Een krekel die antibiotica resistentie opspoort

Over een paar weken reist een team van 13 studenten van de Rijksuniversiteit Groningen naar Parijs. Van 28 tot en met 31 oktober tijdens de Grand Jamboree van de iGEM-wedstrijd presenteren zij ‘CRIKIT’, een draagbare kit waarmee iedereen antibioticaresistentie bij bacteriën sneller en goedkoper kan opsporen.

Science LinX | Tekst: Myrna Kooij | Afbeeldingen: CRIKIT

Antibioticaresistentie is wereldwijd een groeiende bedreiging voor de volksgezondheid. De Wereldgezondheidsorganisatie waarschuwde onlangs dat hierdoor eenvoudige bacteriële infecties zoals longontsteking, moeilijker te behandelen worden. Wanneer bacteriën herhaaldelijk zijn blootgesteld aan antibiotica passen ze zich aan, waardoor medicijnen die voorheen effectief waren nu nutteloos zijn. Het vaststellen van resistentie kan nu dagen in beslag nemen en vereist vaak dure laboratoriumapparatuur. Het iGEM-team van de Rijksuniversiteit Groningen heeft hiervoor een oplossing gevonden.

RNA knippen

De CRIKIT werkt met CRISPR Cas13-technologie, die zich richt op het RNA van antibioticaresistente bacteriën. Teamlid Mihai Frăcea legt uit: “Je kunt Cas13 zien als een schaar met een GPS. Het Cas13-enzym is de schaar; het knipt en geeft ons ook een fluorescerend signaal." Dit lichtsignaal geeft aan wanneer antibioticaresistentie wordt gedetecteerd. 

Maar de schaar heeft aanwijzingen nodig om te weten waar hij moet knippen. Daarvoor is een ‘guide-RNA’ (gRNA), ook wel ‘spacer’ genoemd, nodig. Frăcea vervolgt: “De spacer is de GPS. Hij vertelt de schaar waar die heen moet.” 

Door andere soorten spacers te gebruiken, kan de CRIKIT verschillende resistentiegenen detecteren. “De kit is verder ongewijzigd, de spacer is het enige onderdeel dat je moet aanpassen op basis van lokale problemen”, legt Frăcea uit. Want de resistentiegenen kunnen variëren in verschillende regio’s. Frăcea geeft een voorbeeld: “De infecties die in Nederland voorkomen, zijn misschien niet dezelfde als in Brazilië en misschien ook niet dezelfde als in Zuidoost-Azië.” Frăcea voegt toe: “Je moet je test dus heel gemakkelijk kunnen aanpassen aan die omstandigheden, en dat kan met onze test.”

Snelheid is essentieel

In het ziekenhuis is tijd van essentieel belang voor patiënten in kritieke toestand. Frăcea: "We hebben met een arts gesproken die een geval had waarbij iemand binnen twee dagen aan longontsteking overleed. Ik had niet gedacht dat je in 2025 nog aan longontsteking kon overlijden. Maar het was een zeer resistente ziekteverwekker." Frăcea benadrukt dat de tests waar artsen momenteel mee werken traag zijn. “Je moet eigenlijk extreem snel testen, indien mogelijk binnen 24 uur”, zegt Frăcea. “En soms heb je niet eens 24 uur.” Daarom is snelheid het belangrijkste kenmerk van de detectiekit. Hun huidige inschatting is dat hun kit ongeveer 2 uur nodig heeft, maar ze werken hard om hem nog sneller te maken.

Een betaalbare en draagbare kit

Naast tijdwinst streeft het team ernaar om hun ontwerp voor iedereen beschikbaar te maken. “Het detecteren van fluorescentie is in de meeste gevallen erg duur”, legt Frăcea uit. Hij schat dat plaatlezers tot wel een miljoen euro kunnen kosten. “Het is een enorme doos en hij is erg zwaar. Je kunt hem dus niet echt meenemen en verplaatsen, en hij is niet echt inzetbaar in het veld.” 

Om dat probleem op te lossen, besloot het team om hun eigen versie van een plaatlezer te bouwen. Met trots schrijft Frăcea het ontwerp van de hardware van CRIKIT toe aan teamlid Dilara Yigit. “Het is gewoon een doos waarin je je monsters stopt, en hij is 3D-geprint, dus vrij goedkoop”, zegt Frăcea. “Het is in feite een plaatlezer die in plaats van een miljoen maar een paar honderd euro kost. En je kunt hem zelfs hergebruiken.”

De plaatlezer is klein van ontwerp, maar zit boordevol snufjes. Hij maakt gebruik van enkele eenvoudige ledlampjes, fotosensoren en filters om de fluorescentie te meten. Daarnaast is het kastje uitgerust met bluetooth en wifi om de meetresultaten naar een computer te sturen. Daar analyseert de eigen software van het team de gegevens en geeft een overzicht van de genen van de bacteriële infectie van de patient die resistent zijn tegen antibiotica.“In plaats van gebruik te maken van dure apparatuur die erg zwaar en moeilijk te verplaatsen is, heb je alleen deze kleine zwarte doos waarin je de monsters plaatst”, illustreert Frăcea.

Van gezondheidszorg tot landbouw

Hoewel het team zich momenteel richt op antibioticaresistentie, kan het basisontwerp van CRIKIT (het detecteren van genetisch materiaal) ook voor andere doeleinden buiten de gezondheidszorg worden gebruikt. “Onze kit kan heel gemakkelijk worden aangepast voor bijvoorbeeld de landbouw”, stelt Frăcea. “We kunnen bijvoorbeeld gemakkelijk infecties of bacteriën detecteren die gewassen aantasten. Ook in de landbouw hebben ze namelijk te maken met antibioticaresistentie, zowel bij gewassen als bij koeien en veevoer.” Het team heeft al een aardappelveredelingsbedrijf benaderd voor een samenwerking.

Samen sterk

Het CRIKIT-team begon al in februari samen aan hun project te werken. “Het was gewoon prachtig om te zien hoe iedereen zijn eigen inbreng in het project had”, herinnert Frăcea zich. “Ik zou onze brainstormvergaderingen omschrijven als een heleboel aha-momenten.” Frăcea's belangrijkste les? “We kunnen veel meer dan we dachten dat we konden als masterstudenten, wat erg bemoedigend is. En dat we daadwerkelijk resultaten kunnen boeken met voldoende planning en constant werk.”

Wil je de reis van het team volgen? Volg het CRIKIT-team dan op Instagram of LinkedIn en bekijk hun hele project op hun iGEM-wikipagina.

De International Genetically Engineered Machine (iGEM) Competition is een jaarlijks evenement waarbij studenten van over de hele wereld worden uitgedaagd om een probleem uit te praktijk op te lossen door een micro-organisme genetisch te manipuleren. Elk jaar neemt een team van de Rijksuniversiteit Groningen deel aan de competitie.