Arboviren, Mücken und potenzielle Wirte werden in der Stadt São Paulo in Echtzeit verfolgt

Die Technologie zur Sequenzierung von SARS-CoV-2 in Rekordgeschwindigkeit zu Beginn der COVID-19-Pandemie wurde erfolgreich als Technik zur Überwachung von Arboviren und Krankheiten getestet, die hauptsächlich durch Mücken übertragen werden.

In einem Artikel veröffentlicht im Tagebuch Mikrobielle GenomikForscher des Pasteur-Instituts in São Paulo (Brasilien) und der Universität São Paulo (USP) beschreiben in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Birmingham im Vereinigten Königreich den Einsatz der Technologie zur Sequenzierung viraler RNA und DNA aus Blut In der Stadt São Paulo gesammelte Mücken mit dem Ziel, herauszufinden, wie Arboviren zirkulieren, als Grundlage für die Vorhersage zukünftiger Ausbrüche von Dengue-Fieber, Zika-Fieber, Chikungunya-Fieber und Gelbfieber und anderen Krankheiten.

„Die Studie hat das Konzept bewiesen, dass es möglich ist, Metagenomik einzusetzen [sequencing the genetic material of all organisms in an environment at the same time without isolating them] um Proben von Wirbellosen zu analysieren. Früher wurden damit Proben von Wirbeltieren analysiert [such as humans and other primates]. „Unser Protokoll kann die Virusvielfalt aufdecken und Mückenarten identifizieren und gleichzeitig ihre Ernährungsgewohnheiten analysieren. Es hat das Potenzial, unser Verständnis der genetischen Vielfalt von Insekten und der Dynamik der Arbovirus-Übertragung zu erweitern“, sagte Karin Kirchgatter, Forscherin am Pasteur-Institut (São Paulo). der die Studie gemeinsam mit Nicholas J. Loman, Professor für mikrobielle Genomik und Bioinformatik an der Universität Birmingham, koordinierte.

Das Protokoll wurde von Forschern des Brazil-UK Center for Arbovirus Discovery, Diagnosis, Genomics and Epidemiology (CADDE) entwickelt.

Ein weiteres wichtiges Mitglied des Forschungsteams war Ester Sabino, Professorin am USP. Sabino leitete etwa ein Jahr später die erste Sequenzierung von SARS-CoV-2 in Brasilien (im März 2020) und die Genomanalyse der ersten Infektionsfälle durch die Gamma-Variante in Manaus, der Hauptstadt des Bundesstaates Amazonas.

„Der Erfolg des Tracking-Tests war wichtig. Er hat gezeigt, dass die Technologie auch zur schnellen und effizienten Untersuchung von Arboviren eingesetzt werden kann. Der Test war keine Überwachung, aber die Technik wird ein wichtiger Teil davon sein. Wir haben auch Informationen verschiedener Art hinzugefügt.“ , wie etwa epidemiologische Daten, als Grundlage für die Vorhersage neuer Krankheitsausbrüche“, sagte Sabino.

Wie es funktioniert

Die Nanoporensequenzierung ermöglicht die Echtzeitanalyse langer DNA- oder RNA-Fragmente. Es funktioniert nach dem Prinzip winziger Änderungen des elektrischen Stroms, wenn die Nukleotide eines einzelsträngigen DNA-Moleküls durch eine Nanopore gezogen werden, ein winziges Loch (in der Größenordnung von 1 Nanometer Innendurchmesser), das aus bestimmten transmembranen Zellproteinen besteht .

Das Ausmaß der Stromänderung ist für jedes Nukleotid charakteristisch. Die Stromänderung wird direkt abgelesen und die Sequenz wird durch die Erkennung von Stromänderungen bestimmt, die für die betreffende Base spezifisch sind. Die Ergebnisse können mit genetischen Sequenzierungsdatenbanken verglichen werden, um die interessierenden Details zu bestimmen, beispielsweise die Art, von der die Probe entnommen wurde.

„Die Technik ist immer noch teuer. Bisher kann keine genetische Sequenzierungstechnologie als kostengünstig angesehen werden. Mit der Zeit und der zunehmenden Nutzung werden die Kosten sinken“, sagte Jeremy Mirza, Forscher an der Universität Birmingham und Erstautor des Artikels . Er ist auch mit CADDE verbunden.

Mithilfe der Echtzeit-Metagenomik können neu auftretende Viren und unbekannte Krankheitserreger in Proben von Patienten nachgewiesen werden, ohne dass Reagenzien erforderlich sind, die speziell für bestimmte Mikroorganismen entwickelt wurden, wie dies bei herkömmlichen Tests der Fall ist.

Das im Artikel beschriebene Protokoll identifiziert Vektoren, Viren und Wirte mithilfe eines tragbaren Geräts, mit dem künftig in abgelegenen Gebieten nach Krankheitserregern gesucht werden kann. Erstmals konnte damit nicht nur das Virus und die Mückenart in einer Probe identifiziert werden, sondern auch der Inhalt der Blutmahlzeit der Mücke.

„Wir haben die Technologie an Proben getestet, die im Zoo von São Paulo gesammelt wurden, einem Biodiversitäts-Hotspot und daher ein interessantes Gebiet für diese Art von Studie. Die Vielfalt der Vektoren und Blutmehlquellen ist riesig. Dort sind ständig viele Menschen unterwegs, „Es ist ein Zwischenstopp für viele Zugvögel und es ist auch ein kontrollierter Ort mit einer bekannten Anzahl von Tieren und Arten. Die Mücken können anhand des Blutes, von dem sie sich ernähren, verfolgt werden“, erklärt Kirchgatter.

Die in der Studie analysierten Proben stammten von überfüllten Mücken, die 2015 im Zoo gesammelt wurden, und waren bereits mit traditionellen Techniken analysiert worden. „Dadurch konnten wir die Ergebnisse und die in jeder Phase des Prozesses benötigte Zeit vergleichen“, sagte Lilian de Oliveira Guimarães, Zweitautorin des Artikels und Forscherin am Pasteur-Institut.

„Im Jahr 2015 haben wir jede Mücke einzeln analysiert, die Art anhand der klassischen Taxonomie identifiziert, spezifische Regionen jeder Probe sequenziert und die Sequenzen manuell verglichen. Das hat Wochen gedauert. Mit der neuen Methodik ist eine molekulare Identifizierung in Echtzeit möglich. Sie identifiziert und korreliert.“ Arten und Ernährungspräferenzen sowie die im Insekt vorhandenen Viren“, fügte sie hinzu.

Den Autoren zufolge öffnen die positiven Ergebnisse des Arbovirus-Tracking-Tests die Tür für weitere Forschungen und Entdeckungen. Die Kombination von Informationen über die genetische Vielfalt von Mücken und die Übertragungsdynamik von durch Mücken übertragenen Viren bietet die Möglichkeit, neuartige Arboviren mit den Mückenvektoren dieser Krankheitserreger in Verbindung zu bringen.

„Darüber hinaus kann es dazu verwendet werden, Tiere zu identifizieren, die möglicherweise mit diesen Viren infiziert sind, und auf die Gefahr einer Übertragung auf die menschliche Bevölkerung hinzuweisen“, stellen die Forscher fest. „Die Portabilität der Technologie ermöglicht die Entdeckung neuartiger Arboviren in abgelegenen Umgebungen, und die Methode kann die Grundlage eines Frühwarnerkennungssystems bilden, indem Arboviren identifiziert werden, bevor sie sich in menschliche Populationen ausbreiten, und so ein System zur Vorbeugung künftiger Arboviren-Epidemien bereitstellen.“