Verenigingen

SARS-CoV-2 krijgt een nieuwe tegenstander: de MS-test

KVCV | vrijdag 9 april 2021

Het labo Farmaceutische Biotechnologie van de UGent heeft voor het eerst massaspectrometrie gebruikt om een snelle en goedkope diagnose te stellen die de druk op de huidige testcapaciteit van COVID-19 kan verlichten.

Diagnostische tests herkennen unieke moleculaire handtekeningen van pathogenen. Deze kunnen de vorm aannemen van kleine moleculen of macromoleculen (nucleïnezuurketens, eiwitten, koolhydraten of lipiden). DNA en RNA vertegenwoordigen voor de hand liggende targets vanwege de mogelijkheid om deze moleculen te amplificeren aan de hand van PCR.

Elke dag worden dan ook miljoenen PCR-tests uitgevoerd, die een threshold cycle of Ct-waarde rapporteren. Hoewel deze efficiënt, automatiseerbaar en aanvaardbaar goedkoop zijn, kan de wereld niet op één technologie vertrouwen. Soms worden reagentia voor RNA-extractie schaars en vals-positieve en negatieve resultaten zijn moeilijk te valideren. Voor de ontwikkeling van een vaccin werd ten slotte ook niet op slechts één strategie gerekend.

Neusuitstrijkjes

Er is met andere woorden behoefte aan een orthogonale diagnostische test die gericht is op een andere biomolecule. Eiwitten zijn daarvoor aantrekkelijke doelwitten die historisch vooral zijn gedetecteerd met behulp van antilichamen, die echter bestaan in verschillende kleuren en smaken die elk iets andere resultaten opleveren. Daarom wilden wij SARS-CoV-2-eiwitten detecteren door middel van massaspectrometrie (MS).

Binnen de twee weken hadden we zeventien peptiden geïdentificeerd in neusuitstrijkjes met onze hoge-resolutie MS-instrumenten door gebruik te maken van nieuwe data-analysemethode die gebaseerd is op machine learning. Meer bepaald kunnen we voor eender welk peptide het fragmentatiespectrum voorspellen zoals het zal worden gemeten op een MS-instrument. In combinatie met nieuwe data-acquisitiestrategieën kunnen we zo sneller peptiden van non-model organismen identificeren.

Het grootste voordeel aan deze nieuwe data is dat ze ook heel vlot kan worden vertaald naar de klinisch meer toepasbare tandem quadrupool MS-instrumenten. Deze instrumenten worden nu al gebruikt in neonatale diagnostiek (de hielprik bijvoorbeeld) en kunnen zonder verdere aanpassingen aan huidige standaardprotocollen worden ingezet om deze SARS-CoV-2 peptiden te detecteren. Dit zijn de gevoeligste MS-instrumenten op de markt en dat is ook nodig om die kleine hoeveelheden viraal eiwit te vinden in een neusuitstrijkje met heel wat andere eiwitten erin. Eigenlijk is dat voor MS zelfs de grootste uitdaging in vergelijking met PCR: de grote variabiliteit zowel in instrumenten als in de buffers waarin de uitstrijkjes worden vervoerd.

Open source software

Om die variabiliteit aan te pakken, werd een consortium opgericht: Cov-MS. Daarbij werden MS-leveranciers (waaronder het COVID-19 Innovation Response Team van Waters Corporation alsook Sciex), een bedrijf voor interne standaarden (PolyQuant) en meer dan een dozijn academische labo’s samengebracht. Ze kregen elk een open-source software template met alle biomerker peptiden (Skyline), een SOP om een methode op te zetten op een tandem quadrupool instrument en een kit met verdunningsreeksen van recombinante virale eiwitten in een achtergrond van een neusuitstrijkje van een gezonde onderzoeker. Wat een onderzoeker lijden kan…

Door alle data terug samen te brengen konden zo de huidige instrumentele mogelijkheden in kaart worden gebracht. In parallel werden ook stalen van honderd patiënten geanalyseerd. Zo werd aangetoond dat de signaalintensiteit van eiwitten sterk correleert met diagnostische Ct-waarden van PCR-gebaseerde tests. Dit toont aan dat MS dus op korte termijn een waardevolle aanvulling kan zijn om de testcapaciteit te verhogen.

Algemeen genomen is staalvoorbereiding voor eiwitdetectie sneller (minder dan twintig minuten) en potentieel goedkoper dan die voor RNA-detectie en maakt het gebruik van direct verkrijgbare reagentia. Heel recent hebben we nog een innovatieve verrijking aan het protocol toegevoegd, zijnde peptide-immunoprecipitatie (SISCAPA). Hiermee wordt de test automatiseerbaar en meerdere malen gevoeliger en is het niet langer van belang in welke matrix de virale peptiden zich bevinden. Het nadeel is echter dat het tot een jaar duurt om deze peptide-immunoprecipitatie mogelijk te maken.

Moonshot Project

Meer bepaald worden bepaalde peptiden die wij met de CoV-MS-test kunnen detecteren, ingespoten bij konijnen, die er antilichamen tegen aanmaken. Als deze antilichamen vervolgens worden gekoppeld aan magnetische beads, dan kan je de gebonden virale peptiden uit het staal isoleren. Omdat er niets anders meer in deze stalen zit, kan het staal ook nog eens sneller worden gemeten, waardoor er tot 800 stalen per instrument per dag kunnen worden gelopen. En er werden al patiënten gediagnosticeerd met een Ct-waarde hoger dan 30!

Het is nu nog een kwestie van weken of maanden voor deze test op grotere schaal zal worden uitgerold in de kliniek, in het kader van het Moonshot Project in het Verenigd Koninkrijk. Maar wat deze snelle innovatieve en parallelle diagnostische test zo bijzonder maakt, is dat hij tot stand kwam door zelden geziene samenwerking tussen academia en industrie en het openlijke delen van resultaten. Het was een blik in een alternatieve realiteit waar wetenschap niet wordt voortgestuwd door onderlinge competitie maar door een gemeenschappelijk doel en objectief wetenschappelijke gedrevenheid.

Maarten Dhaenens, voorzitter KVCV sectie Proteomics

KVCV

Lid worden van de KVCV? Ontdek de voordelen!

Logo KVCV

KVCV Facebook

De KVCV is ook op Facebook te vinden:

facebook

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van Mens & Molecule.

Meld je nu aan!