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Schnelle Detektion von SARS-CoV-2 mittels eines neuen elektronischen Biosensors – eine Zellkultur-Alternative zur Bestimmung des Infektiositäts-Status und ein Instrument zur frühen Erkennung von SARS-CoV-2 Varianten

Projektleitung
Klausberger Miriam, BOKU Projektleiter/in
Laufzeit:
01.09.2021-31.08.2023
Programm:
Einzelprojekte
Art der Forschung
Angewandte Forschung
Mitarbeiter*innen
Reithofer Manuel, Projektmitarbeiter/in
Beteiligte BOKU-Organisationseinheiten
Institut für Bioverfahrenstechnik
Institut für Molekulare Biotechnologie
Institut für Pflanzenbiotechnologie und Zellbiologie
Gefördert durch
Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) , Sensengasse 1, 1090 Wien, Österreich
Abstract
FORSCHUNGSKONTEXT
Die Infektionszahlen und die Zahl der Todesfälle durch COVID-19 steigen weltweit immer noch an. Länder sind hin- und hergerissen zwischen der Einführung weiterer Einschränkungen und der vorsichtigen Wiedereröffnung einiger Aspekte des wirtschaftlichen und öffentlichen Lebens. Gezielte Tests auf SARS-CoV-2 sind unerlässlich um die unkontrollierte Ausbreitung neuer SARS-CoV-2-Varianten zu verhindern. Die Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) aus respiratorischen Proben ist der aktuelle Goldstandard für die Diagnose und wir auch für den Nachweis von Mutationen verwendet. Diese Methode unterscheidet jedoch nicht ob in der Probe noch infektiöses Virusmaterial vorhanden ist, oder nur Spuren nicht-infektiösen viraler RNA. Das Viruswachstum in Zellkulturen ist ein direktes Maß für die Infektiosität einer Probe, eignet sich aber aufgrund der langen Durchlaufzeiten und der Notwendigkeit von Hochsicherheitslaboratorien nicht für die Routinediagnostik. Ein Schnelltest, der den SARS-CoV-2-Infektiositätsstatus von Patienten bestimmt, würde dem Gesundheitspersonal an vorderster Front ein dringend benötigtes Werkzeug für das klinische Patientenmanagement zur Verfügung stellen und könnte dazu beitragen, die Ausbreitung von COVID-19 einzudämmen. Gleichzeitig könnten dadurch wertvolle Ressourcen des Gesundheitssystems gespart und unnötig lange Quarantänezeiten für Patienten vermieden werden. Wir wollen diesen Engpass der gegenwärtigen COVID-19-Diagnose mit der Entwicklung eines innovativen Point-of-Care-Tests (POC) überwinden. Dieser soll es erlauben sowohl SARS-CoV-2-Varianten, als auch den Infektiositätsstatus eines Patienten zu bestimmen.

WISSENSCHAFTLICHE ZIELE
Herstellung des löslichen, trimären SARS-CoV-2-Spike-Proteins (S), der Rezeptor-Bindungsdomäne (RBD) und des löslichen ACE-2-Rezeptors sowie von ACE-2-Mutanten mit höherer Bindungsaffinität für S. Herstellung von rekombinanten Baculoviren und HIV-1 Gag Virus-ähnlichen Partikeln, die mit dem SARS-CoV-2-Spike-Oberflächenglykoprotein pseudo-typisiert sind und als Testanalyten fungieren. Unterscheidung von Wildtyp SARS-CoV-2 und der aktuell bedrohlichen Mutanten (z.B. B1.1.7,B.1.351, P1, etc.) auf Basis differentieller DNA-RNA (aus S-, N-, E-Regionen) Hybridisierung unter Verwendung klinischer Patientenproben. Verständnis der Adsorptionsmechanismen von Biooberflächen.

ANSATZWEISE
Unser Konsortium bündelt die Kräfte und kombiniert die komplementäre Expertise von drei Partnern, die folgende Bereiche abdecken: 1) innovatives elektronisches Biosensor-Design und -Konstruktion auf Basis bereits implementierter Systeme zur Detektion von Biomolekülen in Echtzeit (AIT), 2) die Expression rekombinanter, komplexer SARS-CoV-2-Antigene und Rezeptoren, sowie deren biochemische Analyse (BOKU) und 3) die Validierung von SARS-CoV-2-Diagnostika und den Zugang zu klinischen Patientenproben (MUW).

INNOVATION
Die Innovation des Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen und schnellen, elektronischen, diagnostischen POC-Tests, mit dem festgestellt werden kann, ob SARS-CoV-2 in einer Patientenprobe infektiös ist. Dies erreichen wir durch den Nachweis von genetischem Virusmaterial und intakten Virionen, basierend auf einer innovativen Biosensoroberfläche in einem elektronischen Gerät, referenziert durch ein optisches Messgerät.

PI/co-PIs: Robert Strassl, Anna Nele Herdina, Miriam Klausberger, Patrik Aspermair

Schlagworte
Sensorik; Diagnostik in der Medizin (301103); Virologie; Medizinische Biotechnologie;
elektronischer Biosensor; Infektiosität; neues Frühwarnsystem für Varianten; Point-of-care Test; SARS-CoV-2;
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