Biologiczne klocki LEGO kontra rakotwórczy akryloamid | Aleksandra Bartosik | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013
106
KR
Ó
TK
O
NA
UK
A
SZK
OŁA
EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | ebis@ibe.edu.pl | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013
Biologiczne klocki LEGO
kontra
rakotwórczy akryloamid
Konkurs Biologii Syntetycznej iGEM 2013
Aleksandra Bartosik
Studenci z Warsaw iGEM Team już szósty raz bio-rą udział w konkursie biologii syntetycznej iGEM. W ubiegłym roku zaprojektowali bakterię dostarczają-cej wybraną sekwencję DNA na teren komórki ludzkiej. W tej edycji zamierzają stworzyć bakteryjny biosensor do wykrywania rakotwórczego akryloamidu.
iGEM to międzynarodowy konkurs biologii syn-tetycznej organizowany w Massachusetts Institute of Technology od 2003 r. W 2012 r. wzięło w nim udział ponad 3000 uczestników ze 190 drużyn z 34 państw.
Zmagania trwają 7 miesięcy, a większość pracy studenci wykonują w wakacje. Aby wygrać, trzeba wymyślić jak najbardziej innowacyjną bakteryjną „żywą maszynę”,
posługując się wystandaryzowany-mi fragmentawystandaryzowany-mi DNA tzw. BioBrics oraz narzędziami bioinformatyczny-mi i modelowaniem matematycznym. Dzięki temu realizują główny cel kon-kursu, jakim jest poszerzenie biblioteki BioBricks, zwanej Registry of Standard Biological Parts. Przez 10 lat trwania konkursu udało się w niej zgroma-dzić 9396 fragmentów DNA. Co ważne, są one dostępne dla każdego na podstawie wolnej licencji. Podczas zma-gań uczestnicy (obecnie przede wszystkim studenci) mają okazję rozwijać swoją kreatywność i umiejętności planowania projektu naukowego i współpracy w gru-pie. To również doskonała okazja, by wymienić swoje doświadczenia z młodymi naukowcami z całego świata. Konkurs promuje także idee standaryzacji i inżynieryj-nego podejścia w biologii.
Ze względu na lawinowy wzrost zainteresowania konkursem zmagania składają się w tym roku z dwóch etapów tzw. Jamboree – regionalnego w Lyonie i świa-towego w Bostonie. Od tego roku są również trzy kate-gorie, w których można startować: dla liceów, studen-tów i przedsiębiorców.
Najstarsza Polska drużyna
Drużyna Uniwersytetu iGEM Warsaw Team po-wstała na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszaw-skiego w 2008 r. Dotąd zdobyła jeden złoty medal, dwa srebrne i dwa brązowe. W tym roku w ramach pro-jektu FluoSafe – acrylamide sensor chcą przygotować świecący bakteryjny sensor wykrywający rakotwórczy akryloamid – związek, który powstaje m.in. podczas obróbki termicznej mięsa i słodyczy. Pracę rozpoczę-li już w rozpoczę-listopadzie, ponieważ pracy jest dużo. Oprócz pomysłu na innowacyjne zastosowanie technik biologii syntetycznej oceniane jest wiele dodatkowych
elemen-tów. Wizytówką drużyny jest Wiki, na której należy regularnie umieszczać informacje m.in. o wynikach eksperymentów, przestrzeganiu zasad bezpieczeństwa, stworzonym oprogramowaniu czy społecznym oddzia-ływaniu projektu – Human Practice.
W tym roku zespół tworzy ponad 20 osób: oprócz biotechnologów są w nim studenci informatyki, neuro-informatyki, bioinformatyki i biologii systemów oraz Międzyobszarowych Indywidualnych Studiów Mate-matyczno-Przyrodniczych. Instruktorami są w tym roku prof. dr hab. Jacek Bielecki i dr Radosław Sta-chowiak z Instytutu Mikrobiologii, dr Takao Ishikawa z Instytutu Biochemii, dr Roman Szczęsny i mgr Jakub Piątkowski z Instytut Genetyki i Biotechnologii.
Czym jest akryloamid?
„Założenia konkursu są takie, aby przygotowywane projekty przyczyniały się do poprawy jakości życia na świecie. Chcemy, żeby po zakończeniu konkursu mogli z niego korzystać inni ludzie, nie tylko naukowcy i to dlatego postanowiliśmy stworzyć bakteryjny sensor wykrywający akryloamid” – powiedziała PAP członki-ni zespołu Anna Kotrys.
W opisie projektu iGEM Warsaw Team na ich stro-nie można przeczytać, że:
(...) akryloamid to niskocząsteczkowy heterocykliczny zwią-zek aromatyczny, który jest kancerogenem i neurotoksyną. W warunkach normalnych występuje jako biała, bezwon-na substancja krystaliczbezwon-na. Jest polarny bardzo dobrze rozpuszczalny zarówno w wodzie, metanolu czy etanolu. Jest bardzo reaktywnym związkiem organicznym posia-dającym w swojej budowie sprzężone wiązanie podwójne oraz fragment amidowy. Akryloamid tworzy się w reakcji pomiędzy asparaginą i cukrami redukującymi (np.: glukoza czy laktoza) w wyniku tzw. reakcji Maillarda towarzyszącej reakcji karmelizacji powyżej 120⁰C. Z tego powodu wystę-puje w dużych ilościach w żywności poddanej długotrwałej obróbce termicznej. Najwięcej akrylamidu jest w chipsach
Biologiczne klocki LEGO kontra rakotwórczy akryloamid | Aleksandra Bartosik | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013
107
KR
Ó
TK
O
NA
UK
A
SZK
OŁA
EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | ebis@ibe.edu.pl | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013
ziemniaczanych (16–30%), chrupkach ziemniaczanych (6–46%), kawie (13–39%), ciastach, ciastkach i herbatni-kach (10–20%) oraz w pieczywie (10–30%). Duża ilość tego związku znajduje się także w smażonym mięsie i dymie pa-pierosowym. Przyczynia się on do występowania m.in. no-wotworów przewodu pokarmowego oraz uszkadza układ nerwowy.
Bakteryjny sensor
Studenci zamierzają tak zmodyfikować bakterię
E.coli, by produkowała ludzką hemoglobinę, choć
natu-ralnie nie ma takich właściwości.
Toksyczny akryloamid podłącza się podjednostek α- i β-hemoglobiny, przez co w obecności fluoryzują-cego białka GFP (które również wiąże się w tym miej-scu, lecz ma mniejsze powinowactwo do hemoglobiny) powoduje spadek jego świecenia. Dzięki temu młodzi naukowcy oszacują stężenia akryloamidu na podstawie obserwacji zmian na-tężenia fluorescencji. Aby zdolność zmo-dyfikowanych przez nich bakterii do wy-krywania akryloami- du można było bez-pośrednio przenieść na szkodliwy wpływ na komórki ludzkie przeprowadzone zostaną testy, m.in. na ludzkich komórkach HEK 293. Za pomocą mi-kroskopii świetlnej oraz konfokalnej zostaną ocenione zmiany w morfologii komórek. Studenci zamierzają też przeprowadzić testy aktywności reduktaz mitochon-drialnych prowadzących w żywych i sprawnych meta-bolicznie komórkach. Następnie za pomocą narzędzi bioinformatycznych stworzony zostanie program prze-liczający intensywność świecenia bakterii na cytotok-syczny wpływ na ludzkie komórki.
Wakacje w laboratorium
Wraz z końcem sesji w czerwcu studenci rozpoczę-li prace w trzech laboratoriach: mikrobiologicznym w Instytucie Mikrobiologii w Zakładzie Mikrobiologii Stosowanej, w genetycznym i w komórkowym w Insty-tucie Genetyki i Biotechnologii. „Teraz mamy cztery linie komórkowe. Obrazujemy jak akryloamid wpływa na mózg, na wątrobę, nerki i na kości. Badamy stęże-nia akryloamidu i sprawdzamy, jak one oddziałują na linie komórkowe, wyprowadzone tkanek tworzących powyższe narządy” – powiedziała Anna Kotrys.
Ponadto udało im się zmodyfikować GFP, tak aby oprócz zielonej świeciło w trzech dodatkowych bar-wach m.in. na sinoniebiesko. Wiele projektów, które na-rodziły się podczas konkursu iGEM rozwija się potem jako niezależne startupy, na co zresztą liczą jego orga-nizatorzy. Przykładowo drużyna z Cambridge rozwija idee świecących drzew i zbiera na ten cel fundusze przez crowdfundingowy portal Kickstarter.
Biologia syntetyczna i bezpieczeństwo
Kolejny element projektu to Human Practice. Jej ce-lem jest budowanie dialogu między naukowcami i spo-łeczeństwem oraz popularyzacja idei biologii syntetycz-nej. W tym roku warszawska drużyna położyła nacisk na kwestię biobezpieczeństwa i zwiększania społecznej świadomości roli jaką produkty inżynierii genetycznej odgrywają w medycynie, w przemyśle i w życiu co-dziennym. Studenci starali się dotrzeć przede wszyst-kim ludzi młodych, by w przyszłości mogli świadomie korzystać i decydować o wprowadzaniu pomysłów bio-inżynierów w życie. Warsaw iGEM Team można było spotkać podczas Nocy Biologów na Wydziale Biologii UW, na Pikniku Naukowym Polskiego Radia czy w cza-sie Festiwalu Nauki. Pod patronatem Państwowego
Wy-dawnictwa Naukowego napisali i zredagowali książkę elektroniczą pt.: „Geny i Maszyny. Opowieść o biologii syntetycznej”, do-stępną od września na platformie ibuk. pl i rozprowadzoną wśród polskich lice-alistów na początku roku szkolnego. Aby jeszcze lepiej poznać opinię
społeczeń-stwa na temat m.in. organizmów modyfikowanych ge-netycznie, patentowania genów czy bezpieczeństwa w bio-technologii na ulicach Warszawy nakręcili reportaż, który również można było obejrzeć na ich kanale na Youtube i profilu na Facebooku. Stworzyli także przeglądowe info-grafiki m.in. na temat konkursu iGEM, rozwoju biologii syntetycznej i biobezpieczeństwa.
