Unterstützung der Pandemievorsorge durch Virusgenomik und Sequenzierung

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Unterstützung der Pandemievorsorge durch Virusgenomik und Sequenzierung

Das CEVT wurde im März 2020 als Reaktion auf die COVID‑19-Pandemie gegründet. Es war die erste Einrichtung in Nord-Louisiana, die für die Durchführung und Analyse von PCR-Tests zugelassen war. Das Zentrum verarbeitete während der Delta-Welle wöchentlich bis zu 20.000 Abstriche aus der mittleren Nasenmuschel und startete, sobald Impfstoffe verfügbar waren, ein umfassendes Impfprogramm. Im Rahmen internationaler Bemühungen begann das CEVT außerdem mit der Sequenzierung von SARS-CoV-2-Isolaten, um das Virus besser zu verstehen, molekulare epidemiologische Arbeiten – wie Kontaktverfolgung und Studien zur Saisonalität – zu ermöglichen und künftige Impfstoffentwicklungen zu unterstützen. Dieser umfassende Ansatz für das Krankheitsmanagement brachte der Einrichtung schnell die wohlverdiente Anerkennung als Kompetenzzentrum für neu auftretende Virusbedrohungen durch das Louisiana Board of Regents. 

Dr. Krista Queen, Leiterin des Labors für Virusgenomik und Sequenzierung am CEVT, beschreibt die Beweggründe für die Gründung: „Das ursprüngliche Ziel des CEVT bestand darin, COVID‑19-Test- und Impfprogramme für unterversorgte und ländliche Gemeinden in Nord-Louisiana zu eröffnen. Wir begannen damit, Zehntausende Tests pro Woche durchzuführen und viele Menschen zu impfen, die andernfalls keinen Zugang zu potenziell lebensrettenden Impfungen gehabt hätten. Darüber hinaus hat der Sequenzierungsaspekt unserer Arbeit früh entscheidende Erkenntnisse zum Infektionsmechanismus und zur Entwicklung von SARS-CoV‑2 geliefert. Bis heute haben wir schon über 18.000 SARS-CoV-2-Genome sequenziert, und diese wertvollen Daten sind weiterhin eine wichtige Ressource für die Verfolgung und Kontrolle der Ausbreitung des Virus, wenn neue Wellen und Varianten auftauchen.“   

Dem CEVT stehen drei VOYAGER-Pipetten mit einstellbarem Spitzenabstand und einem Volumen von 50 µl zur Verfügung – eine mit 8 und zwei mit 12 Kanälen. Sie werden für die Probenreformatierung von Röhrchen in 96-Well-Platten für COVID‑19-Testverfahren verwendet. Außerdem werden die Pipetten für den Flüssigkeitstransfer und die Reinigung mit Beads im Genomsequenzierungslabor eingesetzt, in dem Mitarbeitende bis zu 800 Proben pro Woche bearbeiten. Dr. Queen hatte die Produkte von INTEGRA bereits in ihrer vorherigen Rolle am CDC verwendet und empfahl sie aufgrund ihrer positiven Erfahrungen auch den neuen Kollegen. Sie erklärt: „Der Transfer von Flüssigkeiten zwischen verschiedenen Arten von Laborgefäßen stellt für das Laborpersonal ein großes Problem dar, da die Probenreformatierung von Hand ein äußerst zeitaufwendiger und fehleranfälliger Prozess ist. Dank ihrem elektronisch einstellbaren Spitzenabstand ermöglichen die VOYAGER-Pipetten uns das einfache und schnelle Übertragen mehrerer Proben gleichzeitig zwischen Laborgefäßen unterschiedlicher Formate. Und weil sie präzise und reproduzierbar arbeiten, entfällt die Notwendigkeit, Pipettierprotokolle zu wiederholen. Dadurch werden aufwendige Reformatierungsschritte erheblich optimiert und wir können kurze Bearbeitungszeiten für COVID‑19-Tests einhalten. Dies hilft uns auch, schnell ein Bild von der Krankheitsprävalenz zu erstellen und regelmäßig die Datenbank zu beliefern, die Informationen für die Herstellung neuer Impfstoffe bereitstellt.“     

Dr. Queen fügt hinzu: „Die VOYAGER-Pipetten sind sehr benutzerfreundlich. Dank ihrem ergonomischen Design können wir sie über längere Zeiträume ohne körperliche Beschwerden verwenden. Außerdem ist die VIALINK-Software sehr intuitiv und lässt sich im Handumdrehen bedienen. Dies hat uns dabei geholfen, die Zeit zur Schulung neuer Benutzer oder zum Programmieren neuartiger Protokolle zu reduzieren.“   

Krista Queen ASSIST PLUS
Foto mit freundlicher Genehmigung des Center for Emerging Viral Threats (CEVT)

Zusätzlich zu den VOYAGER-Pipetten verwendet das COVID‑19-Testlabor zwei leichte elektronische VIAFLO-Pipetten für sich wiederholende Pipettier- und Mischschritte sowie eine tragbare elektronische MINI 96-Pipette für ein einfaches und genaues Befüllen von 384-Well-Platten – was bislang manuell erledigt werden musste und eine echte Herausforderung für die Laborkräfte war.“ MINI 96 beschleunigt die Testprozesse des Zentrums im Vergleich zum manuellen Pipettieren erheblich. Dadurch ist es möglich, enge Terminvorgaben einzuhalten und stets kurze Durchlaufzeiten zu erreichen. Die Pipette gibt dem Labor außerdem die Möglichkeit, seine Testprotokolle so zu skalieren, dass es von Woche zu Woche variierende und unvorhersehbare Probenmengen verarbeiten kann.   

Als die Zahl der COVID‑19-Erkrankungen zurückging, begann das CEVT, seine vielseitigen Pipettierlösungen zur Sequenzierung von Influenza- und RSV-Genomen einzusetzen. So kann die Entwicklung saisonaler Impfstoffe unterstützt werden, damit sie gegen neue Mutationen, die im Zuge der Virusentwicklung auftreten, wirksam sind. Der Ausbruch von Mpox (Affenpocken) in den USA motivierte das Zentrum dann, seine Testkapazitäten zu erweitern und mit der Überwachung des kommunalen Abwassers zu beginnen. Das macht deutlich, wie einfach die Produkte von INTEGRA je nach Bedarf an eine Reihe neuer Arbeitsabläufe angepasst werden können.  

Das Team für Virusgenomik hat kürzlich einen ASSIST PLUS-Pipettierroboter erworben, um das Liquid-Handling für diese neuartigen Protokolle, wie z. B. das Dispensieren von Master-Mix in ganze Platten, zu automatisieren. So haben die Mitarbeitenden mehr Zeit, andere wichtige Aufgaben im Labor zu erledigen. Dadurch können sie ihre Ressourcen effektiver nutzen und den Probendurchsatz erhöhen, um mit der wachsenden Nachfrage nach Tests Schritt zu halten. Außerdem wird die Wahrscheinlichkeit von Fehlern verringert und die Ergebnisse werden konsistenter. Die Verwendung des Einkanal-Pipettiermoduls D‑ONE für den ASSIST PLUS wird künftig die Master-Mix-Zubereitung optimieren und der Gruppe die erforderliche Flexibilität geben, neue Projekte zu entwickeln, zusätzliche Arbeitsabläufe für die Virussequenzierung zu erkunden und die Möglichkeiten des Labors zu erweitern.   

Abschließend fügt Dr. Queen hinzu: „COVID‑19 hat zweifellos das Potenzial der Virusgenomik aufgezeigt und deutlich gemacht, dass sie bei der Entwicklung neuer Tests, neuer Impfstoffe und Überwachungsprogramme eine wichtige Rolle spielen kann. Unsere neuen INTEGRA-Pipettierlösungen wie der ASSIST PLUS erhöhen die Kapazitäten unseres Labors und geben uns mehr Vertrauen in die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit unserer Ergebnisse. Gepaart mit den Lehren aus der jüngsten globalen Gesundheitskrise helfen diese wertvollen Produkte dem CEVT dabei, sein Ziel zu erreichen – nämlich das führende Überwachungslabor in der Region für die Erkennung neuer Viren und anderer Krankheitserreger zu werden.“ 

MINI 96 used to fill a 384 well plate