15 Bioengineering-afstudeerprojecten

Tijdens BioDate 2018 op 27 maart hebben 45 PI's elkaar ontmoet en mogelijkheden voor samenwerking besproken. Deze sessie leverde vijftien interdisciplinaire afstudeerprojecten op. Hieronder vind je de beschrijving van de projecten. 

Designtoepassingen voor biomateriaal

Dr. Marie-Eve Aubin-Tam van de TNW-afdeling Bionanoscience ontwikkelt een parelmoerachtig biomateriaal met behulp van de bacteriënstammen S. pasteurii en Bacillus licheniformis. Bij de faculteit IO is dr. Elvin Karana een van de bedenkers van Material Driven Design: een methode om nieuwe materialen verder te ontwikkelen en toepassingen ervoor te vinden. In dit BioDate-afstudeerproject gaat een IO-student onderzoeken wat het potentieel is van door bacteriën gemaakte, parelmoerachtige coatings voor designtoepassingen.

Adaptive resilience: Towards consumer products which can become tougher and stiffer in use through bacterial coatings
PI’s: Elvin Karana (IO) en Marie-Eve Aubin-Tam (TNW-BN)

Wat maakt micro-organismen zo robuust?

Terwijl er in en om micro-organismen van alles verandert, blijven belangrijke eigenschappen zoals hun energy charge nagenoeg constant. Een duo van een Life Science & Technology-student (TNW) en een student Systems and Control (3mE) gaat onderzoeken welke structuren en mechanismen micro-organismen zo robuust maken. De studenten combineren in het project theoretische en experimentele benaderingen: bij LST wordt gemodelleerd en het model gevalideerd, Systems and Control biedt unieke wiskundige methoden voor het analyseren van dynamische systemen. 

Robustness by design? Structural analysis of dynamic metabolic models
PI’s: Giulia Giordano (3mE) en Aljoscha Wahl (TNW-BT)
Student (LST): Lotte de Graaf

Wat kunnen we van lichen leren?

Lichen of korstmos kan extreme droogte overleven. Hoe het dat precies doet is onbekend, omdat er geen goede technieken zijn om lichendynamiek op microscopische schaal te bestuderen. Voor dit afstudeerproject brengt een masterstudent Chemical Engineering de watertransportdynamiek van lichen in kaart met behulp van een bio-microfluïdische chip die ontwikkeld werd in het lab van Pouyan Boukany. De lichen zijn afkomstig van het lab van Marie-claire ten Veldhuis van CiTG. Vervolgens ontwerpt de student een modelsysteem voor bio-geïnspireerde structuren voor watermanagement. 

Exploring microfluidics to model bio-inspired architecture: Learning from lichen survival
PI’s: Marie-claire ten Veldhuis (CiTG) en Pouyan Boukany (TNW-ChemE)
Student: Tim de Bruijn

Details van celdeling in kaart

Hoe kan het dat tijdens celdeling van bacteriën de membraansynthese ineens twee keer zo snel gaat? Greg Bokinsky (TNW-BN) denkt dat het te maken heeft met waar de enzymen die dat proces in gang zetten zich bevinden. Carlas Smith (3mE) heeft de kennis in huis voor levende-celmicroscopie en superresolutie-imaging die nodig is om zichtbaar te maken wat er precies gebeurt in de cel. Margot Guurink gaat in het Greg Bokinsky-lab E.coli-stammen maken waarin de enzymen die met membraansynthese te maken hebben gemarkeerd zijn, om ze vervolgens in het lab van Carlas Smith tijdens het celdelingsproces te volgen. 

Squeezing the tube: does enzyme localization accelerate membrane synthesis during division?
PI’s: Greg Bokinsky (TNW-BN) en Carlas Smith (3mE)
Student: Margot Guurink

Rekenmodellen om kankerbehandeling te verbeteren

Kankerpatiënten worden vaak behandeld met chemotherapie of bestraling, of een combinatie daarvan. Voor bestralingsbehandelingen worden al geavanceerde rekenmodellen en algoritmen ingezet om te zorgen dat de bestraling een maximaal effect heeft, terwijl de gezonde weefsels zo veel mogelijk gespaard worden. Het inzetten van rekenkracht om chemotherapie en gecombineerde behandelingen zo goed mogelijk te maken is nog een relatief onbekend terrein. In dit afstudeerproject gaat een student met dit onderwerp aan de slag. 

Optimal control of combined chemo-radiation therapy treatments for improving cancer care
PI’s: Zoltán Perkό (TNW-RST) en Giulia Giordano (3mE)
Student: Ghiline van Furth

Briljante biosensoren

Elektrochemische biosensoren zijn belangrijke meetinstrumenten voor de detectie van biomoleculen, bijvoorbeeld voor het opsporen van bacteriële infecties in bloed. Het materiaal waarvan de elektroden gemaakt zijn is cruciaal voor de kwaliteit van de biosensor, omdat het onder meer de meetgevoeligheid en productiekosten bepaalt. Ivan Buijnsters (3mE) en Duncan McMillan (TNW-BT) denken dat boron-doped diamond (BDD) heel geschikt is om in biosensoren toe te passen. In dit afstudeerproject gaat een student een prototype ontwikkelen van een biosensorchip met BDD-elektrodes, deze uitgebreid karakteriseren en toepassen op bioelektrochemische reacties. 

Brilliant biosensors
PI’s: Duncan McMillan (TNW-BT) en Ivan Buijnsters (3mE)

Een nieuwe bestralingsmethode testen

Een van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van kankerbehandeling is flash-radiotherapie: een hoge dosis bestraling in korte tijd. Het ziet ernaar uit dat dit een effectieve manier is om kankercellen te vernietigen, terwijl de omliggende gezonde weefsels minder schade lijden. De methode moet echter nog uitgebreid worden onderzocht. In dit afstudeerproject gebruikt een student zebravislarven om het effect van verschillende stralingsdoseringen te vergelijken. 

In-vivo efficacy study of ultrahigh dose-rate FLASH irradiation in zebrafish
PI’s: Elizabeth Carroll (TNW-ImPhys) en Zoltán Perkό (TNW-RST)

Water zuiveren met diamantelektroden gemaakt van biogas

Diamantelektroden kunnen gebruikt worden om verontreinigingen uit water te verwijderen. In dit afstudeerproject gaat een student onderzoeken of diamantelektroden met biogas gemaakt kunnen worden, en hoe geschikt deze elektroden zijn voor drinkwaterproductie. Ivan Buijnsters (3mE) doet onderzoek aan diamant-engineering, Ralph Lindeboom (CiTG) richt zich op het winnen van bruikbare stoffen (zoals drinkwater) uit afvalstromen op extreme plekken, bijvoorbeeld in de ruimte. 

Production of diamond electrodes from biomethane for efficient drinking water treatment
PI’s: Ivan Buijnsters (3mE) en Ralph Lindeboom (CiTG)

Grondstoffen uit water winnen met biokristallisatie

Biokristallisatie is een methode waarbij componenten uit water worden teruggewonnen doordat bacteriën er kristallen van maken, die vervolgens ‘geoogst’ kunnen worden. Burak Eral (3mE) en Ralph Lindeboom (CiTG) denken dat non-photochemical laser induced nucleation (NPLIN) bij dat proces kan helpen, omdat die techniek ze meer controle geeft over de kristalvorming. In dit afstudeerproject gaat een student aan de slag met laseropstellingen bij 3mE en bioreactoren bij CiTG om meer inzicht te krijgen in de mogelijkheden van deze waterzuiveringstechniek. 

Non-photochemical laser-induced nucleation to enhance nutrient recovery in bioreactors
PI’s: Burak Eral (3mE) en Ralph Lindeboom (CiTG)
Student: Alexandru Borcan

Arseengehalte bepalen van rijstproducten en afvalwater

Arseen is een metaal dat van nature aanwezig is in grond en grondwater. Voor het telen van rijst wordt veel water gebruikt en rijst neemt het arseen uit de grond en het water goed op. Het consumeren van te veel arseen kan schadelijk zijn voor de gezondheid. Voor dit afstudeerproject gaan twee studenten onderzoek doen naar het arseengehalte in rijstgerechten en afvalwater van restaurants in Nederland. Voor de rijstgerechten gebruiken ze een techniek waarmee lage concentraties metalen in grote samples gemeten kunnen worden; het afvalwater gaan ze onderzoeken met behulp van massaspectrometrie.

Arsenic in rice products and waste materials in Chinese-Indonesian restaurants in the Netherlands
PI’s: Albert van de Wiel (TNW-RST) en Doris van Halem (CiTG)

Inzicht in eiwitsynthese van gist

Het aanmaken van eiwitten in een cel gebeurt in verschillende stappen. Eerst wordt in de celkern het DNA gekopieerd naar mRNA (transcriptie), daarna vertalen ribosomen het mRNA in aminozuurvolgorden (translatie). Na de translatiefase vinden er nog veranderingen plaats aan de eiwitten, de zogeheten post-translational modifications. Het doel van dit afstudeerproject is om meer inzicht te krijgen in deze aanpassingen, en daarmee in de eiwittendynamiek van gistcellen. Een student biotechnologie gaat gistgroeiexperimenten uitvoeren met behulp van massaspectrometrie, een informaticastudent voert computeranalyses uit met behulp van geavanceerde algoritmes.

Unravelling proteome-wide post-translational modification networks in yeast by advanced proteomics and temporal multi-way clustering
PI’s: Joana Gonçalves (EWI) en Martin Pabst (TNW-BT)

Bioinformatica voor betere biobrandstofproductie

Wetenschappers die een micro-organisme als fabriekje gebruiken om chemicaliën te produceren, lopen vaak tegen het probleem aan dat dat organisme niet precies die eiwitten maakt die enzymen nodig hebben om goed te kunnen werken. Bovendien is het lastig om te bepalen welke eiwitten dat precies zijn. In dit afstudeerproject gaat een student homology searches inzetten om dit fundamentele probleem in de synthetische biologie verder te onderzoeken. Het doel ervan is het identificeren van de elektron-dragende eiwitten die het enzym IspG in de E.coli-bacterie kunnen activeren, wat nodig is voor de productie van de biobrandstof-voorloper bisabolene.

Finding needles in genomic haystacks: identification of electron carrier proteins for use in redox-dependent biofuel synthesis pathways
PI’s: Greg Bokinsky (TNW-BN) en Thomas Abeel (EWI)
Student: Rita Manuel

Hoe werkt elektroporatie?

Het veilig en efficiënt inbrengen van DNA in cellen is een belangrijke stap in bijvoorbeeld DNA-vaccinatie en gentherapie bij kankerbehandeling. Elektroporatie is een techniek waarmee dat kan: door de cel een pulsje te geven ontstaan er tijdelijke poriën in het celmembraan, daar kunnen stoffen doorheen getransporteerd worden. Van dit mechanisme is nog veel onbekend. In dit afstudeerproject gaat een student chemical of mechanical engineering een device ontwikkelen dat modellen van het celmembraan produceert, zodat elektroporatie bestudeerd kan worden. 

Unravelling the dynamics of DNA transport through single electro-pore using micro-fluidic AFM
PI’s: Murali Ghatkesar (3mE) en Pouyan Boukany (TNW-ChemE)
Student: Narayani Deshpande

Het afweersysteem van cellen in beeld

Onze cellen hebben een ingenieus afweersysteem om zich te beschermen tegen binnendringende ziekteverwekkers. Belangrijke enzymen die daarbij een rol spelen zijn IAG’s: immunity-associated GTPases. Ziekteverwekkende bacteriën, virussen en parasieten kunnen zich verstoppen in lege holtes in de cel. IAG’s maken de wanden van die holtes doorlaatbaar, waardoor de ziekteverwekkers binnen bereik komen van ziektebestrijders. Er is nog weinig bekend over hoe IAG’s hun werk precies doen. In dit afstudeerproject gaat een student geavanceerde microscopietechnieken gebruiken om het werkingsmechanisme van IAG’s inzichtelijk te maken. 

Cellular self-defense monitored one molecule at a time
PI’s: Arjen Jakobi (TNW-BN) en Carlas Smith (3mE)
Student: Aurora Russo

Nieuwe bacteriofagen ontdekken

Bacteriofagen zijn de natuurlijke vijanden van bacteriën, en daarmee mogelijk een antwoord op de toenemende antibioticaresistentie van kwaadaardige bacteriën. Een van de grote uitdagingen in het fagenonderzoek is het identificeren van nieuwe fagen in milieumonsters en het bepalen hoe geschikt ze zijn voor therapeutische toepassing tegen een bepaalde bacterie. In dit afstudeerproject worden nanopore-gebaseerde DNA-sequencingtechnologie en bioinformatica gebruikt om de individuele faaggenomen uit biologische samples te reconstrueren, samen met de genomen van de bacteriën waarmee ze voorkomen. 

Phage DNA sequencing and genome assembly
PI’s: Thomas Abeel (EWI) en Stan Brouns (TNW-BN)
Student: Ekaterina Deyneka