planet-alien-sky-2038604.jpg

Grootse dingen met kleine beestjes: terraforming van exoplaneten

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. Micro-organismen hebben de aarde als het ware geterravormd, ofwel de atmosfeer en het klimaat aangepast met als resultaat de levendige planeet zoals we ze nu kennen.

SynBioBe Background 4.jpg

Na het ontdekken van een ander planetenstelsel, genaamd starGEM, heeft de mensheid beslist haar exoplaneten te koloniseren. Het planetenstelsel heeft 2 zonnen waar 5 planeten rond draaien. Door het effect van de 2 sterren zijn de banen van de planeten anders dan in ons zonnestelsel, wat zich uit 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 ons via de "upload-knop" en maak kans op een prijs! Vergeet je naam, klas en e-mailadres niet in te vullen.

SynBioBe Background 1.jpg

Het virtueel laboratorium

FILMPJE

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

Hier kan je een complete uitleg over de werking van CRISPR vinden.

 

1. Voorbereiden van de basisorganismen

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 structuur als de aarde, maar al het water is bevroren. De temperatuur varieert tussen -4 °C en 0 °C . In holtes in het ijs zit koolstofdioxide opgesloten. De planeet heeft een erg dunne atmosfeer bestaande uit kleine hoeveelheden koolstofdioxidegas en waterstofgas. 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 ammoniumreserves domineren de bodem van de ijsoceanen, waar de pH 11 bedraagt. Op de oppervlakte zitten meren van ammonium met een pH-waarde van 10.

Untitled-3.png

starGEM IV

De atmosfeer van Stargem IV bevat grotendeels koolstofdioxidegas en kleine hoeveelheden zuurstofgas. De kern van Stargem IV is actief en genereert een sterk magnetisch veld. De oppervlakte bestaat 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 watergeiser uit zal barsten. De temperatuur op Stargem IV is tussen de 60 °C en 65 °C. 

SynBioBe Background 5.jpg

Organismen ter beschikking

De organismen die ter beschikking zijn kan je hieronder zien door op de knoppen "basisorganismen" en "genetische modificaties" te klikken. De basisorganismen hebben een bepaald metabolisme en kunnen genetisch gemodificeerd worden via hypothetische gennetwerken. Deze hypothetische gennetwerken kunnen direct in de basisorganismen 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. Deze zetten ze om naar zuurstof en organische moleculen.

-3 niveau koolstofdioxide

+3 niveau zuurstof


Optimale pH: 7

Groeitemperatuur: 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

Groeitemperatuur: 20-30 °C

Planctomycetes
Metabolisme

Planctomycetes zet ammonium om in stikstof en water.

-7 niveau ammonium

+7 niveau stikstof

Optimale pH: 7

Groeitemperatuur: 20-30 °C

Acidithiobacillus
Metabolisme

Oxideert ijzer en pyriet. Deze bacterie wordt gebruikt in de biohydrometallurgie, o.a. bij biomining.

-1 niveau zuurstof

Optimale pH: 2.5

Groeitemperatuur: 25-35 °C

Nitrospira
Metabolisme

Nitrospira zet ammonium en zuurstof om naar nitraat.

-1 niveau ammonium

-1 niveau zuurstof

+1 niveau nitraat


Optimale pH: 7

Groeitemperatuur: 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

Groeitemperatuur: 25-40 °C

Pyrolobus Fumarii
Afbeelding1.png
Super-thermoresistent
Speciale celwand van tetramerische proteïnecomplexen kan temperaturen tot 113 °C weerstaan. Deze eigenschap zorgt ervoor dat P. Fumari “bevriest” bij temperaturen < 60 °C.
Hypothetisch gennetwerk
iGEN-h33D
Euplotes Focardii
bacteria-3662695_1920.jpg
Super-cryoresistent
Euplotes Focardii produceert een speciaal ijsbindingsproteïne 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 de 2 °C. 
Hypothetisch gennetwerk
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 bacteriële vorm. 
Hypothetisch gennetwerk
iGEN-S1aPw31
Deinococcus radiodurans
bacteria-106583_1920.jpg
Radiatie-resistent
Naast het maken van verschillende moleculen die de proteïnes beschermen tegen radiatie, heeft D. Radiodurans een methode om haar DNA extreem snel te kunnen repareren na beschadiging door radiatie.
Hypothetisch gennetwerk
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 proteïnes worden ook wel “uitwisselaars” genoemd.

Hypothetisch gennetwerk
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 zoutvormende ionen erin. Deze proteïnen worden ook wel “uitwisselaars” genoemd.
Hypothetisch gennetwerk
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 gennetwerk
iGEN-W4Rm
Listeria monocytogenes
Cryo-resistent
Mechanismen binnen deze eigenschap zorgen ervoor dat het organisme groeit bij een temperatuur van 4 °C tot 20 °C.
Hypothetisch gennetwerk
iGEN-K0uD