Slovenci vodilni v prepoznavanju bioterorističnih agensov s sekvenciranjem naslednje generacije


Bojan Papić, zn. sod. dr. Darja Kušar, zn. sod. dr. Jana Avberšek: Bioterorizem predstavlja grožnjo nacionalni in mednarodni varnosti. Klasične metode za ugotavljanje in identifikacijo tovrstnih agensov (npr. gojiščne preiskave, PCR) so lahko hitre in zanesljive, vendar so usmerjene in praviloma ne omogočajo ugotavljanja specifičnih genetskih sprememb, ki so odgovorne za stopnjo virulence izolata. S pojavom sekvenciranja naslednje generacije (angl. next-generation sequencing, NGS) je možen  vpogled v celotni genetski material proučevanih mikroorganizmov ali vzorcev, kar nam omogoča identifikacijo vrste (seva) in ugotavljanje genetskih sprememb (npr. namenski vnos zapisa za dejavnik virulence).
Po drugi strani metoda NGS predstavlja svojevrsten izziv zaradi zahtevne bioinformacijske obdelave velike količine pridobljenih sekvenčnih podatkov.

Z namenom vpogleda v trenutno stanje pripravljenosti držav za ugotavljanje bioterorističnih agensov z metodo NGS – specifično z metodo sekvenciranja celotnih  genomov (angl. whole-genome sequencing, WGS) – je ameriška organizacija ‘United Nations Secretary-General’s Mechanism for Investigation of Alleged Use of Chemical, Biological or Toxin Weapons’ (UNSGM) v sodelovanju z ‘Danish Technical University’ (DTU) v letu 2018 organizirala medlaboratorijsko kontrolo. K sodelovanju je pozvala številne referenčne laboratorije po celem svetu.

Ker ima Inštitut za mikrobiologijo in parazitologijo VF z Ministrstvom za obrambo RS sklenjeno pogodbo za strokovno svetovanje in ukrepanje v primeru napada z biološkim orožjem, smo v tej medlaboratorijski kontroli sodelovali tudi mi (laboratorij za molekularno bakteriologijo).

Medlaboratorijska kontrola je bila namenjena identifikaciji mikrobne vrste, ugotavljanju morebitnih namernih genetskih sprememb (vnosa ali izbrisa zapisov za dejavnike virulence) ter ugotavljanju usposobljenosti laboratorija za oceno biološkega tveganja. V izmišljenem (a vendar realističnem) scenariju za medlaboratorijsko kontrolo je osumljeni delavec v mikrobiološkem laboratoriju pustil 36 neoznačenih vzorcev – potencialnih bioterorističnih agensov. Na voljo so bila njihova genomska zaporedja. Za katero vrsto gre? Ali je ta vrsta bioteroristični agens? Ali je izolat v vzorcu osumljeni gensko spremenil (GSO) in s tem vplival na njegovo virulenco?

Na zgoraj našteta vprašanja smo sodelujoči laboratoriji morali odgovoriti v enem mesecu po prejemu genomskih zaporedij, popolnoma po lastnih idejah, ter za ta namen uporabiti poljubna bioinformacijska orodja in lastno strokovno presojo. V testu so sodelovali javnozdravstveni, veterinarski in splošni mikrobiološki laboratoriji ter laboratoriji, specializirani za biološko obrambo. Sodelujoče inštitucije so bile razporejene globalno. Nekatere države so sodelovale z več laboratoriji. Sodelovalo je skupno 60 laboratorijev. Inštitut za mikrobiologijo in parazitologijo VF UL (Bojan Papić, Darja Kušar, Jana Avberšek) se je med sodelujočimi laboratoriji odrezal  najbolje, in sicer z uspešnostjo 94,3 %. Dobro so se izkazali tudi laboratoriji iz Kitajske, Norveške, Nemčije, Švedske, Portugalske, Velike Britanije, Švice, ZDA,
Francije, Singapurja, Belgije, Italije in Avstralije, z uspešnostjo od 91,4 % do 82,3 %. Večina sodelujočih inštitucij (44/60) je imela manj kot 80-odstotno uspešnost. Rezultati kažejo, da je Slovenija zelo dobro pripravljena na morebitno prepoznavanje bioterorističnih agensov z NGS. Sicer pa je zaskrbljujoča splošna slaba uspešnost sodelujočih inštitucij, kar kaže na potrebo po usposabljanju osebja na področju bioterorizma in bioinformacijske obdelave podatkov NGS.