Onze held: de bacteriofaag
Ons doel is gif produceren. Maar dan wel gericht, in de darm van de sprinkhanen om sprinkhanenplagen tegen te gaan. Hoe bezorgen we de gifstoffen in de sprinkhanen? Met behulp van onze held: de bacteriofaag. Dat is een bijzonder type virus dat alleen bacteriën infecteert. Ons doelwit is de van nature aanwezige darmflora van sprinkhanen. Onze bacteriofagen zullen deze bacteriën infecteren en omtoveren tot giffabriekjes zodat de sprinkhaan sterft.
In onze vorige blog vertelden we over de enorme sprinkhanenplagen die verschillende landen in Oost-Afrika en Zuid Azië teisteren. Binnen de iGEM competitie proberen we een oplossing te vinden voor die plagen. Ons plan is om de sprinkhanen te doden met een gifstof. Maar hoe kunnen we dat gif, slechts stabiel voor kortere tijd, aan de sprinkhaan geven? En hoe zorgen we ervoor dat de sprinkhanen snel sterven? Na lang graven in bergen wetenschappelijke publicaties kwamen we op het idee: wij gaan gifstoffen maken met bacteriofagen.
Een bacteriofaag is een bijzonder soort virus. De naam is afgeleid van het Griekse woord voor verslinden. En dat is precies wat het doet: het verslindt bacteriën. Hierdoor verschilt het van andere virussen, zoals SARS-CoV-2, omdat bacteriofagen voor menselijke cellen geen gevaar vormen. Er zijn ontzettend veel (verschillende soorten) bacteriofagen, zelfs zoveel dat er meer bacteriofagen op aarde zijn dan alle organisme samen.
Een bacteriofaag ziet er bijzonder uit (Afbeelding 1). Zijn ‘hoofd’, gevuld met zijn DNA, bestaat uit verschillende vlakken. Ook heeft het spinachtige poten waarmee het aan de oppervlakte van de bacterie bindt. Daarna injecteert de faag zijn DNA in de gastheercel. Op dat moment zet de bacterie andere processen op een lager pitje en gaat alle energie naar het aflezen van het afgeleverde DNA en het produceren van de corresponderende eiwitten. De gastheercel produceert nieuwe bacteriofagen en eiwitten, waaronder een speciaal eiwit ‘endolysine’. Wanneer er genoeg van dat eiwit gemaakt is, barst de gastheercel uiteen en gaan de nieuwe bacteriofagen op zoek naar nieuwe bacteriecellen.
In ons project maken wij gebruik van de eigenschap dat een faag zijn eigen DNA kan injecteren in de gastheercel. We voegen het DNA van onze gifstof toe aan het natuurlijke DNA van de bacteriofaag. Die genetisch aangepaste bacteriofagen worden op planten gesproeid. Zodra sprinkhanen van die planten eten, belanden de bacteriofagen in hun darmen, vol met bacteriën. Onze bacteriofaag injecteert zijn aangepaste DNA in die bacteriën. De darmbacteriën maken nu nieuwe bacteriofagen én het gif aan. Als deze bacteriën vervolgens openbreken komen onze gifstoffen vrij in de darm en sterft de sprinkhaan van binnenuit.
Op dit moment zijn wij in het lab druk in de weer met bacteriofagen. We onderzoeken hoe we DNA kunnen toevoegen aan het natuurlijke DNA van de bacteriofaag. Dat doen we in een apart laboratorium (Afbeelding 2). Omdat onze bacteriofaag makkelijk bacteriën infecteert moeten we voorkomen dat het bacteriën infecteert waarmee andere studenten experimenten doen. Daarom werken we uitsluitend in het aparte lab met bacteriofagen. Daar gelden iets striktere regels. Zo moeten we bijvoorbeeld nog beter schoonmaken. Dat doen we met een roze vloeistof, die niks en niemand spaart. Ook mag niets uit dat lab er meer uit, dus we moeten altijd goed overleggen voordat we iets van ons andere lab meenemen. Volgende week weten we of het aanpassen van het bacteriofaag DNA gelukt is. We wachten in spanning af.
