7 sep. 2013

Tieners die durven denken en een fantastische ontdekking doen | Miranda Wang en Jeanny Yao


Dit is een inspirerende verhaal van twee tieners uit het laatste middelbaar die 'anders denken'. Ze nemen je in hun verhaal van zo'n kwartier mee doorheen hun bijzonder boeiende ontdekkingstocht.


Klik hieronder op "Lees verder" om hun volledige verhaal te lezen.
Over wat 'gelukkige ongelukken" zijn. Hoe ongelukken vaak leiden tot bijzonder interessante ontdekkingen.



Miranda Wang: We komen praten over ongelukken.

Hoe denk je over ongelukken? 


Als we denken aan ongelukken vinden we ze meestal schadelijk, een tegenvaller of zelfs gevaarlijk.
Dat kunnen ze zeker zijn.
Maar zijn ze altijd zo slecht?

De ontdekking die bijvoorbeeld tot penicilline heeft geleid is een van de meest ‘gelukkige ongelukken’ aller tijden. Zonder Alexander Flemings tegenslag met schimmel in een vergeten labschaaltje, zouden we nu niet zoveel bacteriële infecties kunnen behandelen.

Jeanny Yao: Miranda en ik zijn hier vandaag om jullie te vertellen hoe onze ongelukken tot ontdekkingen hebben geleid.

De ontdekking die bijvoorbeeld tot penicilline heeft geleid is een van de meest ‘gelukkige ongelukken’ aller tijden. 

Bezoek aan een afvalbehandelingsstation

In 2011 bezochten we het Vancouver Afvalbehandelingsstation en zagen er een enorme put met plastic afval. We realiseerden ons dat wanneer kunststoffen worden gestort het moeilijk is om ze te sorteren, omdat ze dezelfde dichtheden hebben.
Vermengd met organisch materiaal en bouwpuin is het echt onmogelijk om ze eruit te plukken en milieuvriendelijk te elimineren.

Miranda Wang: Kunststoffen zijn echter nuttig omdat ze duurzaam, flexibel, en gemakkelijk omvormbaar zijn. Een nadeel zijn de hoge kosten.

Plastics veroorzaken ernstige problemen zoals vernietiging van ecosystemen, vervuiling van natuurlijke hulpbronnen en vermindering van beschikbare gronden. 

De foto die u hier ziet, is de Grote Pacifische Draaikolk.

Als het gaat over plasticvervuiling en het mariene milieu, denken we aan de Grote Pacifische Draaikolk, een drijvend eiland van plasticafval.

Dat is niet langer een nauwkeurige weergave van plasticvervuiling in het mariene milieu.

Op dit moment is de oceaan eigenlijk een soep van plasticafval en nergens in de oceaan vind je nog een plaats zonder plasticdeeltjes.

Jeanny Yao: In een plasticafhankelijke maatschappij is vermindering van de productie een lovenswaardig doel, maar onvoldoende.

Hoe zit het met het afval dat al is geproduceerd?

Het idee!


Plastics hebben honderden tot duizenden jaren nodig om biologisch af te breken. Dus bedachten we het volgende: in plaats van te wachten terwijl de rotzooi zich maar opstapelt, laten we een manier zoeken om hem af te breken met bacteriën. 

Klinkt cool, toch?
Publiek: Ja.

Jeanny Yao: Dank je wel. Maar we hadden een probleem. Kunststoffen hebben zeer complexe structuren en zijn moeilijk afbreekbaar. Hoe dan ook, we waren nieuwsgierig en hoopvol en wilden het toch proberen.



Internet & Ftalaten


Miranda Wang: : Met dit idee in het achterhoofd lazen Jeanny en ik enkele honderden wetenschappelijke artikelen op het internet, en we maakten een onderzoeksvoorstel in het begin van ons laatste jaar middelbaar. 

Wij gingen bacteriën zoeken in onze lokale rivier, de Fraser die de schadelijke weekmaker ftalaat zouden kunnen degraderen. Ftalaten worden toegevoegd aan alledaagse kunststofproducten om hun flexibiliteit, duurzaamheid en transparantie te verhogen.

Hoewel ze deel uitmaken van het plastic, zijn ze niet covalent gebonden aan de plastics.

Daardoor ontsnappen ze gemakkelijk in het milieu. Ftalaten vervuilen niet alleen ons milieu, maar ook ons lichaam.

Om de zaak nog erger te maken, worden ftalaten gevonden in producten waaraan wij een hoge blootstelling hebben, zoals speelgoed voor baby's, drankverpakkingen, cosmetica, en zelfs voedselverpakking.
Ftalaten zijn verschrikkelijk omdat ons lichaam ze zo gemakkelijk opneemt.

Ze kunnen worden geabsorbeerd door contact met de huid, ingeslikt en ingeademd.

Jeanny Yao: Elk jaar vervuilen meer dan 200 miljoen kg ftalaten onze lucht, water en bodem. De Environmental Protection Agency heeft deze groep zelfs geclassificeerd als een topprioriteit verontreiniger want het is aangetoond dat hij als hormoonverstoorder kanker en geboorteafwijkingen veroorzaakt. We lezen dat elk jaar de gemeentelijke overheid van Vancouver ftalaatconcentraties in rivieren controleert om hun veiligheid te beoordelen. Daarom dachten we dat als er langs de Fraser plaatsen zijn die verontreinigd zijn met ftalaten en als er bacteriën zijn die het daar kunnen uithouden, dan zijn die bacteriën misschien zo geëvolueerd dat ze ftalaten kunnen afbreken.

Miranda Wang: : We stelden dit goede idee voor aan Dr Lindsay Eltis aan de Universiteit van British Columbia, en verrassend genoeg nam hij ons mee naar zijn lab en vroeg zijn studenten Adam en James om ons te helpen.

Hoe konden we toen vermoeden dat een uitstap naar het stort, wat onderzoek op het internet en de moed bijeen te rapen om onze inspiratie te volgen, ons op een levensveranderende tocht van ongelukken en ontdekkingen zou voeren.

Jeanny Yao: De eerste stap in ons project was bodemmonsters verzamelen op drie verschillende locaties langs de Fraser. Uit duizenden bacteriën wilden we die vinden die ftalaten konden afbreken. Daartoe maakten we onze culturen met ftalaten als enige koolstofbron. Dat hield in dat, als er iets groeide in onze culturen, dat in staat moest zijn om te leven van ftalaten. Alles liep goed en we werden straffe wetenschappers. (Gelach)

Miranda Wang:   Um ... uh, Jeanny.

Jeanny Yao: Grapje!

Het ongeluk dat inzicht bracht


Miranda Wang: Oké. Nou, het was deels mijn schuld. Per ongeluk brak ik de kolf met onze derde cultuur. Daarom moesten we de incubatorruimte tweemaal schoonmaken met bleekmiddel en ethanol. Dit is slechts één voorbeeld van de vele ongelukken tijdens onze experimenten.
Maar deze fout bleek achteraf ‘een gelukkig ongeluk’.
We merkten dat de ongedeerde culturen kwamen van plaatsen met verschillende verontreinigingsniveaus. Deze fout bracht ons ertoe dat we misschien de verschillende afbrekende vermogens van de bacteriën konden vergelijken op sites met verschillende contaminatieniveaus.

Jeanny Yao: Nu we de bacteriën kweekten, wilden we stammen isoleren door uitstrijken op gemiddelde platen.
We dachten dat dat minder tegenvallers zou geven, maar we hadden het weer mis.
We prikten gaten in onze agar terwijl we streken en verontreinigden enkele monsters met schimmels. Daardoor moesten we meerdere malen herbestrijken.
Vervolgens controleerden we het ftalaatverbruik en de bacteriegroei.
We vonden een negatieve correlatie: bacteriële populaties groeiden terwijl de ftalaatconcentraties afnamen. Dit betekent dat onze bacteriën echt van ftalaten leefden.

Miranda Wang: : Nu we bacteriën vonden die ftalaten konden afbreken, vroegen we ons af wat deze bacteriën waren. Dus namen Jeanny en ik drie van onze meest efficiënte stammen en voerden er gen-amplificatie-sequencing op uit. We vergeleken onze gegevens met een uitgebreide online database. We waren blij om te zien dat, hoewel onze drie stammen bacteriën al eerder waren geïdentificeerd, twee van hen niet eerder in verband waren gebracht met ftalaatdegradatie. Dit was een nieuwe ontdekking. 

Jeanny Yao: Om beter te begrijpen hoe biologische afbraak werkte, wilden we de katabole wegen van onze drie stammen nagaan. Daarom extraheerden we enzymen uit onze bacteriën en lieten ze reageren met een tussenproduct van ftaalzuur.

Miranda Wang: : We volgden dit experiment met spectrofotometrie en verkregen deze mooie grafiek.

Deze grafiek laat zien dat onze bacteriën echt wel een genetische aanleg hebben om ftalaten biologisch af te breken. De bacteriën kunnen ftalaten, schadelijke toxinen, transformeren tot eindproducten zoals kooldioxide, water en alcohol. Ik weet dat sommigen onder jullie kooldioxide kennen als een broeikasgas. Maar als onze bacteriën niet geëvolueerd waren om ftalaten te breken, zouden ze een andere koolstofbron hebben gebruikt. Aerobe ademhaling zou toch eindproducten zoals koolstofdioxide hebben gegeven. Dat hadden we ook willen zien. Hoewel we meer diversiteit verkregen van bacteriële afbrekers uit het vogelhabitat, kwamen de efficiëntste afbrekers van de stortplaats. Dit toont aan dat de natuur zich ontwikkelt door natuurlijke selectie.

De natuur ontwikkelt zich door natuurlijke selectie. 

Jeanny Yao: Miranda en ik dienden dit onderzoek in bij de Sanofi BioGENEius Challenge competitie en werden erkend met de grootste commerciële vooruitzichten.

Hoewel we niet de eersten waren die bacteriën vonden dat ftalaten konden afbreken, waren we de eersten die zochten in de plaatselijke rivier en een mogelijke oplossing voor een lokaal probleem vonden.

We toonden niet alleen aan dat bacteriën plasticvervuiling kunnen aanpakken, maar ook dat openstaan voor onzekere uitkomsten en risico's nemen kansen creëren voor onverwachte ontdekkingen.

Al doende ontdekten we ook onze passie voor de wetenschap en doen momenteel verder onderzoek aan de universiteit op andere chemicaliën in fossiele brandstoffen.

Wij hopen dat we in de nabije toekomst in staat zullen zijn om modelorganismen te creëren die niet alleen ftalaten kunnen afbreken, maar ook een grote verscheidenheid van andere verontreinigingen.

We kunnen dit toepassen op rioolwaterzuiveringsinstallaties om onze rivieren en andere natuurlijke hulpbronnen te zuiveren. om onze rivieren en andere natuurlijke hulpbronnen te zuiveren. Misschien zullen we ooit in staat zijn om het probleem van vast plasticafval aan te pakken.

Miranda Wang: : Ik denk dat deze belevenis echt onze visie op micro-organismen heeft veranderd. Jeanny en ik hebben aangetoond dat zelfs fouten kunnen leiden tot ontdekkingen.

Einstein zei ooit: "Je kunt geen problemen oplossen door gebruik te maken van hetzelfde soort denken als waarmee je ze veroorzaakte." 

Als we kunststof synthetisch maken, dan denken we dat de oplossing is ze biochemisch af te breken.

Dank u.

Jeanny Yao: Dank je wel.

(Applaus)

ShareThis