In het kort
Antimicrobiële resistentie (AMR) vormt een grote bedreiging voor de volksgezondheid omdat het tot het falen van een behandeling van pathogenen kan leiden. De huidige opsporing van AMR en pathogenen berust hoofdzakelijk op klassieke bacteriële cultuurtechnieken, die traag kunnen zijn. Dit project ontwikkelt nieuwe tools voor de realtime, on-site detectie van resistente pathogenen die worden gevonden in een staal-matrix die de One Health-context vertegenwoordigt, nl. mensen, dieren en de omgeving, met behulp van long-read DNA sequencing. Deze methoden kunnen in Europese laboratoria worden gebruikt om on site snel diagnostische antwoorden te bieden. Op die manier kan er gepast en tijdig worden ingegrepen of zijn er betere gegevens beschikbaar voor surveillancedoeleinden.
Projectbeschrijving
Realtime on site analyse vereist:
- onafhankelijkheid van kweektechnieken om snel optreden te vereenvoudigen, vooral tijdens uitbraken;
- robuuste protocollen op basis van een minimum aan technische instrumenten die buiten de normale laboratoriumomgeving kunnen worden gebruikt.
Met metagenomische sequencing aan de hand van short-readgegevens kan de samenstelling van microbiële gemeenschappen worden opgespoord voor de beoordeling van mogelijke pathogenen, AMR of virulentiegenen. Bijgevolg kan dit een diagnostisch instrument van onschatbare waarde worden. Short-read technologieën zijn echter niet in staat om individuele genen in een gemeenschap op betrouwbare wijze aan specifieke organismen te koppelen. Daarom vormen ze een beperking voor de detectie van AMR in pathogenen.
Het FARMED-project wil hieraan iets doen. Met behulp van de Oxford Nanopore Technologies (ONT) MinION wordt deze technologie met andere metagenomische sequencingtechnologieën vergeleken en wordt er nagegaan of ze kan worden gebruikt voor de diagnosticering van uiteenlopende staalmatrices in het laboratorium en op het terrein. Met behulp van long-read metagenomische sequencing kan de lokale genetische context van AMR-genen worden afgeleid. Bijgevolg kan de aanwezigheid van de AMR-genen worden toegewezen aan specifieke soorten en plasmiden binnen de bacteriële gemeenschap. Met deze technologie is het mogelijk een veelheid aan bacteriesoorten te identificeren en specifieke soorten aan uiteenlopende AMR-genen te koppelen.
Dit project heeft ook tot doel:
- geharmoniseerde protocollen uit te werken voor extractie van het metagenoom-DNA op het terrein en voorbereiding van de bibliotheek voor sequencing op de MinION;
- efficiënte realtime strategieën voor bioinformatische mapping te ontwikkelen om de oorsprong van de genetische context van AMR-genen te bepalen;
- de bacteriële gastheersoorten te identificeren om specifieke pathogeendetectie mogelijk te maken;
- beste praktijken voor ‘off-site’ analyse van plasmidesequenties te bestuderen en uit te werken door metagenomica met gezuiverde isolaten te vergelijken;
- het gebruik van long-read en short-read gegevens, alsook een combinatie van de technologieën zoals Hi-C, te vergelijken om zo complete plasmiden uit metagenomische gegevens samen te stellen. Hi-C sequencing is een nieuwe methode die gebruikmaakt van nabijheidsligatie van DNA-moleculen om de genetische context van AMR-genen te bepalen wat betreft hun verband met het bacteriële gastheerchromosoom. Er zullen gedefinieerde gemeenschappen, op basis van isolaten met daarin bekende plasmiden, worden gebruikt om te bepalen of plasmidesequenties van deze metagenomische gegevens kunnen worden afgeleid.
De ‘wet lab’ en ‘dry lab’ methoden en tools die uit het FARMED-project zullen voortvloeien, zullen bijzonder aantrekkelijk zijn voor en onmiddellijk ingezet kunnen worden door uiteenlopende gebruikers buiten het consortium om snel AMR in pathogenen in veel verschillende omgevingen te monitoren. De resultaten van het FARMED-project zullen bijdragen tot de ontwikkeling en harmonisatie van nieuwe protocollen in Europese laboratoria voor de snelle detectie op het terrein van AMR in mensen, dieren en de omgeving. Wij verwachten dat deze techniek bijzonder handig kan zijn in landen met lage of gemiddelde inkomsten waar de last van het voorkomen van pathogenen en AMR hoog kan zijn, maar er beperkte toegang is tot gespecialiseerde of zelfs ‘standaard’ laboratoriumuitrusting voor diagnoses.
Projectonderzoekers van Sciensano
Diensten die aan dit project werken
Partners
