Met behulp van technische vooruitgang die nog niet was ontwikkeld toen de ebola-uitbraak in 2014 begon, Wetenschappers onder leiding van UC San Francisco voltooiden een proof-of-principle-onderzoek naar een realtime bloedtest op basis van DNA-sequencing die kan worden gebruikt om snel ebola en andere acute infecties te diagnosticeren. De onderzoekers zeiden dat de test zelfs kan worden gebruikt waar laboratoriumruimte en medische infrastructuur schaars zijn.

Charles Chiu, MD, doctoraat, universitair hoofddocent laboratoriumgeneeskunde aan UCSF, leidde een team dat de genetische vingerafdrukken van ebola detecteerde in opgeslagen bloedmonsters van twee Afrikaanse patiënten met acute hemorragische koorts, het voltooien van de diagnose binnen vijf uur na opening van de monsters - de DNA-sequencing zelf duurde slechts 10 minuten.

De meeste commercieel beschikbare of op onderzoek gebaseerde genetische diagnostische tests zijn gericht op specifieke pathogenen. Maar Chiu en UCSF-collega's hebben baanbrekend werk verricht in technieken waarbij verdachte pathogenen niet vooraf moeten worden geïdentificeerd om hun unieke genetische vingerafdrukken te detecteren. Deze onbevooroordeelde benadering van het analyseren van al het DNA in een klinisch monster zonder te weten welke soorten aanwezig zijn, die werd gebruikt bij de ebola-detectie, wordt "metagenomische" analyse genoemd.

Om zulke snelle resultaten te verkrijgen, ontwikkelden de onderzoekers nieuwe analyse- en visualisatiesoftware en gebruikten deze op een laptop om gebruik te maken van een opkomende DNA-sequencing-technologie die bekend staat als nanopore-sequencing.

In dezelfde reeks experimenten, online gepubliceerd in Genoomgeneeskunde op 28 sept. konden de onderzoekers het Chikungunya-virus detecteren, van een Puerto Ricaanse uitbraak, net zo snel in een bloedmonster van een donor zonder symptomen, maar die uiteindelijk meldde koorts en gewrichtspijn te hebben. In een ander voorbeeld van de kracht van de techniek, detectie van hepatitis C-virus in bloed van een geïnfecteerde UCSF-patiënt, aanwezig in een veel lagere concentratie dan de andere virussen, duurde slechts 40 minuten vanaf het begin van de sequencing.

"Deze point-of-care genomische technologie zal bijzonder aantrekkelijk zijn in de derde wereld, waar cruciale middelen, inclusief betrouwbare stroom, laboratoriumruimte, en computationele servercapaciteit, zijn vaak ernstig beperkt, ' zei Chiu.

Veel bedrijven ontwikkelen nanoporiëntechnologie, die individuele nucleïnezuren onderscheidt door de kenmerkende verstoringen die ze creëren in elektrische stromen als ze individueel door microscopisch kleine poriën gaan. Chiu's lab-groep was een van de eersten die $ 1 betaalde, 000 voor toegang tot een experimentele DNA-nanopore-sequencer gemaakt door Oxford Nanopore Technologies, genaamd de MinION. Het apparaat is klein genoeg om in de palm van de hand te passen en wordt gevoed door een USB-verbinding met een laptop.

Vorig jaar, met behulp van een vergelijkbare metagenomische benadering voor de detectie van pathogenen, Chiu werkte samen met UCSF-collega's om een ​​medisch mysterie op te lossen dat werd benadrukt in een New England Journal of Medicine casus. De onderzoekers gebruikten hun software en een andere DNA-sequencing-technologie om al het DNA in een ruggenmergvloeistofmonster te analyseren, wat leidde tot de diagnose van een ongewone maar behandelbare bacteriële oorzaak van encefalitis bij een ernstig zieke jongen uit Wisconsin wiens gezondheid al maanden verslechterde.

Die eerdere analyse duurde twee dagen. De detectie van Ebola in de nieuwe studie was sneller omdat nanopore-sequencing gegevens onmiddellijk en in realtime oplevert, in tegenstelling tot de technologie die werd gebruikt in de zaak Wisconsin, wat veel langer duurt om gegevens voor analyse te verstrekken.

Nanopore-technologie is nieuw en nog steeds foutgevoelig, Chiu zei, maar snelheid en nauwkeurigheid verbeteren in een snel tempo. Met de tijd die nodig is voor DNA-sequencing, analyse en rapportage nu teruggebracht tot minuten, Chiu heeft zijn zinnen gezet op het stroomlijnen en automatiseren van de monstervoorbereidingsstap, die nog enkele uren nodig heeft, voor gebruik in zowel klinische laboratorium- als veldomgevingen.

"Voor zover we weten, dit is de eerste keer dat nanopore-sequencing is gebruikt voor realtime metagenomische detectie van pathogenen in complexe klinische monsters in de setting van menselijke infecties, " Zei Chiu. "Onbevooroordeelde point-of-care-tests voor pathogenen door snelle metagenomische sequencing hebben het potentieel om de diagnose van infectieziekten radicaal te transformeren in zowel klinische als openbare gezondheidsinstellingen."