Biotechnology

Innovation is crucial to fulfil the potential of industrial biotechnology for sustainable production of fuels, chemicals, materials, food and feed. Similarly, scientific and technological advances in environmental biotechnology are needed to enable novel approaches to water purification, and ‘waste-to-product’ processes thus contributing to a circular economy. Increased fundamental knowledge encompassing enzymes, microorganisms and processes are essential for progress in this field. The Department of Biotechnology covers this research area and, based on new insights, selects, designs and tests new biobased catalysts, micro-organisms, and processes.

The department encompasses five research sections:

News

03 maart 2016

Een duurzaam, goed en betaalbaar Hib vaccin voor ieder kind

TU Delft promovenda Ahd Hamidi leverde met haar promotieonderzoek een belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling van een innovatieve, opschaalbare en betaalbare variant van het Haemophilus-influenzae (Hib) vaccin, door Intravacc ontwikkeld. Met dit ‘low-cost’ vaccin zijn inmiddels 200 miljoen kinderen wereldwijd beschermd tegen Hib-ziekten als hersenvliesontsteking, longontsteking, bloedvergiftiging en middenoorontsteking. Op donderdag 3 maart verdedigt Hamidi haar proefschrift aan de TU Delft. Gramkleuring van het Haemophilus influenzae type b bacterie In ‘hoge-inkomenslanden’ worden kinderen al vanaf de jaren 90 op grote schaal gevaccineerd met het Hib vaccin, dat kinderen beschermt tegen Hib-ziekten als hersenvliesontsteking. Sinds 1993 maakt het Hib vaccin ook deel uit van het Nederlandse Rijksvaccinatieprogramma. ‘De introductie van het vaccin in ontwikkelingslanden is echter achterwege gebleven, de relatieve hoge prijs van het vaccin en de voor lokale producenten ontoegankelijke noodzakelijke productietechnologie zijn daarvoor de voornaamste redenen’, zegt Hamidi. In het Hib-project van Intravacc leverde zij op het gebied van procesontwikkeling een belangrijke wetenschappelijke en maatschappelijke bijdrage aan het beschikbaar maken van een geregistreerd ‘low-cost’ Hib vaccin. Daarnaast worden in haar proefschrift mogelijkheden besproken om het proces verder te optimaliseren en dus de kostprijs, indien gewenst door huidige of toekomstige partners, nog verder te reduceren. Kennisoverdracht en prijsreductie Hamidi richtte zich in haar onderzoek op procesontwikkeling en op kennisoverdracht naar vaccinproducenten in ontwikkelingslanden. Tevens zijn wiskundige modellen gebruikt om proceskennis te vergroten en om te onderzoeken of verdere procesoptimalisatie (kostenverlaging) mogelijk is. Een van Intravacc’s partners heeft in 2013 het Hib vaccin, verwerkt in een combinatievaccin met vier andere vaccins, op de markt gebracht via UNICEF tegen een driemaal lagere prijs dan bestaande Hib vaccins. Hiermee is het vaccin binnen bereik gekomen van een grote groep kinderen. De mogelijkheid van verdere prijsreductie zou betekenen dat deze landen het vaccin in de toekomst ook zelf kunnen bekostigen. De kennis uit het Hib project is inmiddels succesvol overgedragen aan lokale producenten in Indonesië, China (via Korea) en India. UNICEF en GAVI (Global Alliance for Vaccines and Immunization) spelen beide een rol in de distributie van het vaccin. Wiskundige modellen Hamidi werkte nauw samen met ervaren procesontwerpers en vaccinexperts bij onder meer Intravacc (voorheen NVI en RIVM), en met diverse vaccinfabrikanten in Indonesië, China, Korea en India. Voor het ontwikkelen van de wiskundige modellen voor procesontwerp is gebruik gemaakt van de Delftse methode en van de kennis van experts werkzaam bij de TU Delft. Hierdoor was het mogelijk om voorspelbare wiskundige modellen te ontwikkelen voor het Hib proces en gevoeligheidsanalyses los te laten op het vaccinmodel. Zo werd de impact van bepaalde keuzes op de kostprijs bestudeerd. ‘Deze benadering kan zowel huidige Hib partnes als toekomstige partners helpen om keuzes te maken, bijvoorbeeld tussen het gebruik van bestaande productiefaciliteiten versus het bouwen van nieuwe productiefaciliteiten, of over de meest optimale productieschaal’, aldus Hamidi. Andere vaccins Deze rationele Delftse methode voor procesontwerp kan volgens de promovenda ook heel efficiënt gebruikt worden bij het ontwikkelen van (andere) vaccins. Tijdens de procesontwikkeling is voor patentbescherming gekozen, partners krijgen licenties en hun productiemethode is beschermd. Meer informatie Hamidi studeerde Scheikundige Technologie (ir.) en Bioprocess Design (PDEng) aan de TU Delft, waarna ze startte bij de voorlopers van Intravacc als procestechnoloog en later als projectmanager en technology transfer expert. In haar proefschrift deelt Hamidi de ‘lessons learned’ tijdens het Hib project zodat vergelijkbare technology transfer projecten kunnen profiteren van de opgedane ervaringen. Het Hib project draagt bij aan het reduceren van kindersterfte, een van de Millennium Doelstellingen van de VN. Hamidi publiceerde in januari 2016 in het gerenomeerde journal ‘ Biotechnology Proces ’; ‘Process development of a new Haemophilus influenzae type b conjugate vaccine and the use of mathematical modeling to identify process optimization possibilities’. Contact Voor meer informatie over het proefschrift ‘Towards a sustainable, quality and affordable Haemophilus influenzae type b vaccine for every child in the world’ neemt u contact op met mevrouw ir. A. Hamidi, A.Hamidi@tudelft.nl / Ahd.Hamidi@intravacc.nl tel. 030 2742066 of met Claire Hallewas (persvoorlichter TU Delft), c.r.hallewas@tudelft.nl , +31 (0)6 4095 3085.

15 januari 2016

Algen kansrijk voor productie biodiesel via ‘survival of the fattest’

De efficiënte productie van biodiesel door algen komt in zicht door een slimme manier van algen kweken. Peter Mooij promoveert op dinsdag 19 januari op dit onderwerp aan de TU Delft. CO 2 -neutraal De productie van koolhydraten en vooral lipiden (vetten) door microalgen trekt veel wetenschappelijke belangstelling. Lipiden uit microalgen kunnen namelijk worden omgezet in biodiesel. De hoeveelheid CO 2 die vrijkomt bij het verbranden van deze biodiesel, komt overeen met de hoeveelheid CO 2 die eerder door de microalgen aan de atmosfeer is onttrokken. Het gebruik van biodiesel leidt dus niet tot een toename van CO 2 in de atmosfeer. ‘Microalgen bieden twee belangrijke voordelen ten opzichte van andere biologische olieproductieplatformen’, zegt promovendus Peter Mooij van de TU Delft. ‘Ten eerste kunnen microalgen na de kweek voor een relatief groot gedeelte uit lipiden bestaan. Daarnaast heeft men voor het kweken van microalgen relatief weinig zoet water en landbouwgrond nodig.’ Survival of the fattest Mooij gebruikte een slimme manier om geschikte algen te kweken, die interessant is voor algenproductie op grote schaal: survival of the fattest. De dikste algen overleven. ‘We creëren in de reactor een competitief voordeel voor algen met de gewenste eigenschap, in dit geval de productie van koolhydraten en vetten. We beginnen met een verzameling ‘gewone’ algen. Die geven we overdag licht en CO2. Dat is genoeg om olie te maken, maar de algen kunnen niet delen. Daar zijn namelijk voedingsstoffen voor nodig en die krijgen ze pas toegediend in het donker. Om die voedingsstoffen op te nemen, hebben de algen energie en koolstof nodig. Daarom kunnen alleen de dikke algen delen, omdat die dat overdag opgeslagen hebben. Omdat we elke dag een deel van de algen verwijderen, wordt de cultuur na een tijdje volledig overgenomen door dikke algen.’ Zetmeel ‘Al onze experimenten leiden tot systemen waarin koolhydraten (zetmeel) de voornaamste energetische opslagverbindingen waren’, vervolgt Mooij. ‘Dus we hebben een geschikt milieu gevonden waarin koolhydraatproductie door microalgen wordt beloond.’ Helaas is het milieu dus nog niet selectief voor het opslaan van vetten. Daarvoor moet het milieu nog specifieker worden gemaakt worden. ‘Maar het beter begrijpen van de ecologische rol van lipiden en koolhydraten in microalgen, maakt wel de weg vrij voor het creëren van lipide-specifieke selectieve milieus. Het belonen van een microalg voor het vertonen van gewenst gedrag door middel van een selectief milieu, één van de centrale ideeën in mijn onderzoek, zal een waardevolle benadering blijken als de ecologische rol van lipiden beter begrepen wordt.’ Meer informatie Voor meer informatie kunt u contact opnemen met promovendus Peter Mooij tel. 06 - 483 826 35 of p.r.mooij@tudelft.nl of Wendy Batist, persvoorlichter TU Delft op tel. 015 - 27 884 99 of g.m.batist@tudelft.nl . Lees de blogs van Peter Mooij op Faces of Science of beluister het BNR Interview: "Je moet een alg belonen voor het trucje dat hij doet".

News

25 november 2021

BEI Best MSc Graduate 2021: Alicia Rodríguez Molina!

BEI Best MSc Graduate Awards 2021 Since 2020, Delft Bioengineering Institute (BEI) organizes a cross-campus competition for MSc students who performed remarkably well at their graduation projects in bioengineering. This year, sixteen very impressive theses were submitted. After a strenuous review and discussion, the jury finally agreed that Alicia Rodríguez Molina (MSc Life Science & Technology), Akash Singh (MSc Computer Science) and Jette Bloemberg (MSc Mechanical Engineering) have delivered the most innovative, interdisciplinary bioengineering projects of 2021. On top of eternal fame, they will receive personal cash prizes of €1000, €500 and €250. 1. Alicia Rodríguez Molina (MSc Life Science & Technology) Thesis: "TPR-CHAT is a caspase-like protease that forms a complex with the CRISPR-Cas type III-E endoribonuclease effector gRAMP” Daily supervisor: Sam van Beljouw (Applied Sciences, Bionanoscience) Thesis Committee: Stan Brouns (AS/BN), Peter-Leon Hagedoorn (AS/Biotechnology), Chirlmin Joo (AS/BN) “Alicia has made large contributions to our research discovering a new CRISPR-Cas system with potentially profound implications and new applications. She has been responsible for the major discovery that links a protease (protein cleaving enzyme) to CRISPR-Cas for the first time. The protein complex she identified was named Craspase and can likely trigger cell suicide in bacteria to protect bacteria from virus infection. We anticipate that Craspase can be converted to a tool for applications in molecular diagnostics, targeted knockdown of gene expression and biomolecule activation or deactivation in cells. A patent was also filled to protect some of these ideas. Importantly, her findings were included in a paper published in Science August 26 (attached) on which she was third author.” 2. Akash Singh (MSc Computer Science) Thesis: “Unsupervised Manifold Alignment with TopoGAN” Thesis Committee: Marcel Reinders (EWI/Pattern Recognition and Bioinformatics), Christoph Lofi (EWI/Web Information Systems), Ahmed Mahfouz (EWI/PRB and LUMC/Radiology), Tamim Abdelaal (LUMC/Radiology) “In his thesis, Akash developed TopoGAN, a deep learning method to solve the challenging task of integrating single cell datasets with no matching samples (i.e. cells) or features. Akash’s thesis proposes multiple innovative ideas to address this challenge. First, Akash showed that Topological Autoencoders can capture the heterogeneity of single cell data better than current approaches such as (variational autoencoders, tSNE and UMAP). This on its own is a significant contribution to the field. Second, Akash proposed an approach to tackle the instability of GAN methods in the task of manifold alignment, which can be generally applied in other fields of machine learning. Third, in evaluating the performance of his method, Akash showed that current strategies have severe shortcomings and should as such be revised to faithfully reflect the performance of different methods.” 3. Jette Bloemberg (MSc Mechanical Engineering) Thesis: “MRI-Ready Actuation System for a Self-Propelling Needle” Supervisors: Fabian Trauzettel (3mE/Biomechanical Engineering), Dimitra Dodou (3mE/BmechE), Paul Breedveld (3mE/BmechE) Thesis Committee: Paul Breedveld (3mE/BmechE), Fabian Trauzettel (3mE/BmechE), Dimitra Dodou (3mE/BmechE), Matthijs Langelaar (3mE/Precision and Microsystems Engineering), Jovana Jovanova (3mE/MTT) “Jette did a very interesting research into a new kind of self-propelled steerable needle for prostate interventions under MRI. She developed a perfectly working prototype, bio-inspired on the anatomy of parasitic wasps. (…) Based on a past PhD project in which we developed novel, self-propelling needles based on the ovipositor-anatomy of parasitic wasps, Jette brought this research to an entirely new level. In her project we wanted to evaluate ovipositor-inspired needles on human prostate tissue under MRI. This means that the design should not contain any metallic parts that react on the powerful magnetic MRI-field. To solve this issue, Jette designed an entirely novel manually-driven propulsion mechanism that she printed from plastic on Formlabs and Ulitimaker 3D-printers, thereby gaining a lot of know-how on how to design complex mechanisms with tight tolerances using 3D printers. Driven by her novel propulsion mechanism, Jette designed a very thin (Ø0,81mm) ovipositor needle composed out of six individually moveable NiTi rods. For the experiments in human prostate tissue, Jette set up a very close collaboration with a well-known urology group at the Amsterdam University Medical Center (AUMC), headed by Dr. Daniel Martijn de Bruin. Jette organised many meetings with this group, arranging human prostate tissue, and using an MRI-laboratory scanner at the AUMC for her experiments. As the space within this MRI-scanner was limited, she also developed a special experimental facility in which the tissue could be stored and moved with near zero friction.”