Studenter fra Universitetet i Oslo deltar i forskningskonkurransen iGEM. Her forteller en av dem om prosjektet deres, som går ut på å få bakterier til å samarbeide.
Av Elina Melteig i tidsskriftet GENialt
Studenter fra noen av de beste universitetene i verden er med i konkurransen iGEM (International Genetically Engineered Machine). For å delta får alle lagene utdelt en «verktøykasse» med DNA-biter – også kalt biobrikker – som tidligere lag har designet. Det er som et avansert lego-sett der man skal lage nye kombinasjoner av biobrikkene. Avhengig av hvordan man kombinerer brikkene, vil organismene få ulike egenskaper. En del av konkurransen går ut på å lage nye deler som neste års deltakere kan bruke. Slik vokser samlingen med biobrikker for hvert år, og mulighetene for hva som kan bygges blir mer og mer interessante.
Bakteriefabrikker
Vi har døpt prosjektet vårt MicroOrganizer. Det er et system som på sikt vil kunne brukes til å lage små fabrikker. Målet vårt er å lage bakterier som samarbeider og kommuniserer for å løse konkrete oppgaver.
Vi gir E. coli-bakterier – en helt vanlig tarmbakterie – evnen til å binde seg til hverandre i et bestemt system. Dette er ikke bare en evne, men også en nødvendighet. Vi ønsker nemlig å «programmere» bakterien til å vokse etter et bestemt system. Dette er nødvendig for å kontrollere veksten, men også for å sørge for at vi ikke får bakterier på avveie som starter egne kolonier. Bakteriene med sine ulike egenskaper skal plasseres i en bestemt rekkefølge, slik at hver bakterietype kan betraktes som et ledd på et samlebånd.
På denne måten kan bakteriefabrikken få flere funksjoner enn enkeltbakterier, slik vi har i dag. Se for deg et samlebånd hvor én prosess skjer i én bakterie. Produktet fra denne bakterien sendes så videre til neste bakterie i kolonien som har andre egenskaper og dermed kan ta prosessen videre.
Dette vil gjøre det mulig å få bakterier til å lage produkter som krever flere steg. Et eksempel kan være nedbryting eller produksjon av plast. Den store fordelen er at lag som kommer etter oss i konkurransen kan bruke våre biobrikker til å utnytte bakterier som en enkel livsform, samtidig som man kan dra nytte av fordelen ved å ha samarbeidende enheter.
Å rydde bakterier
For å lage en mikrofabrikk er det essensielt at bakteriene sitter sammen på en systematisk måte. Målet er at overflatene på bakteriene skal henge sammen. Derfor har vi laget to varianter av en E. coli-bakterie og bestemt oss for å bruke splittet enzym-prinsippet for å binde de to variantene sammen. Prinsippet går ut på å dele et enzym i to, og uttrykke hver del på overflaten av hver sin bakterie. Enzymet vil fungere som bindingen mellom bakteriene, og vil kun være aktivt når de to delene er koblet sammen.
Vi har valgt å bruke enzymet betagalaktosidase fordi de to delene binder seg spontant til hverandre. Et aktivt enzym vil, med tilgang på riktig substrat, avgi en farge som er synlig for det blotte øyet. En slik fargeobservasjon forteller at de to delene av enzymet er bundet sammen og danner interaksjoner mellom de to ulike bakteriecellene. Fordi vi har to typer bakterier som har hver sin del, kan vi organisere bakteriene lagvis.
Dersom vi lykkes med å rydde bakteriene i en ordnet rekkefølge er vi et lite steg nærmere målet om å få bakterier til å utføre komplekse oppgaver. For hver brikke som leveres blir mulighetene innenfor syntetisk biologi større – en liten bit for laget, en viktig brikke i puslespillet.
Konkurranse som fag
For å kunne sette av tid og ressurser er deltakelse på konkurransen opprettet som et eget fag ved Universitetet i Oslo. Faget går over sommerferien, og eksamen er en presentasjon av prosjektet. Studenter fra alle fagområder oppfordres til å melde seg på, og i år deltar syv studenter: Tre fra molekylærbiologi og fire fra fagfeltene biokjemi, farmasi, nanoteknologi og informatikk.
Å konkurrere med andre studenter er utrolig inspirerende. Mange gode idéer oppstår fordi vi er tvunget til å tenke nytt. Det er ikke sikkert at vi lykkes med det vi prøver på, men i en slik konkurranse er alle vinnere, uansett. Konkurranser som iGEM bidrar til å skape innovasjon, men er også viktig for å skape et motiverende læringsmiljø. Som student er det også spennende å få gjøre et eget arbeid så tidlig.
«Eksamen» i Boston
Alle lagene som deltar i iGEM får presentere prosjektet sitt i Boston i november. Det er første gang alle lagene i verden skal presentere arbeidet sitt på samme sted siden konkurransen startet ved Massachusetts Institue of Technology (MIT) i 2003. I år deltar over 240 lag fra alle verdensdeler. Presentasjonen i Boston er en reell forsmak på forskerlivet, og ulike aspekter ved prosjektet bedømmes. Til sammen skal det deles ut over 20 priser, blant annet for beste formidling, beste presentasjon og beste idé. Dette oppfordrer kommende forskere til å være inspirerende formidlere og å være kreative – for det er ikke bare resultatene som er viktige, men også prosessen og tanken bak. I tillegg premieres også samarbeid. Målet er god forskning hvor alle er vinnere, snarere enn det å vinne selve konkurransen.
Syntetisk biologi
Syntetisk biologi er et begrep som brukes om å sette sammen gener på nye måter og dermed gi en organisme nye egenskaper. Det er mulig å «lime inn» gener fra helt andre organismer, for eksempel lysende proteiner fra en fisk inn i en plante, eller bygge et gen fra bunnen av på laboratoriet. Vi kaller gjerne en slik del for en biobrikke. Det vanligste er å gi en bakterie et gen fra et dyr eller en plante, men man kan like gjerne lage gener som ikke finnes i naturen. Syntetisk biologi gir oss muligheten til å lage nesten hva vi måtte ønske, men først og fremst har det blitt brukt innen ulike deler av medisinindustrien. Et av de første store praktiske gjennombruddene var insulin-produserende bakterier.
Tidligere ble insulin til diabetespasienter tatt fra griser og storfe. På 1980-tallet satte forskere inn genet for insulinproduksjon i bakterier og gjærsopp. Slik ble insulin billigere, renere og mer tilgjengelig. Siden den gang har syntetisk biologi blitt brukt til alt fra å lage planter som er resistente mot ugressmidler, til forskning på ulike sykdommer.
Møter Endy
To norske lag deltar i årets iGEM-konkurranse. Lagene fra Oslo og Trondheim møter Drew Endy – som var med å starte konkurransen – under et åpent møte om syntetisk biologi i Trondheim 27. august.
