te maken. Het is een makkelijke en veelgebruikte manier om microben nieuwe functies te geven.

In het lab tenminste, want bacteriën wisselen deze plasmides met elkaar uit alsof het dubbele voetbalplaatjes zijn. Genen om plastic af te breken zouden zo snel kunnen ontsnappen en in de natuur terechtkomen, waar de mens er de controle op verliest.

‘Om dat te voorkomen gebruiken we niet één, maar een koppel van twee plasmides’, vertelt masterstudent biomedische wetenschappen Chanel Naar. ‘Op beide DNA-fragmenten staan niet alleen de instructies om bijvoorbeeld plastic af te breken, maar ook om een toxine aan te maken dat dodelijk is voor de bacterie. Het tegengif voor die toxine zit op het andere plasmide.’

Met de toxine als mes op de keel kan de bacterie alleen overleven als het beide plasmides bevat, met daarop de instructies om beide antitoxines aan te maken. Naar: ‘Zo maak je de plasmides tot een koppel dat altijd bij elkaar moet blijven. Als een van de twee plasmides ontbreekt, gaat de bacterie dood.’

De kans dat een bacterie tegelijkertijd beide plasmides uitwisselt is volgens de studenten uitermate klein, maar voor de zekerheid hebben ze nog een extra uitknop ingebouwd. Tenzij er een specifieke stof in de omgeving aanwezig is, eentje die door mensen wordt toegevoegd, zal de bacterie geen antitoxines kunnen maken. In een gecontroleerde omgeving is die stof in overvloed aanwezig en zal de bacterie kunnen overleven. Maar mocht er een microbe met beide plasmides ontsnappen en in de natuur terechtkomen, zal hij geen antigif aan kunnen maken en sterven.

Nadat Leiden er vorig jaar met de hoofdprijs vandoor ging, zijn de verwachtingen hooggespannen. ‘Ik zou het geen druk noemen maar wel extra motivatie’, zegt Naar. ‘We weten dat winnen echt mogelijk is. Het betekent ook dat er tijdens de Jamboree meer ogen op ons gericht zullen zijn, en dat is eigenlijk alleen maar leuk.’

De jaarlijkse iGEM Jamboree, het moment dat alle teams hun resultaten presenteren, is al over twee maanden. ‘We zijn de hele zomer bezig geweest om dit voor elkaar te krijgen’, zegt Noordermeer. ‘De eerste veelbelovende resultaten zijn er’, vult Naar aan.
Vanwege corona is de Jamboree, die normaal gesproken in Boston wordt gehouden, nu opnieuw online. Noordermeer: ‘Maar als het kan willen we wel met de Nederlandse teams samenkomen.’