DEL056 11200661 Point-of-Care diagnose voor water gerelateerde ziekteverwekkende virussen in het milieu (FlaviPOC)

Aanleiding van het project

Het aantal uitbraken van water gerelateerde “vector-borne” ziektes stijgt wereldwijd en vormt een bedreiging voor de gezondheid van mensen en de samenleving als geheel. Ondanks het feit dat het aantal incidenten van water gerelateerde ziekte uitbraken wereldwijd is toegenomen, is het onduidelijk hoe snel deze ziektes zich verspreiden en waarheen. Een drijvende kracht achter de verspreiding zijn veranderingen in het klimaat en een toenemende mate waarin mensen in nauw contact met oppervlaktewater in deltagebieden en steden leven (Jones et al, 2008; Patz et al, 2004; WHO, 2014).
Om maatregelen te kunnen treffen om nieuwe uitbraken te voorkomen, is er onvoldoende inzicht in de ruimtelijke verspreiding in de loop van de tijd van ziekteverwekkende virussen in het milieu. Ook is onbekend hoe deze verspreiding precies gekoppeld is natuurlijke omstandigheden zoals temperatuur, luchtvochtigheid, hoeveelheid aanwezig oppervlaktewater, etc.
Het detecteren van de aanwezigheid van ziekteverwekkers is relatief duur en afhankelijk van experts en aanwezigheid van laboratoria. Als gevolg hiervan wordt de diagnose vaak pas achteraf, als iemand ziek is geworden, gedaan.
Wel zijn er in het afgelopen decennium diagnostische Point-Of-Care (POC) tools ontwikkeld waarmee de aanwezigheid van een virus relatief eenvoudig en goedkoop kan worden opgespoord. Een voorbeeld is het BioMeme Two3 qPCR systeem, waarmee de aanwezigheid van een virus op basis van aanwezige DNA / RNA in een monster kan worden aangetoond. Tot nu toe worden deze POC diagnose tools met name ingezet in een klinische setting en voor veterinaire toepassingen, en zijn nog niet beschikbaar voor het aantonen van water gerelateerde virussen of bacteriën in een milieu situatie.
Dit, terwijl juist daar inzicht kan worden verkregen hoe een virus zich verspreidt en ophoudt voordat er zich een ziekte uitbraak voordoet.

Doel van het project

Het beschikbaar maken van een robuust en betrouwbaar systeem om aanwezigheid en verspreiding van water-related-diseases,( Dengue in het bijzonder), on-site op een kosteneffectieve manier te kunnen kwantificeren in natuurlijke deltasystemen en deltasteden.

Omschrijving van de activiteiten

De verschillende activiteiten zijn uitgesplitst in 7 verschillende onderdelen. Hieronder worden de verschillende onderdelen kort, in volgorde van uitvoering per jaar, toegelicht.
De activiteiten zijn in samenhang met Deltares Strategisch Onderzoek en onderzoek aan de Radboud Universiteit en de medische faculteit van UNPAD Bandung, Indonesië, zie ook de bijlage bij deze aanvraag.

2017
1. Selectie van moleculaire targets (NYtor en Deltares)
Voor dit project wordt het detecteren van Dengue virus als case studie gebruikt. Het Dengue virus behoort tot de familie van Flaviviridae (ssRNA), waartoe ook het Zika virus en Chikungunya virus behoren. Van het Dengue virus zijn vier verschillende serotypes bekend. Alle serotypes moeten worden aangetoond. Voor het aantonen van de verschillende serotypes in het milieu is de keuze van de juiste geconserveerde regio in het genoom van het virus cruciaal voor de uitvoerbaarheid in een POC systeem. Een literatuur verkenning zal aan de basis staan voor de keus van de meest geschikte moleculaire regio voor de POC qPCR.

2018

2. Ontwikkeling en optimalisatie Dengue assay (NYtor)
Op basis van de geselecteerde moleculaire regio worden geschikte primer en probe combinaties ontwikkeld voor simultane kwantitatieve detectie van de vier verschillende Dengue virus serotypes. De amplificatie en detectie van het Dengue virus wordt met monsters met bekende concentratie geoptimaliseerd voor het BioMeme POC systeem en direct vergeleken met de resultaten op een conventioneel laboratorium qPCR systeem (Bio-Rad CFX96 qPCR system). Tijdens deze optimalisatie wordt ook de onderste detectiegrens voor het POC systeem vastgesteld.

3. Monster voorbehandeling (Deltares; Deltares/RU/UNPAD PhD)
Voor POC diagnose op basis van qPCR is het verkrijgen van kwalitatief goed en schoon RNA/DNA als uitgansmateriaal voor de analyse essentieel. Onder laboratorium omstandigheden zijn er diverse methoden beschikbaar om zuiver RNA/DNA uit een milieu monster te

Verwachte resultaten

Project
• Een robuust en betrouwbaar systeem om aanwezigheid Dengue on site op een kosteneffectieve manier te kunnen kwantificeren in natuurlijke deltasystemen
• Publicatie in (wetenschappelijk) vak tijdschrift
NYtor
• Geoptimaliseerd protocol voor de monstervoorbereiding en –extractie van milieu-samples in combinatie met de point-of-care analyse.
Deltares
• Gevalideerde show case van on-site monitoring of “water-related diseases” in delta gebieden op een kostenefficiente manier
• Systeem om de verspreiding van Dengue en potentieel andere water-related diseases ruimtelijk in beeld te brengen.

Topsector Water en sector Deltatechnologie
De resultaten sluiten aan bij de volgende kennis- en innovatieclusters gesteld binnen topsector Water en de sector Deltatechnologie:
Duurzame deltasteden; als gevolge van een veranderend klimaat zullen ook de verspreiding en aanwezigheid van water-related-diseases veranderen. Snel en beter inzicht in deze verspreiding leidt tot een gezonde en leefbare stedelijke omgeving met duurzaam water in een veranderend klimaat.
Watermanagement: door de flexibele, snelle en relatief goedkope manier kan op een kosten efficiënte manier inzicht worden verkregen in de verspreiding van virus in ruimte en tijd door een deltagebied. Met de point of care analyse tool die in dit project wordt ontwikkeld is het mogelijk dat lokale partijen, zoals boeren of woon-communities, informatie verzamelen en beschikbaar stellen. Hierdoor wordt benodigde data verkregen voor keuzes t.a.v. waterinrichting en waterbeheer. De techniek zou dusdanig kunnen worden toegepast dat loc

Zoals in de bijlage 1 beschreven, wordt samen met oa. Radboud UMC, NYtor, lokale partijen in Bandung (Indonesië), en KNMI gewerkt aan een gezamenlijk onderzoeksproject om de in dit project beschikbaar gemaakte point-of-care analyse techniek toe te passen voor een verspreidingsmodel voor Dengue.

Innovativiteit

Point-of-care diagnostiek ontwikkeld voor hoogwaardige medische toepassing wordt in dit project beschikbaar gemaakt voor ‘environmental’ toepassingen in het watersysteem. Momenteel wordt point-of-care diagnostiek buiten de medische toepassingen al wel toegepast bij sector voeding en veterianair, maar niet in monitoring van environmental systems. De snelle, flexibele en relatief goedkope manier van meten biedt het voordeel (overigens net als in de eerder genoemde sectoren) dat er meteen aansluitend op de daadwerkelijke monitoring kan worden gehandeld en actie worden ondernomen mocht dat nodig zijn maakt dat er meer informatie beschikbaar kan komen.
Doordat de technologie beschikbaar wordt gemaakt in dit project voor Dengue, wordt meteen gewerkt aan een beter inzicht in de verspreiding en voorkomen van een belangrijke water-related ziekte in deltagebieden, de techniek wordt meteen in het gekoppelde Deltares/RU project (zie bijlage) toegepast om een dataset op te bouwen van de temporele en spatiele dynamiek van het denguevirus in muggen- en mensenpopulaties om hiermee voorspellende modellen te kunnen valideren. Tevens is de technologie relatief eenvoudig uit te breiden voor andere microbiologische targets die belangrijk zijn voor deltagebieden, zoals leptospirose en giftige (blauw)algen. Deze uitbreidingsmogelijkheden naar andere microbiologische targets maakt de technologie van mobiele qPCR zeer breed toepasbaar.

Valorisatie

De technologie welke in dit project gevalideerd en beschikbaar gemaakt wordt, wordt verder ingezet bij intensieve monitoring van Dengue in Indonesië om verspreiding van Dengue te kunnen modelleren en voorspellen, zie ook bijlage in deze aanvraag. Met een groter consortium wordt gewerkt aan een STW Open Technologie projectaanvraag waarin de hier beschreven veld-validatie van het Dengue virus een onderdeel is van een op weather driven model gebaseerd Early Warning Systeem. Om op te schalen gebruiken we een eerder door de UN-Pulse Lab gefinancierd onderzoek naar gebruik van social-media in dengue mapping: https://www.floodtags.com/dengue-and-diarrhea-forecast/. Het veldinstrument in dit voorstel dient ter validatie en diagnose na een voorspelling. We gaan in dit kader nauw samenwerken met lokale kennis- en end user-partners waarmee we nu in de alliance for water, health and development samenwerken (http://www.water-health-development.org).

Link naar projectresultaten…