planet-alien-sky-2038604.jpg

Het genetisch modificeren van micro-organismen om exoplaneten te terravormen

SynBioBe Background 1.jpg

Introductie

Untitled-3.png
Prest2.png
cell 4.png

geologische veranderingen

+

Lang geleden was de aarde zelf niet vatbaar voor het leven zoals we nu kennen. De huidige atmosfeer van de aarde is voornamelijk gevormd door micro-organismen en geologische veranderingen. In dit opzicht hebben micro-organismen de aarde geterravormd. Terravormen is het aanpassen van de atmosfeer en het klimaat van een planeet met als resultaat de leefomstandigheden zoals we ze nu kennen te bereiken.

SynBioBe Background 4.jpg

Na het ontdekken van een ander planetenstelsel, genaamd starGEM, heeft de mensheid beslist haar exoplaneten te koloniseren. Het planetenstelsel heeft 3 zonnen waar 5 planeten rond draaien. Door het effect van de 2 sterren zijn de banen van de planeten anders dan dat wij in ons planetenstelsel gewoon zijn. Dit effect uit zich in abnormale leefomstandigheden op deze planeten. De mensheid heeft beslist om 2 van de 5 planeten te terravormen.

rocket_edited.png
SynBioBe Background 2.jpg

De opdracht

Select File

Het is jouw taak om veelzijdige micro-organismen te ontwikkelen die kunnen overleven op de planeten en deze kunnen terravormen. Daarvoor maak je gebruik van het virtueel laboratorium, de info over de planeten en organismen en de bijvragen die je hieronder kunt vinden. Gebruik de powerpoint template om een stappenplan te maken, wees creatief, stuur hem naar ons via de "upload knop" en maak kans op een prijs! Vergeet je naam, klas en email-adres niet in te vullen.

SynBioBe Background 1.jpg

Het virtueel laboratorium

FILMPJE

Bekijk het filmpje om uitleg te krijgen over begrippen en technieken.

 

1. Voorbereiden van de basis organismen

Voedingsbodem%20maken_edited.jpg

Stap X: Aanmaken van voedingsbodem​
 

  • Het groeimedium wordt steriel aangemaakt zodat er geen contaminatie van ongewenste micro-organismen in aanwezig is​

  • Het groeimedium bevat voedsel voor de cellen (suikers, zouten, ...), wat afhankelijk kan zijn van de specifieke cel, en bindmiddel (agar).​

  • Een steriele petrischaal wordt in een steriele omgeving gevuld met het groeimedium​

  • De agar zal in de petrischaal stollen na een tijdje en vormt zo een vaste bodem waarop de cellen geplaatst kunnen worden om te groeien​

 

2. Voorbereiden van de genetische modificaties

Elektroporatie_edited.jpg

Stap X: Het plasmide in de cellen brengen

  • Eens het plasmide beschikbaar is met het Cas-gen, het ontworpen gRNA en het gewenste nieuwe gen, kan dit plasmide in de cellen gebrachten worden 

  • DNA-moleculen kunnen in cellen gebracht worden via een proces dat 'elektroporatie' heet. Hierbij worden m.b.v. elektriciteit kleine openingen in de celmembraan geïnduceerd waardoor het plasmide de cel kan binnendringen

 

3. Genetische modificatie van de basis organismen en controle

Stap X: Controleren of het CRISPR experiment het gen heeft kunnen toevoegen aan het genoom
 

  • Na het uitvoeren van een experiment moet altijd gecontroleerd worden of het wel degelijk gelukt is

  • Verschillende controles kunnen worden uitgevoerd om te kijken of een gen aanwezig is in het genoom

  • Een PCR kan worden uitgevoerd waarbij m.b.v. fluorescentie wordt nagegaan of een gen aanwezig is

  • Een ander voorbeeld is een gel-elektroforese waarbij verschillende genen gescheiden worden van elkaar en de aanwezigheid van een gewenst gen gecontroleerd kan worden

SynBioBe Background 4.jpg

De planeten

cold.png

starGEM I

De planeet heeft ongeveer dezelfde topologie als de aarde, maar al het water is bevroren. De temperatuur varieert tussen -4 en 0 graden celcius. In holtes in het ijs zitten koolstofdioxide opgesloten. De planeet heeft een erg dunne atmosfeer bestaande uit kleine hoeveelheden koolstofdioxide en waterstof. De kern van de planeet is niet actief genoeg om straling van de 2 zonnen tegen te houden waardoor er hoge, gevaarlijke radiatie is aan de oppervlakte. Enorme ammonium reserven domineren de bodem van de ijs-oceanen, waar de PH 11 bedraagt. Op de oppervlakte zitten meren van ammonium, waar de PH 10 bedraagt.

Untitled-3.png

starGEM IV

De atmosfeer van Stargem IV bedraagt grotendeels koolstofdioxide en kleine hoeveelheden zuurstof. De kern van Stargem IV is actief en genereert een sterk magnetisch veld. De oppervlakte bestaat uit voornamelijk uit ijzer en pyriet en de PH bedraagt hier 7. In deze oppervlakte vindt men holtes van ammonium. Er is momenteel geen water op de oppervlakte, maar wetenschappelijke voorspellingen geven aan dat 9000 jaar na aankomst van de terravormings - organismen een gigantische water gijser uit gaat barsten. De temperatuur op Stargem IV is tussen de 60 en 65 graden celcius. 

SynBioBe Background 5.jpg

Organismen ter beschikking

De organismen die ter beschikking zijn kan je hieronder zien door op de knoppen "basis organismen" en "Genetische modificaties" te klikken. De basis organismen hebben een bepaald metabolisme en kunnen genetisch gemodificeerd worden via hypothetische gen netwerken. Deze hypothetische gen netwerken kunnen direct in de basis organismen geïmplementeerd worden via CRISPR en zorgen ervoor dat het basisorganisme de gerelateerde eigenschap krijgt.

Cyanobacterie
Metabolisme

Cyanobacteriën doen aan fotosynthese bij daglicht. Zij gebruiken licht, koolstofdioxide en water en zetten dit om naar zuurstof en organische moleculen.

-3 niveau koolstofdioxide

+3 niveau zuurstof


Optimale PH: 7

groei temperatuur: 20-30 C

Methanosarcina barkeri
Metabolisme

M. barkeri  zet koolstofdioxide  en waterstof om naar methaan en water.

-1 niveau koolstofdioxide

+1 niveau methaan

Optimale PH: 7

groei temperatuur: 20-30 C

Planctomycetes
Metabolisme

Planctomycetes zet ammonium om in stikstof en water.

-7 niveau ammonium

+7 niveau stikstof

Optimale PH: 7

groei temperatuur: 20-30 C

Acidithiobacillus
Metabolisme

Oxideert ijzer en pyriet. Deze bacterie wordt gebruikt om te mijnen: biomining.

-1 niveau zuurstof

Optimale PH: 2.5

groei temperatuur: 25-35 C

Nitrospiria
Metabolisme

Nitrospiria zet ammonium en zuurstof om naar nitraat.

-1 niveau ammonium

-1 niveau zuurstof

+1 niveau nitraat


Optimale PH: 7

groei temperatuur: 20-40 C

Methanoperedens nitroreducens
Metabolisme

M. nitroreducens zet methaan en nitraat om naar koolstofdioxide, stikstof en water.

-1 niveau nitraat

-1 niveau methaan

+1 niveau koolstofdioxide

+1 niveau stikstof


Optimale PH: 7

groei temperatuur: 25-40 C

Pyrolobus Fumarii
Afbeelding1.png
Super-thermoresistent
Speciale celwand van tetramerische proteïne complexen kan temperaturen tot 113°C weerstaan. Deze eigenschap zorgt ervoor dat P. Fumari “bevriest” bij temperaturen < 60°C.
Hypothetisch gen netwerk
iGEN-h33D
Euplotes Focardii
bacteria-3662695_1920.jpg
Super-cryoresistent
Euplotes Focardii produceert een speciaal ijs-bindings proteïne dat de kristallisatie van water tegenhoudt bij koude temperaturen tot -5°C. Door complicaties kunnen gemodificeerde organismen met deze eigenschap niet overleven bij temperaturen boven 2 C. 
Hypothetisch gen netwerk
iGEN-BRrr
Bacillus Subtilis
bacteria-3658992_1920.jpg
Endospoor transformatie
Sommige microben kunnen zich transformeren tot endosporen. Deze endosporen zijn super-resistent tegen extreme temperaturen, radiatie, droogte en PH en kunnen tot meer dan 10.000 jaar overleven. Metabolisme is uitgeschakeld in deze toestand. Bij juiste omstandigheden transformeren de endosporen terug naar de actieve bacteriele vorm. 
Hypothetisch gen netwerk
iGEN-S1aPw31
Deinococcus radiodurans
bacteria-106583_1920.jpg
Radiatie-resistent
Naast het maken van verschillende moleculen die de proteïne beschermen tegen radiatie, heeft D. Radiodurans een methode om haar DNA extreem snel te kunnen repareren nadat het is beschadigd door radiatie.
Hypothetisch gen netwerk
iGEN-Al13N
Natronobacterium
bacteria-1832824_1280.png
Base-resistent

Speciale proteïnes in het membraan van deze bacterie maken het cytosol zuur wanneer de omgeving heel basisch is: ze duwen protonen in de cel en zout vormende ionen eruit. Deze proteïne worden ook wel “uitwisselaars” genoemd.

Hypothetisch gen netwerk
iGEN-Naw3G
Acidithiobacillus caldus
koli-bacteria-123081_1920.jpg
Zuur-resistent
Speciale proteïnes in het membraan van deze bacterie maken het cytosol basisch wanneer de omgeving heel zuur is: ze duwen protonen uit de cel en zout vormende ionen erin. Deze proteïnen worden ook wel “uitwisselaars” genoemd.
Hypothetisch gen netwerk
iGEN-C1tR03N
Helicobacter pylori
bacteria-67659_1920.jpg
Thermo-resistent
H. Pyroli produceert het HSP60 proteïne, oftewel het "heat shock protein". Dit proteïne beschermt andere proteïnes tegen een temperatuurstijging van ongeveer 25°C.
Hypothetisch gen netwerk
iGEN-W4Rm
Listeria monocytogenes
Cryo-resistent
Mechanisme binnen deze eigenschap zorgen ervoor dat het organisme groeit bij een temperatuur van 4 tot 20 C.
Hypothetisch gen netwerk
iGEN-K0uD