Page 49

iGEM

Biofilms printen wordt kinderspel De deelname van de TU Delft aan de editie 2015 van de wedstrijd voor International Genetically Engineered Machines (iGem) is een groot succes geworden. In september sleepte het team tijdens de Giant Jamboree in Boston de eerste prijs in de wacht met een 3D-biofilmprinter gemaakt van K’NEX. Ook mocht het prijzen in ontvangst nemen voor de beste hardware, de beste website en het beste toegepaste ontwerp, plus een aantal nominaties in andere categorieën. Samantha Basalo Vásquez, Héctor Sangüesa Ferrer en Anne Rodenburg zaten in het winnende team.

Biofilms zijn groepen bacteriën die zich aan een oppervlak hechten. Ze zijn bijzonder lastig te verwijderen en kunnen apparatuur verstoppen of je tanden bederven: tandplak is een van de meest voorkomende vormen van biofilm. ‘Biofilms worden steeds lastiger te verwijderen,’ legt Anne Rodenburg uit. ‘Je hebt vast weleens gehoord van ziekenhuisbacteriën die resistent worden voor antibiotica. Die kunnen overal groeien, zelf op protheses in het menselijk lichaam.’ Zulke schadelijke biofilms vormen een aanzienlijk en kostbaar probleem, zowel voor de gezondheid als voor het bedrijfsleven. ‘Er wordt veel onderzoek gedaan naar het voorkomen van biofilms. Daar heb je reproduceerbare onderzoeksmonsters voor nodig,’ aldus Samantha Basalo Vásquez. ‘Bacteriën groeien in willekeurige vormen. Als je ze zover kunt beheersen dat ze in een bepaalde vorm groeien, kun je steeds onder dezelfde omstandigheden tests doen,’ legt Héctor Sangüesa Ferrer uit. De teamleden kwamen op het idee om biofilms te printen teneinde de vorm

49

en structuur ervan te beheersen. Daarbij wilden ze ook het vormingsproces beïnvloeden. Bacteriën vormen biofilms met behulp van nanodraadjes. ‘Dat doen ze van nature,’ vertelt Sangüesa Ferrer , ‘maar onder wisselende omstandigheden en dat is niet te beheersen. Wij wilden een biofilm die we konden maken wanneer wij dat wilden, in de vorm van onze keus.’ Eerst hebben ze daarvoor een bacteriënstam genetisch gemanipuleerd. ‘We hebben een stukje DNA in een plasmide ingebracht zodat de bacteriën het eiwit CsgA zouden maken,’ legt Basalo Vásquez uit. Dat eiwit maakt deel uit van de extracellulaire matrix van nanodraden die de cellen bijeenhoudt. Aan-uitknop Vervolgens bouwde het team een ‘aan-uitknop’ in om de timing van de vorming van de biofilm te kunnen regelen. ‘Daarvoor hebben we een klein suikermolecuul gebruikt: rhamnose. Als je die toevoegt, gaan de bacteriën CsgA produceren en nanodraden vormen,’ vertelt Basalo Vásquez. Omdat het twee dagen duurt voordat de biofilm zich heeft

gevormd, was er ook iets nodig om de cellen te ondersteunen en tijdens het proces in de juiste structuur te houden. Geïnspireerd door het bioprinten van weefsels kwamen ze op het idee van een steiger. Daarvoor maakten ze met een combinatie van calciumchloride en alginaat een hydrogel. ‘Als alle bacteriën eenmaal door de nanodraden zijn verbonden, kun je de hydrogel weer oplossen. De cellen blijven dan aan elkaar zitten zonder dat een externe structuur nodig is,’ aldus Sangüesa Ferrer. Hoewel hun 3D-printer veel aandacht kreeg in de media, was het de combinatie van synthetische biologie en 3D-printen waardoor hun project opviel. Sangüesa Ferrer : ‘De genetische manipulatie die we hebben gedaan was op zich interessant, maar daarvoor hebben we vrij normale technieken gebruikt. De combinatie met het printen en het gebruik van de steiger maakte het bijzonder.’ Ze wonnen de wedstrijd na acht maanden hard werken. ‘Begin dit jaar hebben we meerdere keren met zijn allen zitten brainstormen en we hadden al een

Highlights 2015 NL  

Highlights TU Delft 2015