Diagnostisering av infektionssjukdomar i låginkomstländer med underutvecklad infrastruktur i sammarbete med FN organet FAO/IAEA Diagnosing infectious diseases in low-income countries and regions, having under-developed infrastructures in collaboration with the UN organ FAO Defined by the WHO, zoonotic diseases are those diseases and infections that are naturally transmitted between vertebrate animals and man with or without an arthropod intermediate. Such diseases represent one of the leading causes of illness and death from infectious disease. In most developing countries, zoonotic diseases are among those diseases that contribute significantly to an already overly burdened public health system. Infectious and parasitic diseases rank second among the "top killers" of the world and in low-income countries, especially in Africa, these diseases are even the dominant causes of death. The countrywide economic loss due to zoonotic disease is immense, cementing poverty and underdevelopment in many regions of the world.  The two populations whose biological and social realities put them at greater risk for the negative impacts of zoonotic diseases are women and children.  The present project will, in a multidisciplinary collaboration between a PhD student to be employed in the project and senior researchers at Uppsala University, the UN organ FAO/IAEA labs in Africa, Stockholm University, the Technical University of Denmark (DTU) and the Swedish University of Agricultural Sciences, develop a novel, sensitive, low-cost, diagnostics unit, providing an efficient analytical platform for detection of pathogens causing zoonotic infections in under-developed countries.   The unit is based on state-of-the-art nano- and biotechnology and combines analysis of changes in rotation dynamics of probe-tagged magnetic nanobeads with a single-molecule detection approach which applies padlock ligation technique and rolling circle amplification (RCA) of the probed pathogen biomolecules (RNA and DNA).    Specifically the project contains a number of well-defined, subtasks including:  • Optimization and development of DNA-base detection of organisms having constant target sequence (first 18 months) and RNA-base detection of organisms having variable target sequence (year 1.5-3.5). This work includes extraction and purification of DNA/RNA target from samples received from the above mentioned labs in Africa as well as design of padlock probes and capture probes.  • Optimization of the conjugation protocol used for attaching biomolecules on the surface of the magnetic nanobeads (first 24 months).  • Measurements of the RCA products formed from the new padlock probes using the bead-based magnetic bioassay in a commercial AC suceptometer (year 2-3.5). This includes: Determining the limit of detection for the different pathogens, detection of antimicrobial resistance and resistant clones (salmonella and campylobacter), detection of a wide range of different strains of E. coli, investigation of mixed viral populations, subpopulations and individual copies of Avian influenza virus, West Nile virus and Rift Valley Fever virus in clinical samples, introducing new variants of the three viruses in the diagnostic assay.  • Detection of pathogen targets in a working prototype of an on-chip magnetoresistive sensor based on the planar Hall effect developed in collaboration with DTU (years 3-5). This includes having 1-3 working prototypes ready for on-site tests at the FAO/IAEA connected labs in Kenya, Uganda, Mozambique, the Ivory Coast, Ghana, and/or Angola in order to get immediate feedback regarding both handling and robustness of the prototype.  It is, to our knowledge, the first detection principle that combines high sensitivity with potentially very low production cost and being easy to use, making it suitable for early diagnoses of people living in close proximity to livestock and poultry in areas lacking advanced healthcare units. It should thus be suitable for hindering the spread of epidemics severely affecting the most vulnerable people in low income countries while simultaneously contributing to a more sustainable food production. Ungefär 75 procent av de nya typer av infektioner som har drabbar människor under de senaste 10 åren är zoonoser; sjukdomar som orsakas av mikroorganismer som överförs mellan djur och människor. Detta beror bland annat på störningar i den ekologiska balansen, som t.ex. klimatförändringen, befolkningsökningen och urbanisering i u-länder samt ökat resande. I låginkomstländer, särskilt i Afrika, utgör infektionssjukdomar den dominerande dödsorsaken. De ekonomiska förlusterna för länder som är hårdast drabbade av zoonoser är enorma, vilket cementerar fattigdom och underutveckling i många delar av världen. I syfte att minimera och även eliminera spridningen av sjukdomar från djur till människor i u-länder, är tidiga diagnoser av boskap, fjäderfä och människor som bor och arbetar i nära anslutning till djuren avgörande. Dagens avancerade diagnostik kräver tillgång till välutrustade labb eller sjukhus, något som allvarligt hindrar underutvecklade regioner att dra nytta av de stora framsteg i bioteknik som har skett under de senaste decennierna. Målet med detta projekt är att utveckla en ny typ av känsliga och billiga diagnostikenheter som är enkla att använda och som inte kräver tillgång till avancerade sjukvårdsenheter för att möjliggöra snabb detektion av patogener som orsakar zoonotiska infektioner i underutvecklade länder. Detta kommer att göras i samarbete med FN organet FAO/IAEA och deras labb i bl.a. Kenya, Uganda, Mocambique, Elfenbenskusten, Ghana, Angola och Sydafrika. Baserat på tidig upptäckt, kombinerat med känslig, specifik och snabb identifiering av nya och framväxande patogener, kan infektioners spridningsvägar snabbt skäras av, lämpliga skyddsåtgärder kan omedelbart sättas in och epidemier elimineras. Detektionsprincipen som används i detta projekt kombinerar en molekylär avläsningsprincip med analys av hur rotationsrörelser hos magnetiska nanopartiklar (NP) ändras när provet som testas innehåller komplementära DNA-sekvenser till det igenkännings-DNA som bundits till NP-ytan. Den förstnämnda principen använder sig av så kallade hänglåsprober och rullande cirkel amplifiering (RCA) av molekylerna som detekteras i provet och innebär att testerna har möjlighet att göras flera tusen gånger känsligare än andra magnetodynamiska utläsningsformat. När enheten aktiveras exciteras ett växlande magnetfält i sensorelementet vari en vätska innehållande funktionaliserade NP och RCA-produkter befinner sig. Sensorn läser av ändringen i nanopartiklarnas magnetiska svar på magnetfältet och beroende på applikationsområde får användaren antingen ett JA- eller NEJ-svar på om provet innehöll det man letade efter eller mer kvantitativ information om flera olika målmolekyler i provet (avancerad diagnostik). I detta projekt ska detektion av virus som orsakar fågelinfluensa, West Nile-feber och Rift Valley-feber samt bakterier som Salmonella, Campylobakter och E.Coli, (dvs både DNA och RNA baserade patogener) utvecklas.  Detektionsprincipen är, så vitt vi vet, den första som kombinerar hög känslighet och robusthet med mycket enkel hantering vilket möjliggör användning utan höga krav på utbildningsnivå. Den kommer dessutom att implementeras på en integrerad plattform som bygger på smarta och billiga elektromagnetiska komponenter som inte innehåller dyra optiska element vilket öppnar upp för mycket låga produktionskostnader. Detta gör detektionsprincipen lämplig för tidig diagnos av boskap, fjäderfä och människor som bor och arbetar i nära anslutning till djuren i områden som saknar avancerade sjukvårdsenheter i syfte att hindra spridningen av epidemier som drabbar de mest utsatta människorna i låginkomstländer hårt och samtidigt bidra till en mer hållbar livsmedelsproduktion i dessa länder. Vi hoppas att projektet skall bidra till att människor i u-länder får möjlighet att kunna dra nytta av de enorma framsteg som gjorts inom bioteknologi och som bidragit att vi i industrialiserade länder har fått mycket bättre kontroll över vår egen hälsa. Pro