Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu (CITTRU)
Uniwersytet Jagielloński
strony wersji drukowanej: 28-33



Klasyczna diagnostyka infekcji mikrobiologicznych (bakteryjnych, grzybiczych czy wirusowych) oparta jest na metodach hodowli mikroorganizmów z krwi lub pozostałych płynów ustrojowych pacjentów. Metody te posiadają jednak liczne mankamenty m.in.: długi czas oczekiwania na wynik, niską czułość i specyficzność, które ograniczają możliwości ich skutecznego wykorzystania w codziennej praktyce mikrobiologicznej. Zdecydowanie bardziej efektywne są innowacyjne metody molekularne diagnostyki chorób infekcyjnych, coraz częściej stosowane w laboratoriach mikrobiologicznych. Pozwalają one wykryć czynnik etiologiczny bezpośrednio w materiale klinicznym (bez konieczności jego hodowli), umożliwiają identyfikację i typowanie mikroorganizmów, a także wykrywanie ich nowych mechanizmów oporności na leki. Można przypuszczać, iż w ciągu najbliższych lat nastąpi powszechne wprowadzenie molekularnych metod do standardowej praktyki diagnostycznej. Stale podejmowane są badania zmierzające do optymalizacji metod molekularnych: ulepszenia procedur analitycznych, zwiększenia liczby oznaczanych patogenów i lepszego doboru materiału badawczego. W działania te wpisują się również wynalazki naukowców Uniwersytetu Jagiellońskiego, którzy opracowali innowacyjne rozwiązania diagnostyczne pozwalające na skuteczniejszą, bardziej precyzyjną i szybszą diagnostykę zakażeń krwi tzw. sepsy, paciorkowcowych zakażeń perinatalnych oraz zakażeń wirusowych.


Uniwersytet Jagielloński
Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu (CITTRU)

  • wspiera współpracę nauki z biznesem podejmując szeroki zakres działań,
  • identyfikuje innowacyjne rozwiązania powstające na UJ i opracowuje optymalne modele ich wdrożenia oraz zapewnia kompleksową ochronę prawną wyników badań prowadzonych na Uniwersytecie,
  • opracowuje komercyjną ofertę dotyczącą gotowych do wdrożenia innowacyjnych rozwiązań badaczy UJ oraz ofertę badań, jakie mogą zostać przez nich wykonane na zlecenie przedsiębiorców,
  • poszukuje partnerów biznesowych zainteresowanych współpracą przy komercjalizacji lub też zakupem praw do technologii opracowanych na UJ,
  • negocjuje warunki współpracy i opracowuje stosowne dokumenty tworzące ramy prawne
  • wspólnych działań,
  • inicjuje i uczestniczy w licznych spotkaniach branżowych, targach i konferencjach, aktywnie promując nowe formy współpracy z biznesem.
dr Tomasz Gosiewski
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum, Wydział Lekarski, Katedra Mikrobiologii



Pracownik naukowo-dydaktyczny, adiunkt w Katedrze Mikrobiologii Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego. W pracy badawczej skupia się na opracowywaniu metod diagnostycznych do wykrywania zakażeń bakteryjnych i grzybiczych człowieka. Popularyzator nauki, który współpracuje od kilku lat z Uniwersytetem Dzieci, gdzie prowadzi warsztaty z mikrobiologii dla najmłodszych. Lubi książki z gatunku fantasy oraz wypady w góry.


OPIS WYNALAZKU:

Diagnostyka sepsy
Sepsa (posocznica) jest zespołem objawów organizmu pojawiających się w odpowiedzi na zakażenie. Jest to niewspółmierna do potrzeb reakcja układu odpornościowego człowieka, która może pojawić się w wyniku zakażenia krwi różnorodnymi gatunkami bakterii czy grzybów. Sepsa, ciężka sepsa i wstrząs septyczny to terminy określające nasilenie reakcji organizmu na zakażenie krwi. Sepsa stanowi bezpośrednie zagrożenie życia pacjenta, ponieważ w jej przebiegu dochodzi do niewydolności wielu kluczowych dla życia narządów, takich jak nerki, wątroba, serce i płuca. W USA w ciągu roku na sepsę zapada 750 tys. osób i jest ona przyczyną ok. 215 tys. zgonów [Lever, A. et al. (2008) Clinic Rev 335:879-83]. Z kolei w Unii Europejskiej z powodu ciężkiej sepsy umiera rocznie ok. 150 tys. chorych [Zieliński, A. et al. (2007) Przegl Epidemiol 61:177-87].

W leczeniu zakażeń krwi najważniejszym i najtrudniejszym problemem decydującym o skuteczności terapii i w konsekwencji o kosztach i czasie hospitalizacji jest skuteczna diagnostyka czynników wywołujących ogólnoustrojową odpowiedź zapalną w przebiegu sepsy. Materiałem poddawanym badaniu jest krew pobrana od pacjenta z objawami klinicznymi choroby. Największą trudność w diagnostyce powoduje bardzo mała liczba mikroorganizmów odpowiedzialnych za zakażenie i znajdujących się we krwi, lub ich okresowy wysiew. Dodatkowymi przeszkodami są również antybiotykoterapia wdrożona przed wykonaniem badań mikrobiologicznych, fagocytoza bakterii przez komórki żerne i konieczność pobrania kilku próbek krwi od jednego pacjenta.

Do metod diagnostycznych, które umożliwiają skuteczną, precyzyjną i szybką diagnostykę zakażeń krwi należą techniki biologii molekularnej takie jak PCR czy hybrydyzacja. Czułość tych metod znacznie przewyższa czułość metod hodowlanych. Jednakże obecnie dostępne systemy umożliwiają wykrywanie kilkunastu konkretnych gatunków drobnoustrojów lub pozwalają na detekcję teoretycznie każdego możliwego gatunku. Wymagane jest jednak sekwencjonowanie produktu PCR, co zwiększa z kolei koszty oraz wydłuża czas oczekiwania na wynik. Dodatkową trudność sprawia wyizolowanie matrycy DNA o odpowiedniej jakości i wysokim stężeniu.

Badania naukowców Uniwersytetu Jagiellońskiego pozwoliły na opracowanie skutecznej molekularnej diagnostyki sepsy poprzez:

  • optymalizację izolacji DNA z krwi przedstawicieli 4 grup mikroorganizmów o różnej
  • budowie ściany komórkowej: Escherichia coli (Gram-), Staphylococcus aureus (Gram+), Candida albicans (grzyby drożdżopodobne) i Aspergillus fumigatus (grzyby strzępkowe),
  • opracowanie metodyki amplifikacji DNA, w tym: zminimalizowanie wpływu inhibicji polimerazy i uzyskanie jak najwyższej czułości metody.




Wstępna preparatyka próbek krwi w celu uzyskania wysokiej jakości matrycy do reakcji PCR:

  • połączenie lizy enzymatycznej, mechanicznej oraz termicznej
  • zmniejszenie do minimum stężenia hemu w próbce, dzięki czemu reakcja PCR nie jest
  • hamowana
  • brak konieczności używania specjalnych chemicznych protektorów polimerazy DNA
  • zwiększenie czułości detekcji mikroorganizmów we krwi (już od 100 CFU/ml)
  • uproszczona metodyka izolacji DNA
  • zmniejszenie kosztów metody
  • wyniki objęte zgłoszeniem patentowym.



Identyfikacja bakterii Gram-dodatnich, Gram-ujemnych, grzybów drożdżowych i pleśniowych – metoda NESTED Multiplex real-time PCR:

  • objęcie całości panelu mikroorganizmów bakteryjnych i grzybiczych, z różnicowaniem
  • na bakterie Gram-ujemne, Gram-dodatnie, grzyby drożdżopodobne i grzyby pleśniowe
  • jednoczesna amplifikacja co najmniej 2 sekwencji DNA, co pozwala na jednoczesną detekcję bakterii i grzybów, bez oczekiwania na wynik elektroforezy DNA
  • zastosowanie systemu (lub systemów – do weryfikacji) Nested pozwala na zwiększenie czułości metody detekcji o dwa rzędy wielkości w porównaniu do PCR jednostopniowego
  • możliwość wykorzystania metody do wykrywania tylko bakterii lub tylko grzybów, lub do jednoczesnego wykrywania zarówno grzybów jak i bakterii, co wpływa na obniżenie kosztów badania
  • możliwość wytypowania konkretnego gatunku drobnoustroju po przeprowadzeniu sekwencjonowania produktu PCR
  • wyniki objęte zgłoszeniem patentowym.



dr Monika Brzychczy-Włoch
Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum, Wydział Lekarski, Katedra Mikrobiologii



Pracuje na stanowisku adiunkta w Katedrze Mikrobiologii UJ CM, gdzie w ramach projektów finansowanych z Narodowego Centrum Nauki prowadzi badania naukowe poświęcone zakażeniom u kobiet w ciąży i noworodków. W II edycji konkursu „Innowacja jest Kobietą” organizowanego przez Fundację Kobiety Nauki otrzymała dyplom uznania za prace nad innowacyjnym testem diagnostycznym umożliwiającym potwierdzenie zakażeń Streptococcus agalactiae (ang. Group B Streptococcus, GBS) u kobiet w ciąży. Laureatka prestiżowej nagrody Morrison Rogosa Award przyznanej przez American Society for Microbiology. Członek ASM, ESCMID, PTM, PTPP oraz PTZS. Prywatnie szczęśliwa mama dwójki synów. Uwielbia kontakt z przyrodą, dalekie podróże oraz aktywny wypoczynek z całą rodziną. Od kilku lat jej pasją jest jazda konna w Bieszczadach. Jako popularyzator nauki współpracuje z Uniwersytetem Dzieci, gdzie prowadzi warsztaty z mikrobiologii dla najmłodszych.


OPIS WYNALAZKU:

Diagnostyka zakażeń i nosicielstwa paciorkowców grupy B kobiet w ciąży
Streptococcus agalactiae to gatunek paciorkowców β-hemolizujących, wg. klasyfikacji R. Lancefield zaliczany do grupy serologicznej B (ang. Group B Streptococcus, GBS). Drobnoustroje te kolonizują przewód pokarmowy oraz układ moczowo-płciowy 10-30% kobiet. Jeśli ich nosicielką jest kobieta ciężarna, to istnieje duże, szacowane na 70%, ryzyko transmisji tych patogenów na dziecko. S. agalactiae jest jednym z najważniejszych, bakteryjnych, czynników etiologicznych zakażeń, do których może dojść zarówno w trakcie trwania ciąży, jak i w trakcie porodu na skutek kontaktu noworodka z drobnoustrojami obecnymi w drogach rodnych matki. Do najpoważniejszych konsekwencji kolonizacji organizmu noworodka przez GBS należą zarówno wczesne zakażenia (przyjmują one postać sepsy cechującej się wysoką śmiertelnością) oraz zakażenia późne przebiegające pod postacią zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych, sepsy i zapalenia płuc. Paciorkowce grupy B mogą także stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia rodzącej. Bywają one bezpośrednim czynnikiem etiologicznym poporodowego zapalenia błony śluzowej macicy, bakteriemii w następstwie cięcia cesarskiego oraz bezobjawowej bakteriurii w przebiegu ciąży i/lub po porodzie.

Według rekomendacji Polskiego Towarzystwa Ginekologicznego z 2008 roku, w okresie między 35 a 37 tygodniem ciąży u wszystkich kobiet ciężarnych należy wykonać badanie w kierunku nosicielstwa paciorkowców β-hemolizujących. Potwierdzenie obecności GBS jest wskazaniem do wdrożenia u ciężarnej okołoporodowej profilaktyki antybiotykowej. Proponowane rozwiązanie nie jest jednak w pełni skuteczne, gdyż nie ogranicza rozwoju zakażeń w grupie noworodków przedwcześnie urodzonych oraz nie zabezpiecza przed rozwojem późnych zakażeń rozwijających się między 7 dniem a 3 miesiącem życia. Ponadto, coraz częściej problem zakażeń o etiologii GBS dotyka innych grup pacjentów, w tym szczególnie chorych w immunosupresji lub pacjentów geriatrycznych.


Na 1000 żywo urodzonych dzieci zakażenia spowodowane przez S. agalactiae występują u 0,2-6,64 noworodków, a śmiertelność w tej grupie pacjentów sięga nawet 30% [Jahromi, B. et al. (2008) Arch Iran Med 11:654-7; Spellerberg, B. (2000) Microbes Infect 14:1733-42].


Szybka diagnostyka w kierunku nosicielstwa oraz zakażeń wywołanych przez GBS gwarantuje natychmiastowe wdrożenie ukierunkowanej profilaktyki lub leczenia. Tradycyjnie stosowane metodydiagnostyki, wykorzystywane do badania nosicielstwa GBS u kobiet ciężarnych, oparte są na metodzie hodowli, którą cechuje niska czułość oraz długi czas (do kilku dni) oczekiwania na wynik. Jednakże brakuje obecnie szybkich testów diagnostycznych, które umożliwiają potwierdzenie nie tylko nosicielstwa, ale przede wszystkim zakażeń wywołanych przez S. agalactiae.


Test diagnostyczny zakażeń S. agalactiae:

  • pierwszy test immunoenzymatyczny typu ELISA do wykrywania przeciwciał skierowanych przeciwko immunoreaktywnym białkom ISA1-4 S. agalactiae, stanowiący uzupełnienie i poszerzenie klasycznej metody diagnostyki, charakteryzujący się krótkim czasem oznaczenia, wysoką czułością i specyficznością
  • szerokie spektrum detekcji testu pozwalające na określenie statusu serologicznego pacjentów
  • z rozróżnieniem na pacjentów seropozytywnych, w tym kategoryzacja na pacjentów
  • z nosicielstwem S. agalactiae oraz na pacjentów z zakażeniem, a także na pacjentów seronegatywnych
  • możliwość badania różnych materiałów, w tym: surowic, osocza, płynu mózgowo-rdzeniowego
  • konkurencyjna cena, z możliwością jej obniżenia, w stosunku do metod molekularnych charakteryzujących się podobną czułością i specyficznością
  • możliwość zastosowania we wszystkich laboratoriach diagnostycznych z uwagi na brak konieczności stosowania drogiego, specjalistycznego sprzętu oraz wysoko wykwalifikowanego personelu
  • możliwość wykazania odpowiedzi układu immunologicznego na patogen (wczesna diagnostyka zakażeń), jakiej nie dają obecnie dostępne testy molekularne
  • technologia rozwijana we współpracy z Instytutem Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Ludwika Hirszfelda Polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu (prof. dr hab. Andrzej Gamian, dr Sabina Górska, dr Ewa Brzozowska)
  • wyniki objęte zgłoszeniem patentowym.