模块化传染病诊断方法-瓦赫宁恩大学2017 iGEM项目简介

Posted 2021-04-27 iGEM

瓦赫宁恩大学2017年iGEM参赛队伍的基本信息：

iGEM比赛年度：2017年

队名：Wageningen_UR

学校：瓦赫宁恩大学（Wageningen University）

类别（Kind）：大学生（Collegiate）

组别（Section）：研究生组（Overgraduate）

地区：欧洲

国家：荷兰

领域/板块（track）：诊断（Environment）

瓦赫宁恩大学2017年iGEM参赛队伍的获奖情况：

单项奖（Award）：

最佳Wiki（Best Wiki）

最佳Wiki提名（Nominated for Best Wiki）

最佳演讲提名（Nominated for Best Presentation）

最佳综合社会提名（Nominated for Best Integrated Human Practices）

最佳建模提名（Nominated for Best Model）

最佳应用设计提名（Nominated for Best Applied Design）

最佳硬件提名（Nominated for Best Hardware）

最佳新集成部件提名（Nominated for Best New Composite Part）

iGEMer奖（iGEMers Prize）

奖牌（Medal）：金奖（Golden Medal）

项目名称：

Mantis: Modular antigen-based test for infectious diseases

项目wiki：

http://2017.igem.org/Team:Wageningen_UR/

日益严重的传染性疾病

自21世纪初以来，全球每年都有流行病的威胁爆发。 在过去的100年里，传染病暴发的情况一直在稳步增加。 这主要与全球化，气候变化和人口密度的指数增长有关。 在这些传染病中，只有少数发展成为全面的流行病，但如果预测不正确，后果可能是灾难性的。

特别是在发展中国家，传染病是导致死亡的主要原因，占所有儿童和许多年轻人死亡的一半以上。 失去这么多潜在健康和富有成效的人口，极大地影响了经济和整个社会。 例如2002年的SARS疫情，2006年的A型流感大流行或2014年最近的埃博拉病毒流行，都表明疫情可能出乎意料地迅速发生。 其他的例子有在南美洲和中美洲引起重大爆发的病毒性疾病Zika病毒和由非洲人类锥虫病（HAT）引起的非洲睡眠疾病，在非洲国家流行了数十年。 这些事实强调了对可能的威胁作出快速反应的适当监视和全球通信的必要性。

当出现这种流行病时，主要优先考虑治疗感染的患者。 诊断在这里是至关重要的，因为为了治愈一个人，首先应该知道病人感染了哪种疾病。 此外，对潜在患者的诊断也很重要，因为这样可以进行适当的治疗，限制进一步传播（如检疫），并随时监测疾病的影响。 当没有疫苗可用时，这一点尤其重要。

新诊断方法的开发

由于需要多方面的因素，充分诊断方法的开发可能是具有挑战性的。 这对于即时诊断测试来说尤其困难。 这些测试用于低资源地区，如热带地区。 作为指导原则，世界卫生组织假定了ASSURED标准，突出了最重要的方面。 诊断测试应该价格合理，敏感，具体，用户友好，快速和可靠，无需设备，并且可以交付给最终用户。

当前诊断方法：抗体检测测试

检测血液样品中疾病的抗体的诊断试验作为即时诊断在该领域中被广泛使用。 这些包括抗体测试和凝集测试。 这两种检测都依赖于检测患者血液中的疾病抗体，因此被称为血清学检测。 这些抗体会与测试中存在的抗原一起凝集，产生可见的输出。 这些测试快速且很容易处理，但也存在几个缺点。 由于抗体即使在感染被阻断之后仍存在于身体中，这些测试不能区分当前和过去的感染。 此外，由于交叉反应性（可与多种疾病标记物结合的抗体），会定期观察到假阳性结果。 例如，用于HAT的卡片凝集测试（CATT）。 这项测试小，速度快，吞吐量高，但需要冷藏，电力，缺乏特异性。此外，这些血清学筛查试验对于每一个真正的阳性结果都会产生99个误报，这意味着许多人被不必要地送到医院作进一步调查。 在试纸测试中，没有可用的阳性对照。 否定的结果可能意味着没有感染或不正确的工作测试。

当前诊断方法：核酸测试

此外人们还开发了基于核酸的测试。 在这种方法中检测的是病原体的DNA或RNA。 这些测试主要用于病毒性疾病，并且可能非常敏感和特异。 然而，例如寨卡病毒，这些核酸检测只建议与血清学检测一起使用，因为阴性结果不排除被感染的可能。 此外，这些测试需要专门的实验室，昂贵的设备，训练有素的人员，并且通常在第三世界国家的医疗机构中无法使用。 因此，核酸测试对于在热带地区和偏远地区的使用来说不是最佳的。

iGEM中的护理点诊断测试

以前的iGEM团队（例如Pasteur_Paris 2016，Shenzhen_SFLS 2016，Cork_Ireland 2015或Aberdeen_Scotland 2014）已经创建了其他用于检测传染病（如病毒或HAT）的诊断测试。 与这些测试相反，Mantis是模块化的。 这意味着它不只能检测到一种疾病，它可以很容易地适应任何新出现的流行病。 这使得它非常适合在任何流行或大流行情况下用作初步筛选方法。 如前所述，Mantis也是一种即时护理。 这意味着它可以由移动团队在现场使用，几乎不需要额外的设备和培训。它不需要像大多数核酸测试那样需要实验室环境才能发挥功能。 通过直接检测病原体而不是通过抗体检测，排除了更多的误报。

Mantis - 模块化的以抗原为基础的传染性疾病测试方法

本项目中，瓦赫宁恩大学团队在世界各地的专家和医疗保健机构的帮助下着手开发新型的诊断工具。 开发的设备不仅符合当前的诊断图像，而且还具有模块化的优点。 通过改变组件，可以调整系统以检测不同的目标或改变设备的输出。 使用这个系统，可以创建一个通用的，标准化的医疗点诊断方法，帮助预测和对抗世界各地不断上升的流行病。

项目团队使用合成生物学创建Mantis：一种可以检测血液样本中的疾病抗原的医疗点诊断设备。 这种全细胞系统可以检测病原体，然后发出荧光信号。通过提供更好的ASSURED诊断，Mantis不仅帮助人们降低疾病伤亡和经济损失，而且使当地社区能够保护自己免受传染病的侵害，而不依赖于外国或研究机构的帮助。

虽然有各种各样的传染病，但其中许多会导致类似的症状，特别是在感染的早期阶段。 目前，没有廉价的诊断方法可以给出可靠的诊断来区分这些疾病。 因此，对感染者进行特殊治疗往往是不可能的。 相反，治疗方法基于抗生素治疗，取决于患者的症状。 这突出了正确诊断以防止错误治疗的重要性。 作为一种解决方案，由于其模块化技术，Mantis诊断系统可以进行全面的高特异性诊断。

由于其设计采取的方法，Mantis诊断可以很容易地应用于新的疾病。利用称为亲和体的抗体样蛋白质，可以将其设计为对特定靶标具有高亲和力。 通过改变这些蛋白质的序列，可以创建特定于疾病抗原的亲和体，如基孔肯雅病毒，人类非洲锥虫病和寨卡病毒。 能够表达这些亲和体的细菌菌株用于检测患者血液样品中的特定疾病抗原，导致产生视觉信号。 只需要交换亲和体，就可以创建一个能够检测各种疾病的模块化系统。

在Mantis诊断的基础上是能够检测患者血液中的疾病抗原的细菌系统。 这些抗原可以被专门设计的亲和体结合。 通过将这些亲和体与Cpx细菌受体系统偶联，产生的信号被内化。 在细胞中，该信号通过无转录双分子荧光互补技术转化为视觉输出，直接与受体系统偶联。这是一种可以诊断患者是否健康的快速可靠的方式。 此外，如果目的是发现传染性不是很高，但如果未经处理会造成很大的健康风险的疾病，，则需要最少量的假阴性误报。 为此，项目团队还设计了一个更强大的系统，能够检测到极低浓度的抗原。 该系统使用相同的受体系统构建，整合群体感应机制，成为一种全新诊断方法。

Mantis的应用

通过开发基于模块化抗原的传染病检测方法，Mantis，瓦赫宁恩大学团队为遏制和根除热带传染病做出了贡献。 Mantis可以应用于所有地方性的情况。 虽然项目团队专注于热带传染病新疫情的干预作用，但Mantis也可以在其他情况下应用。

监测当前爆发

人类非洲锥虫（HAT）是由寄生原虫锥虫Trypanosoma brucei引起的一种传染性疾病，通过舌蝇叮咬传播。 这是许多被忽视的热带病之一。 它是一直以来缺乏控制流行病的资金的（亚）热带第三世界国家常见的疾病。 HAT自二十世纪初以来一直在许多非洲国家流行。 虽然已经采取了巨大的努力遏制这种疾病，导致近十年来新病例的减少，但据估计，目前非洲撒哈拉以南地区仍有7000多万人患病。 症状以一般感染症状开始，如头痛，发热和疼痛，但进一步发展为神经紊乱，如睡眠障碍，感觉障碍，最终癫痫发作，昏迷和死亡。

世界卫生组织的目标是到2020年消除HAT，但仍然需要为筛查和监测开发一种新的即时检测方法。 由于HAT是一种历史悠久的被忽视的热带传染病，因此项目团队将其作为诊断设备应用于寄生虫感染的原理证明。

基孔肯雅或CHIKV是通过伊蚊属的蚊子传播的甲病毒（alphavirus）。 它在世界几乎所有的热带地区都已经或者正在流行，并且正在慢慢蔓延到较冷的地区。 感染后的症状包括发热，畏光，头痛，关节和肌肉疼痛以及皮疹。 由于许多目前的传染病暴发涉及病毒，Mantis也可以检测这些疾病。