Introduktion til syntetisk biologi – del 2

Dette er anden del er en temmelig nørdet artikelserie omkring syntetisk biologi, oprindelig skrevet til vores blad på medicinstudiet i Odense. Du kan læse første del her.

Genetisk manipulation har alt for meget potentiale, til at være låst inde i kælderen på universitet eller hos store firmaer. Læs hvad der sker når 825 bachelor studerende fra hele verden leger med syntetisk biologi – og hvordan du selv kan lege med.

I sidste nummer af Sund og Hed prøvede jeg at overbevise dig om at gener er funktionelle byggeklodser, der kan flyttes mellem organismer. Og jeg postulerede, hvis vi var kloge nok, at man derfor kunne opbygge logiske biologiske systemer der gjorde hvad vi bad dem om. I dette nummer vil jeg komme med et par eksempler.

iGEM

Men først en introduktion til iGEM. International Genetically Engineered Machine er en årlig konkurrence der afholdes af MIT i Boston. Konkurrencen startede i 2003 med 2 hold og sølle 16 studerende. 5 år senere er begivenheden vokset til en konkurrence mellem 85 forskellige hold og 825 studerende fra 21 forskellige lande.

De konkurrere alle i at lave det bedste genetiske manipuleret system. Et af systemerne forklarede jeg om sidst, nemlig MIT’s bananlugtende e. coli bakterie. Lad os prøve at gøre det lidt vildere.

Fra bananlugt til mikrobiologisk sensorer

WHO har estimeret at en hel del millioner mennesker i Bangladesh er i fare for arsenik forgiftning. De har også foreslået en grænse for arsenik i drikkevand på omkring 10 ppb (parts per billion), men i 1 ud af 4 vandbrønde i Bangladesh er der over 50 ppb.

En del forskere har derfor prøvet at udvikle en sensor, der kan fortælle om en brønd er forgiftet eller ej. Dette er indtil videre strandet pga. dårlig økonomi og teknisk formåen i lokalområderne.

Edinburgs 2006 iGEM hold prøvede at ændre dette. De postulerede at man kunne omprogrammer en e. coli bakterier, så den ændrede pH værdien i en vand-prøve hvis den opfangede arsenik. pH’en kunne så måles med et stykke billigt indikator papir. På lidt under en sommerferie havde de lavet en proof-of-concept bakterie koloni, der gjorde netop dette. Det er ikke bare interessant – det er også etisk forsvarligt.

Edinburg's arsenik sensor system. Systemet består af tre dele (1, 2, 3). Hvis intet arsenik er til stede aktiveres del 1, hvor gener for urease så udtrykkes, der gennem en reaktion med laktose forøger pH'en omkring bakterien. Hvis der er 5 ppb. arsenik til stede aktiveres del 2, der blot slukker for del 1. pH forbliver omkring 7. Hvis der er over 5 ppb. arsenik til stede aktiveres både del 2 og del 3. Del 3 producerer lacZ, hvilket 'spiser' laktose i blanding, og dermed får pH til af falde.
Edinburg's arsenik sensor system. Systemet består af tre dele (1, 2, 3). Hvis intet arsenik er til stede aktiveres del 1, hvor gener for urease så udtrykkes, der gennem en reaktion med laktose forøger pH'en omkring bakterien. Hvis der er 5 ppb. arsenik til stede aktiveres del 2, der blot slukker for del 1. pH forbliver omkring 7. Hvis der er over 5 ppb. arsenik til stede aktiveres både del 2 og del 3. Del 3 producerer lacZ, hvilket 'spiser' laktose i blanding, og dermed får pH til af falde.

Men okay – Bangladesh er langt væk og hvem har nogensinde hørt om arsenik forgiftning alligevel? Her kommer et mere nærværende eksempel.

I en artikel i Ugeskrift for Læger skønnes det at omkring 15.000-20.000 patienter hvert år erhverver sig en urinvejsinfektion under indlæggelse på hospitalerne i Danmark og at dette tal er tæt korreleret til brugen af katetre. Det er nærliggende at tro at dette føre til øget brug af antibiotika og mortalitet. Problemet er ligende andre steder i verden.

I 2007 foreslog et iGEM hold fra Imperial College i London derfor et biologisk system, til at detekterer om der var bakterier på vej op gennem katetret. Hvis deres celler fandt tegn på bakterier, begyndte de at lyse grønt, som et signal til sundhedspersonalet om at fjerne katetret hurtigst muligt.

For ikke at deres egne biologiske systemer, skulle kravle op og lave ravage i patienterne, sikrede de sig at cellerne kun indeholdte detekterings generne og ikke havde evnen til proliferation. Cellerne var såkaldt ghost-celle, der kun bestod af en membran og de mest nødvendige gener.

Er der bakterier på vej op gennem katetret alarmers man ved at det begynder at lyse grønt.
Er der bakterier på vej op gennem katetret alarmers man ved at det begynder at lyse grønt.

Muligheder og udfordringer

Og selvom biologiske sensorer både er interessante og spændende, så er flere hold begyndt at sætte fantasien i femte gear. Vinderen af dette års iGEM kom fra Slovenien, der præsenterede et forslag til en h. pylori vaccine.

H. pylori giver som bekendt gastrit, ved 15 % en ulcus og kan sandsynligvis også give cancer i ventriklen. Ulykkelige ting. Kroppen er generelt god til at kende bakterier på deres flagellum, men kan desværre ikke genkende h. pylori’s.

Holdet fra Slovenien lavede derfor en ny type flagellum, der indeholdte dele fra en almindelig e.coli bakterier (som immunforsvaret godt kan genkende) og dele fra h. pylori. Ideen var at få kroppen til at begynde at lave antistoffer mod h. pylori og dermed slå den ihjel.

De testede deres vaccine på mus og her lykkedes det dem at slå h. pylori ihjel. Måske et skridt på vejen til at lave en vaccine mod et global sundhedsproblem.

Andre hold legede med at gøre øl sundere (et meget tiltalende initiativ), detektion af HIV og cancer-celler, og selvfølgelig virker det til at stort set alle er i gang med at lave biologisk reaktorer der kan producerer energi ud af affald.

Samtidig er der også masser af udfordringer: De biologiske dele hænger ikke altid lige godt sammen. Hvordan sikre man at folk ikke laver farlige ting? Hvilke gener er der allerede nu patent på? Hvor hurtigt bliver de biologiske systemer funktionsløse pga. naturlige ændringer i DNA’et?

Sådan kommer du selv igang

Du lære bedre et sprog ved selv at tale det. Det er på tide vi selv kommer i gang med at udtrykke os i DNA, så vi kan finde ud af om viden fungerer i praksis og om den er rigtigt eller forkert.

Ved at have skabt et standard register for biologiske byggeklodser, har forskere ved MIT givet os et redskab til netop dette. Og de ideer og den kreativitet der er opstået heraf, har potentialet til at løse nogle af de problemer vi står overfor i dag. Det var ikke sket, hvis teknologien var blevet holdt låst inde og forblevet ubrugt.

Danmark har endnu ikke noget hold ved iGEM. I foråret vil jeg derfor gerne inviterer alle interessede til et opstartsmøde for det første syntetiske biologiske selskab i landet. Alle er velkomne. Vi holder vores opstartsmøde torsdag den 12. februar kl. 19. i WP 19.

Resourcer

iGEM:

http://igem.org

For mere information om forårets møde, er du velkommen til at kontakte mig på 27 21 68 90 eller pr. mail.

2 thoughts on “Introduktion til syntetisk biologi – del 2

  1. Hej Mike

    Fed blog, underholdende og spændende :)
    Vi ses d. 12/2 til en snak om hjemmelavede organismer, hehe.

    Marc (fra hajerne)

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive offentliggjort. Krævede felter er markeret med *