Field deployable viral genomic surveillance using panviral integrated indexed primers
Der PiiP-Assay (Panviral integrated indexed Primer) ermöglicht eine schnelle, am selben Tag erfolgende genomische Virusüberwachung in ressourcenarmen Feldeinsätzen, indem er breit reaktive Primer mit tragbarer Oxford-Nanopore-Sequenzierung und Offline-Analyse kombiniert, wie sein erfolgreicher Einsatz auf einem kambodschanischen Geflügelmarkt demonstriert hat.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Viren sind unsichtbare Reisende, die sich zwischen Menschen, Tieren und der Umwelt bewegen und oft Ausbrüche auslösen, noch bevor jemand bemerkt, dass sie da sind. Jahrzehntelang erforderte das Erwischen dieser Bedrohungen das Versenden von Proben an ferne, hochtechnisierte Labore, in denen Experten Tage oder Wochen damit verbrachten, den genetischen Code des Erregers zu entschlüsseln. Diese Verzögerung schafft eine gefährliche Lücke zwischen dem Moment, in dem ein Virus auftaucht, und dem Moment, in dem Wissenschaftler es identifizieren können. In vielen Teilen der Welt, insbesondere in Regionen, in denen Menschen und Tiere in engem Kontakt leben, kann diese Lücke tödlich sein. Die Fähigkeit, ein Virus schnell und genau dort zu erkennen, wo es gefunden wird, war seit langem ein Ziel für die öffentliche Gesundheit, aber die Ausrüstung, die dafür nötig war, war traditionell zu groß, zu teuer oder zu komplex, um sie mit in das Feld zu nehmen.
Ein neuer Ansatz, der in einer aktuellen Forschungsarbeit beschrieben wird, bietet einen Weg, diese Lücke zu schließen. Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, die einen Breitband-Gentest mit einem tragbaren Sequenziergerät kombiniert und es ihnen ermöglicht, Viren direkt vor Ort zu identifizieren. Die Technik verwendet spezielle Primer, bei denen es sich um kurze Stränge aus genetischem Material handelt, die darauf ausgelegt sind, viele verschiedene Arten von Viren gleichzeitig zu erfassen, anstatt nur auf ein spezifisches Ziel gerichtet zu zu sein. Diese Primer sind mit einem System gekoppelt, das das genetische Material markiert, damit es von einem kleinen, handgehaltenen Sequenziergerät gelesen werden kann. Der gesamte Prozess, von der Probenentnahme bis zum Sehen der Ergebnisse auf einem Laptopbildschirm, kann nun in einem einzigen Tag stattfinden, selbst an entlegenen Orten ohne Zugang zum Internet oder einem zentralen Stromnetz.
Die Forscher testeten dieses System, genannt „Panviral integrated indexed Primer assay“, in Kambodscha – einem Land, in dem die Mischung aus Wildtieren, Nutztieren und Menschen einen Hotspot für neue Krankheiten darstellt. Zueried erst prüften sie in einer kontrollierten Laborumgebung, wie gut der Test funktionierte, indem sie verschiedene Proben mit bekannten Viren anreicherten. Sie verwendeten Halsabstriche von Hühnern, Darmgewebe von Fledermäusen, Mückenhomogenate und Hunderhirngewebe und fügten Viren wie die aviäre Influenza, SARS-CoV-2, Dengue-Fieber und Tollwut hinzu, um zu sehen, ob der Test sie finden konnte. Die Ergebnisse waren ermutigend. Der Test konnte die Viren in fast allen Proben erfolgreich nachweisen, selbst wenn die Virusmengen sehr gering waren. Er konnte zwischen verschiedenen Arten von Viren unterscheiden, wie etwa die Trennung des Dengue-Virus von anderen ähnlichen, durch Insekten übertragenen Viren, und er funktionierte selbst in komplexen Gemischen wie zerstoßenen Mücken oder schmutzigem Markt Wasser gut. Das Team stellte jedoch fest, dass der Test zwar exzellent darin war, die Familie eines Virus zu identifizieren, er aber manchmal Schwierigkeiten hatte, den exakten Subtyp der Influenza zu bestimmen – eine Einschränkung, die sie als Teil des Designs anerkannten.
Um zu beweisen, dass das System außerhalb eines traditionellen Labors funktionieren kann, errichtete das Team ein tragbares Labor mitten in einem lebenden Vogelmarkt in Phnom Penh. Der Aufbau war bescheiden, passte in drei Koffer und wurde durch eine tragbare Batteriestation betrieben. Er enthielt eine kleine Zentrifuge, einen Thermocycler zum Erhitzen und Kühlen von Proben, eine Gel-Elektrophorese-Einheit zur Visualisierung von DNA und den handgehaltenen Sequenzierer. Bemerkenswerterweise verwendeten sie sogar einen handelsüblichen Reiskocher, um das Agarose für ihre Gel-Tests zu schmelzen, was demonstrierte, wie lokale Werkzeuge für wissenschaftliche Zwecke angepasst werden können. Unter den heißen, feuchten Bedingungen des Marktes sammelte das Team Umweltproben, darunter Luftfilter, Wasser aus Geflügelkäfigen und Waschwasser von Vogelkadavern. Sie verarbeiteten diese Proben vor Ort und absolvierten den gesamten Arbeitsablauf von der Extraktion bis zur Sequenzierung in etwa sechsieinhalb Stunden.
Der Feldtest lieferte unmittelbare Ergebnisse. Innerhalb weniger Stunden nach der Probenentnahme identifizierte das System im Markt zirkulierende Influenza-Viren, einschließlich der Subtypen H3, H7 und H9, sowie Vogel-Coronaviren. Die Geschwindigkeit war der entscheidende Faktor; das Team hatte ein klares Bild davon, welche Viren im Markt präsent waren, noch bevor die Sonne unterging. Diese schnelle Reaktionszeit bedeutet, dass Gesundheitsbehörden potenziell Entscheidungen über Eindämmung oder weitere Tests treffen können, während der Ausbruch noch in seinem frühen Stadium ist, anstatt tagelang auf einen Bericht aus einer fernen Stadt zu warten. Die Studie hob auch die Bedeutung einer Datenbank hervor, die lokale Virusstämme enthält, da die automatisierte Software manchmal Viren übersah, die in ihrer globalen Bibliothek nicht ausreichend repräsentiert waren, was eine menschliche Expertenprüfung der Daten erforderte.
Obwohl das System kein Allheilmittel ist, das jedes Problem löst, stellt es einen bedeutenden Schritt nach vorn dar in der Art und Weise, wie wir nach Krankheiten Ausschau halten. Es zeigte, dass es möglich ist, die genomische Überwachung an die Grenze eines Ausbruchs zu bringen und einen Prozess, der einst eine Festung aus Ausrüstung erforderte, in etwas zu verwandeln, das in einen Koffer passt. Die Forscher betonten, dass dieses Werkzeug dazu konzipiert ist, gezielt nach bestimmten Gruppen von Viren zu suchen, die bekanntlich zwischen den Spezies springen, und somit als Frühwarnsystem dient, statt als Ersatz für alle anderen diagnostischen Methoden. Durch den Nachweis, dass dieser Arbeitsablauf in einer tropischen, ressourcenarmen Umgebung funktionieren kann, legt die Studie nahe, dass die Zukunft der Ausbruchserkennung nicht in einem Hochhauslabor zu finden sein könnte, sondern an genau den Orten, an denen neue Krankheiten am wahrscheinlichsten entstehen.
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