NTNU-studentar genmodifiserte E. coli-bakteriar så dei blir raude når dei blir stressa.
Audrun Utskarpen i GENialt 1/2012
Ni masterstudentar i bioteknologi, fysikk, statistikk og datateknikk frå NTNU var dei første frå Noreg som deltok i iGEM, den internasjonale konkurransen i syntetisk biologi for studentar. Deltakarane skulle designe og lage modellar av nye biologiske system ved å kombinere og utvikle nye biologiske modular, såkalla biobrikkar. Ein biobrikke er ein DNA-bit som inneheld dei gena som er nødvendige for ein viss eigenskap.
Byggesett
NTNU-studentane brukte ti veker av sommarferien til å jobbe med prosjektet.
– Det har vore ei viktig erfaring å velje oppgåve sjølv, setje seg eit mål og planlegge og jobbe for å nå målet. Vi har òg lært nye metodar på laboratoriet, seier bioteknologistudenten Adrian Ertsås Naas.
Alle laga som deltok i konkurransen, fekk utdelt eit byggesett med 300 biobrikkar som deltakarar i åra før hadde laga, og som dei kunne bruke når dei skulle lage ein E. coli-bakterie med nye eigenskapar. Dei kunne òg lage nye biobrikkar. Enzyma som spaltar DNA, kjenner att og kuttar i ein DNA-sekvens som er lik frå biobrikke til biobrikke, slik at brikkane kan setjast saman på nye måtar og brukast om kvarandre i det same bakterie-DNA-et.
NTNU-laget valde å lage eit system for å måle stress hos bakteriane.– Det var fordi vi tenkte at det kunne brukast til noko nyttig, fortel Naas.
Stressa bakteriar
Når bakteriar blir utsette for visse påkjenningar, produserer dei signalmolekylet ppGpp (guanosintetrafosfat). Det skjer til dømes når dei får for lite aminosyrer til å lage protein, for lite feittsyrer eller for lite jern. Det skjer òg når det blir for varmt. ppGpp gjer at gen som lagar protein som er viktige for at cellene skal overleve, blir skrudde på, medan gen som styrer vekst og celledeling, blir skrudde av.
For å kunne sjå når E. coli-bakteriane vart stressa, sette studentane inn ein biobrikke i DNA-et med eit gen som kodar for det raude fluorescerande (sjølvlysande) proteinet mCherry. Signalmolekylet ppGpp gjer at dette genet blir skrudd på, og bakterien blir raud av det nylaga proteinet. For å vise at systemet verka, måtte dei måle kor sterk raudfargen var, det vil seie kor mykje mCherry som vart produsert.
Studentane lét dei genmodifiserte bakteriane vekse på ei skål med næring som ikkje inneheldt aminosyrer. Deretter brukte dei eit apparat som måler fluorescens til å samanlikne dei genmodifiserte bakteriane med kontrollbakteriar som hadde fått nok aminosyrer.
– Vi greidde å vise at systemet fungerer, men det trengst enno ein del finjustering. Bakteriane vart litt raude sjølv når dei ikkje var stressa, så derfor burde vi endra litt på promotorane (brytarane) i biobrikken som skrur gena på, seier Naas.
Christian Page studerer biostatistikk og laga ein modell for korleis dei ulike gena påverkar kvarandre. I eit dataprogram simulerte studentane korleis komponentane i systemet oppførte seg dersom dei endra på noko, til dømes lét bakteriane få meir eller mindre næring.
– Det var fint og lærerikt å samarbeide med folk frå andre fagfelt, sjølv om det var litt utfordrande å forklare bioteknologane kva for opplysningar eg trong til å køyre simuleringane, seier Page.
NTNU-studentane meiner systemet deira kan brukast i forsking, til dømes forsking på stress. Dei ser òg for seg at resultata kan brukast i industrien, der dei dyrkar bakterie- celler i store tankar. Med ein biobrikke som gjer bakteriane raude når dei blir stressa, kan ein følgje med om dei får nok næring. Forskarar som har lyst til å bruke biobrikkane som studentane har laga, kan bestille dei gratis frå Biobricks Foundation.
Europafinale
I oktober reiste NTNU-studentane til Amsterdam for å delta i den europeiske iGEM-jamboreen. Her fekk dei møte engasjerte studentar frå resten av Europa, i tillegg til den amerikanske genforskaren og ingeniøren Drew Endy, som tok initiativet til iGEM. Endy besøkte elles Noreg i 2010 saman med eit iGEM-lag frå universitetet i Cambridge i England etter invitasjon frå Bioteknologinemnda og Universitetet i Oslo.
Juryen som kåra vinnarane, la vekt på både resultata, nettsidene og presentasjonen på jamboreen. Vinnaren av den europeiske finalen i 2011, laget frå Imperial College London i England, hadde som mål å stogge ørkenspreiing. I ørkenområde er det eit problem at jorda blir vaska vekk før trea rekk å få lange nok røter til å binde ho. Dei britiske studentane hadde derfor genmodifisert E. coli-bakteriar slik at dei laga hormonet auxin, som får røtene til å vekse.
Planen var å dekke frøa med bakteriar, som så ville bli tekne opp i røtene når frøa spira. Deretter skulle bakteriane skilje ut auxin og få røtene til å vekse fortare slik at jorda ikkje vart vaska vekk. På laboratoriet hadde studentane vist at dei genmodifiserte bakteriane vart tekne opp i røtene til modellplanten Arabidopsis (vårskrinneblom), og at mindre jord vart vaska vekk enn før.
Nytte og risiko
Ein del av iGEM-konkurransen er å vurdere korleis prosjektet kan brukast til noko nyttig og løyse problem i samfunnet, og samstundes vurdere om det kan ha negative følgjer. Dei engelske studentane hadde kontakta samfunnsforskarar og miljøforskarar for å drøfte farane ved å setje den genmodifiserte bakterien ut i naturen. E. coli-bakterien som studentane bruker i konkurransen, er frå ein bakteriestamme som ikkje overlever lenge i naturen, slik at dei kunne bli nøydde til å nytte ein annan type bakterie. Det ville uansett vere stor risiko for at genet som laga hormonet auxin, spreidde seg til andre organismar, som bakteriar i jorda. Derfor hadde studentane sett inn ein ekstra biobrikke, slik at viss DNA-et frå deira bakterie kom inn i ein annan bakterie, ville celleveggen i mottakarbakterien gå i oppløysing. Dette hadde dei ikkje fått prøvd ut i praksis.
Ein annan viktig del av iGEM-konkurransen er å informere om syntetisk biologi, både ved å lage nettsider og besøke vidaregåande skolar.
– Det er viktig å få fram at bakteriar ikkje berre er noko skummelt, men at dei òg kan brukast til noko nyttig, seier NTNU-studentane.
Lærerikt
Var det så verdt innsatsen?
– Vi synest det har vore kjempegøy og lærerikt, trass i mindre lønn enn i ein vanleg sommarjobb, seier studentane. Dei fekk ikkje fast lønn, men vart sponsa av universitetet og næringslivet og fekk leige laboratoriet gratis.
– Vi fekk i alle fall stadfesta at vi har valt rett studium, seier Jon Lorentzen og Gunvor Røkke, som begge har lyst til å arbeide med bioteknologiforsking når dei er ferdige å studere.
Framtidige iGEM-prosjekt
Studentane rår framtidige iGEM-lag til å starte tidlegare på året, og foreslår at universitetet legg iGEM inn som prosjekt i eit av kursa.
– Vi har jobba svært sjølvstendig samanlikna med andre lag, der rettleiarane òg hadde gjort ein del av arbeidet på laboratoriet, seier Lorentzen.
– Vi meiner det er meir i ånda til konkurransen at studentane gjer jobben sjølve. Nye lag bør òg legge meir vekt på bruksområde, til dømes innan industrien.
– Dessutan kan ein gi prosjektet meir særpreg ved å utnytte noko vårt eige miljø er ekspertar på, slik som alginat, seier Lorentzen.
– Vi oppmodar dei andre universiteta i Noreg til å stille med lag i iGEM i 2012.
Les meir om NTNU-laget hos IGEM
Konkurransen International Genetically Engineered Machine competition (iGEM) starta med ei handfull lag ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA i 2003. Frå 2005 har iGEM vore internasjonal, og i 2011 deltok 165 lag. Dei som vil vere med på iGEM 2012, må registrere seg innan 31. mars.
—
iGEM for vidaregåande skolar
Frå og med dette skoleåret blir det arrangert ein eigen iGEM-konkurranse tilpassa vidaregåande skolar. I år deltek skolar frå mellom anna USA, Canada, Kina, India, Hellas, Irland og land i Sør-Amerika. Laga jobbar med prosjektet i løpet av skoleåret, og konkurransen blir avslutta med ein jamboree i USA til sommaren. Ein kan òg delta på jamboreen via internett. Les meir hos iGEM.
—-
Sjå artikkelen slik han sto på trykk i GENialt 1/2012
