Field deployable viral genomic surveillance using panviral integrated indexed primers
De Panviral integrated indexed Primer (PiiP) assay maakt snelle, surveillance van virale genomen op dezelfde dag mogelijk in middelenarme veldomstandigheden door breed reactieve primers te combineren met draagbare Oxford Nanopore-sequencing en offline analyse, zoals aangetoond door de succesvolle inzet ervan in een Cambodjaanse levende vogelmarkt.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Virussen zijn onzichtbare reizigers die zich tussen mensen, dieren en de omgeving bewegen, en vaak uitbraken veroorzaken voordat iemand doorheeft dat ze aanwezig zijn. Decennialang vereiste het vangen van deze bedreigingen het versturen van monsters naar verre, hoogtechnologische laboratoria waar experts dagen of weken besteedden aan het ontcijferen van de genetische code van het pathogeen. Deze vertraging creëert een gevaarlijke kloof tussen het moment waarop een virus verschijnt en het moment waarop wetenschappers het kunnen identificeren. In veel delen van de wereld, met name in regio's waar mensen en dieren in nauw contact leven, kan deze kloof fataal zijn. Het vermogen om een virus snel en nauwkeurig te detecteren, precies op de plek waar het wordt gevonden, is lang een doel geweest voor volksgezondheidsfunctionarissen, maar de apparatuur die nodig is om dit te doen was traditioneel te groot, te duur of te complex om mee het veld in te gaan.
Een nieuwe benadering, beschreven in recent onderzoek, biedt een manier om die kloof te dichten. Wetenschappers hebben een methode ontwikkeld die een breed spectrum dekkende genetische test combineert met een draagbaar sequencersysteem, waardoor ze virussen ter plekke kunnen identificeren. De techniek maakt gebruik van speciale primers, wat korte strengen genetisch materiaal zijn die zijn ontworpen om zich tegelijkertijd aan veel verschillende soorten virussen vast te grijpen, in plaats van slechts op één specifieke doelwit. Deze primers zijn gekoppeld aan een systeem dat het genetisch materiaal labelt, zodat het gelezen kan worden door een kleine, handzame sequencer. Het hele proces, van het verzamelen van een monster tot het zien van de resultaten op een laptopscherm, kan nu in een enkel dag gebeuren, zelfs in afgelegen locaties zonder toegang tot internet of een centraal elektriciteitsnet.
De onderzoekers testten dit systeem, de Panviral integrated indexed Primer assay genoemd, in Cambodja, een land waar de mix van wilde dieren, vee en mensen een broedplaats vormt voor nieuwe ziekten. Ze controleerden eerst hoe goed de test werkte in een gecontroleerde laboratoriumsetting door diverse monsters te verrijken met bekende virussen. Ze gebruikten keelwatjes van kippen, darmweefsel van vleermuizen, muggenhomogenaten en hersenweefsel van honden, waarbij ze virussen zoals aviaria influenza, SARS-CoV-2, dengue en rabiës toevoegden om te zien of de test deze kon vinden. De resultaten waren bemoedigend. De test detecteerde de virussen succesvol in bijna alle monsters, zelfs wanneer de hoeveelheden van het virus zeer laag waren. Het kon onderscheid maken tussen verschillende soorten virussen, zoals het scheiden van het denguevirus van andere vergelijkbare door insecten overgedragen virussen, en het werkte goed, zelfs in complexe mengsels zoals vermalen muggen of vies marktwater. De onderzoekers merkten echter op dat hoewel de test uitstekend was in het identificeren van de familie van een virus, het soms moeite had om de exacte subtype van influenza te pinpointen, een beperking die zij als onderdeel van het ontwerp erkenden.
Om te bewijzen dat het systeem buiten een traditioneel lab kon werken, richtte het team een draagbaar laboratorium op in het midden van een levende vogelmarkt in Phnom Penh. De opstelling was bescheiden, paste in drie koffers en werd gevoed door een draagbare batterijstation. Het bevatte een kleine centrifuge, een thermocycler voor het verwarmen en koelen van monsters, een gel-elektroforese-unit om DNA te visualiseren, en de handzame sequencer. Opmerkelijk genoeg gebruikten ze zelfs een standaard rijstkoker om de agarose te smelten die nodig was voor hun gel-testen, wat aantoonde hoe lokale hulpmiddelen aangepast kunnen worden voor wetenschappelijk gebruik. Onder de hete, vochtige omstandigheden van de markt verzamelde het team omgevingsmonsters, waaronder luchtfilters, water uit vogelkooien en waswater van vogelkarkassen. Ze verwerkten deze monsters ter plaatse en voerden de volledige workflow van extractie tot sequencing uit in ongeveer zesënhalf uur.
De veldtest leverde onmiddellijke resultaten op. Binnen enkele uren na het verzamelen van de monsters identificeerde het systeem influenza-virussen die in de markt circuleerden, inclusclusief de subtypes H3, H7 en H9, evenals vogelcoronavirussen. De snelheid was de belangrijkste factor; het team had een duidelijk beeld van welke virussen in de markt aanwezig waren voordat de zon onderging. Deze snelle afhandeling betekent dat gezondheidsfunctionarissen potentieel beslissingen kunnen nemen over indamming of verdere testen terwijl de uitbraak nog in een vroeg stadium verkeert, in plaats van dagen te wachten op een rapport uit een verre stad. De studie benadrukte ook het belang van een database die lokale virusstammen bevat, aangezien de geautomatiseerde software soms virussen miste die niet goed vertegenwoordigd waren in de wereldwijde bibliotheek, waardoor een menselijke expert de gegevens moest controleren.
Hoewel het systeem geen wondermiddel is dat elk probleem oplost, vormt het een belangrijke stap voorwaarts in hoe we waken voor ziekten. Het toonde aan dat het mogelijk is om genomische surveillance naar de rand van een uitbraak te brengen, waardoor een proces dat ooit een fort aan apparatuur vereiste, verandert in iets dat in een koffer past. De onderzoekers benadrukten dat dit instrument is ontworpen om te screenen op specifieke groepen virussen die bekend staan om het overspringen tussen soorten, en fungeert als een vroeg waarschuwingssysteem in plaats van een vervanging voor alle andere diagnostische methoden. Door te bewijzen dat deze workflow kan functioneren in een tropische, arm aan middelen gelegen omgeving, suggereert de studie dat de toekomst van uitbraakdetectie niet te vinden zal zijn in een hoogbouw laboratorium, maar in de plekken waar nieuwe ziekten het meest waarschijnlijk ontstaan.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.