Blog: iGEM Leiden schroeft de productie van hun bacterie op

Wij laten bacteriën een inktviseiwit maken waarmee we uiteindelijk brandwonden willen genezen. Maar daar is meer dan een handjevol eiwit voor nodig. Daarom gaan we de productie opschalen met bioreactoren, waarvan we eerst alle mysterieuze kabels en slangen moeten begrijpen.

20 september 2019

Volg Team Leiden

Wij als iGEM Leiden gaan deze zomer met een team van elf studenten aan de slag om het eiwit suckerine te produceren met behulp van de bacterie E.coli en andere organismen. Suckerine is een eiwit dat voorkomt in de zuignaptanden van de Humboldt-pijlinktvis. De inktvis gebruikt deze tanden om zijn prooi aan de haak te slaan. Dit eiwit moet dan ook sterk en flexibel zijn anders is het dikke pech, prooi weg! Deze bijzondere eigenschappen maken dit eiwit erg geschikt als vervanger voor menselijke huid. Wij gaan deze kennis gebruiken om een gel te maken die mensen met brandwonden en/of chronische wonden kan genezen.

In het laboratorium komen we vaak nieuwe technieken tegen en ik ging deze week de bioreactoren uit te vogelen. We hebben veel van ons eiwit suckerine nodig en ik was verantwoordelijk voor de opschaling. We hebben veel bacteriën nodig om genoeg van ons eindproduct te krijgen: de hydrogel om brandwonden mee te behandelen. We wisten dat we daarvoor de bacteriën moeten laten groeien in grote bioreactoren, maar hoe deze bioreactoren werken was nog een mysterie. Dus ik begon met het lezen van literatuur en vragen te stellen aan mensen in het laboratorium.

Het opschalen begint bij het groeien van bacteriën in glazen flessen (erlenmeyers) van honderd milliliter naar grote bioreactoren van een liter. Een bioreactor bevat een glazen compartiment voor de bacteriën en voeding, maar dit staat ook nog in een metalen constructie met veel verschillende meetinstrumenten. Opschaling van bacteriegroei wordt in veel biotechnologische laboratoria op deze manier gedaan. Het simuleert het groeien op industriële schaal (vijf liter en meer), maar is relatief goedkoop. Daardoor zijn deze kleine bioreactoren ideaal om verschillende condities voor de productie van je stof (ons eiwit suckerine) uit te proberen.

Een teamlid van het iGEM-team Leiden zet de erlenmeyers in machine. Bioreactoren hebben een mechanisme zodat de bacteriën binnen in de fles automatisch geschud worden door een roerstaaf, maar erlenmeyers moeten in een machine gezet worden die de hele fles schudt.

Overal kabels

Vaak zijn er in het laboratorium specifieke mensen verantwoordelijk voor de bioreactor, dus aan hen hebben we toestemming en hulp gevraagd om ons te leren werken met een bioreactor. Gelukkig deelt iedereen graag z’n kennis en passie. Daarbij is het ook altijd fijn om een extra paar handen te hebben die alle zware, metalen onderdelen van de bioreactor helpen tillen.

Als je voor de machine staat is dat eerst wel overweldigend: overal lopen kabels en buizen. De meeste bioreactoren hebben een centrale fles voor de voeding en de bacteriën, waarin continu geroerd wordt. Er is ook een luchtstroom, waar de lucht van de reactor wordt geanalyseerd. Hiervan kun je namelijk de groei van de bacteriën afleiden: meer CO₂ in de lucht betekent meer bacteriën. Al deze elementen werken samen met koel- en verwarmelementen, en creëren zo een compleet vat waarmee je allemaal verschillende condities kan optimaliseren. Naast de beste temperatuur zoeken we naar de optimale zuurtegraad, zuurstofgehalte en roersnelheid voor onze bacteriën.

Tevreden bacteriën

Het uitvogelen van de bioreactoren was een waar mysterie. Er waren bizarre ontdekkingen en veel variabelen die ik allemaal naar mijn wens kon aanpassen. Het duurde even voor ik wist welke kabel ook alweer waarvoor was, maar het is me uiteindelijk gelukt om de bioreactor te laten lopen. De bacteriën groeiden. Ik vond het heel bijzonder om te zien hoe chemische en fysieke variabelen samen ervoor zorgen dat je bacteriën tevreden door de metalen koker heen draaien.

Na het laten lopen van de bioreactor en het schoonmaken (wat op zichzelf ook een hele blog zou kunnen vullen!), is het me ook gelukt om suckerine-eiwit uit de bacteriën te krijgen. Missie geslaagd. Mijn tip voor andere biotechnologie-fanaten: wees niet bang om dingen uit te proberen, bacteriën groeien in erlenmeyers is kinderspel!

Deze blog is geschreven door teamlid en teammanager van iGEM Leiden Tobias Fecker

Het Leiden 2019 iGEM team vlnr: Maarten Lubbers, Bachelorstudent Biologie – Steijn Beekman, Bachelor Molecular Science and Technology – Jonah Anderson, Bachelor Life Science and Technology – Tobias Fecker, Master Biologie – Floor Stel, Master Biologie – Alejandro Marquiegui, Bachelor Biochemistry – Jo-Anne Verschoor, Master Biologie – Daniël Tan, Bachelor Biologie – Vera Williams, Master Media Technology – Daan van Tol, Bachelor Biologie – Melanie Ofman, Master Biologie — Het iGEM-team Leiden 2019 v.l.n.r.: Maarten Lubbers, Steijn Beekman, Jonah Anderson, Tobias Fecker, Floor Stel, Alejandro Marquiegui, Jo-Anne Verschoor, Daniël Tan, Vera Williams, Daan van Tol, Melanie Ofman.
iGEM Leiden

Eerdere blogs van iGEM Leiden 2019: Blog 1. Geloof, dromen en sucherine?! Blog 2. Van inktviseiwit naar brandwondgenezing: een reis van ideeën Blog 3. We zijn niet de enigen die moeite hebben bacteriën te laten groeien