BioMérieux und Oxford Nanopore gehen mit Pakt zur Diagnose von Infektionskrankheiten neue Wege

NEW YORK – Die routinemäßige klinische Diagnose von Infektionskrankheiten auf der Grundlage von Sequenzierung der nächsten Generation ist einem echten Wendepunkt näher gekommen, da zwei der größten Player in diesen Märkten – BioMérieux bzw. Oxford Nanopore Technologies (ONT) – letzte Woche bekannt gegeben haben, dass sie arbeiten gemeinsam neue Anwendungen erforschen.

Die nicht exklusive Vereinbarung, die mit der Eröffnung des Europäischen Kongresses für klinische Mikrobiologie und Infektionskrankheiten (ECCMID) in Kopenhagen zusammenfällt, wird für beide Unternehmen der erste große Vorstoß in die NGS-basierte Diagnostik von Infektionskrankheiten sein. Dies geschieht ein Jahr, nachdem Oxford Nanopore die Gründung einer Diagnostik-Tochtergesellschaft angekündigt hat, deren Ziel die Diagnostik von Infektionskrankheiten ist.

Mark Miller, Executive VP und Chief Medical Officer bei BioMérieux, sagte in einem Interview bei ECCMID, dass ein internationales In-vitro-Diagnostikunternehmen wie BioMérieux „in diesem Geschäft nicht tätig sein und die Sequenzierung ignorieren kann“.

Die Partnerschaft beginne mit drei Projekten, die sich im Zeitplan unterscheiden, sagte Miller. Das erste Projekt dient der Überwachung von Infektionskrankheiten und der Überwachung von Ausbrüchen, wobei die Unternehmen die epidemiologische Interpretationssoftware Episeq von BioMérieux anhand von ONT-Sequenzierern generierter Daten validieren. BioMérieux ist mit diesem Thema bereits einigermaßen vertraut: Im Jahr 2014 arbeitete das Unternehmen mit Illumina zusammen, um Episeq mit Illumina-Sequenzierungsplattformen für Überwachung und klinische Forschung zu validieren und gemeinsam zu vermarkten.

Dieses Projekt könnte innerhalb der nächsten 12 Monate abgeschlossen sein, sagte Miller und werde ein erster Meilenstein sein, der zeigt, dass die Unternehmen erfolgreich zusammenarbeiten können und dass sich die Nanoporensequenzierung zur Identifizierung und Typisierung infektiöser Organismen eignet.

In einem mittelfristigen Projekt planen die Partner, eine sequenzierungsbasierte Plattform für Tuberkulose-Arzneimittelresistenztests klinisch zu validieren und möglicherweise auf die behördliche Einreichung vorzubereiten.

ONT verfügt bereits über einen Workflow für die schnelle Profilierung arzneimittelresistenter Tuberkulose, der in Zusammenarbeit mit dem Quadram Institute Bioscience entwickelt wurde. BioMérieux wird dabei helfen, ihn zunächst für Forschungszwecke und dann für IVD weiterzuentwickeln, indem er Probenvorbereitungskomponenten sowie Dateninterpretation und -berichterstattung hinzufügt und dann hilft die notwendigen Daten und Dokumentationen zu generieren, „um diesen IVD-Pfad einzuschlagen“.

Emma Stanton, VP Clinical bei ONT, sagte in einer E-Mail, dass in Bezug auf Tuberkulose „die bestehenden Techniken entweder sehr langsame Multi-Drug-Readouts (Kultur) oder schnelle Single-Drug-Readouts (PCR) ermöglichen. Unser Ziel ist es, das Beste aus beiden Welten zu liefern.“ mit diesem TB-MDR-Assay.“

Sie stellte fest, dass die Anzahl der Krankheitserreger und antimikrobiellen Resistenzmarker, die mit der PCR untersucht werden können, begrenzt sei. „Zum Beispiel kann der [Cepheid] „Mit der Nanoporensequenzierung können [mehr als] 1.400 Mutationen in 24 Genen nachgewiesen werden, die mit einer Resistenz gegen 16 Anti-TB-Medikamente verbunden sind.“

Längerfristig werden BioMérieux und ONT die Entwicklung eines Tests untersuchen, um das Vorhandensein von Bakterien zu erkennen und Antibiotikaresistenzen in normalerweise sterilen Körperflüssigkeitsproben zu bestimmen. Dies könnte Patienten mit einer Blutkreislaufinfektion, einem Abszess oder Flüssigkeit aus einer infizierten Stelle wie Peritonealflüssigkeit, Pleuraflüssigkeit, Synovialflüssigkeit oder Liquor cerebrospinalis umfassen – „überall dort, wo wir eine sequenzbasierte ID und Resistenzbestimmung benötigen“, sagte Miller. „Das erfordert ziemlich viel Arbeit auf der Seite der Probenvorbereitung … [und] Sensibilität und Interpretation. Für die Interpretation der Sequenzierungsinformationen werden riesige Datenbanken erforderlich sein.“

Die Partnerschaft spiegelt den Markttrend wider, das Potenzial der Sequenzierung zu erforschen, um viel mehr diagnostische Informationen als der Goldstandard der molekularen Tests, die PCR, zu liefern, was sie besonders attraktiv für Anwendungen wie antimikrobielle Resistenztests macht, die mehr als eine Ja- oder Nein-Antwort erfordern.

„Viele der Kliniker, mit denen ich dieses Jahr auf der ECCMID gesprochen habe, können potenzielle Anwendungen für die Nanoporensequenzierung in einer Reihe klinischer Bereiche erkennen“, sagte Stanton vom ONT. „Sie schätzen die schnelle und genaue Identifizierung mikrobieller Krankheitserreger und damit verbundener antimikrobieller Resistenzen direkt aus klinischen Proben. … Die Möglichkeit, eine kleine Anzahl von Patientenproben innerhalb von Stunden kostengünstig zu testen und gleichzeitig umfassendere Informationen als andere Schnelltests (z. B. PCR) bereitzustellen.“ allen genannten Anwendungen gemeinsam.“

Für alle drei ihrer Projekte werden die Unternehmen „Lösungen entwickeln, die die Produktpalette von Oxford Nanopore und BioMérieux nutzen, basierend auf dem, was geeignet ist, um die Anforderungen des jeweiligen Schwerpunktbereichs zu erfüllen“, fügte Stanton hinzu und merkte jedoch an, dass es sich wahrscheinlich um GridIon von ONT handelt Die Sequenzierungsplattform werde ein „führendes Gerät für diese Analysen“ sein.

Die drei Bedürfnisse klinischer Labore

Als BioMérieux damit begann, nach Möglichkeiten zu suchen, tiefer in die Sequenzierung von Infektionskrankheiten einzutauchen, „wussten wir, dass klinische Labore drei wichtige Dinge benötigen, ob Sequenzierung oder nicht – sie wollen Genauigkeit, Geschwindigkeit und Erschwinglichkeit“, sagte Miller. „Und als wir begannen, uns intern mit der Sequenzierung für die Diagnose von Infektionskrankheiten zu befassen … kamen diese drei Faktoren immer wieder zur Sprache.“

In den letzten Jahren habe ONT große Fortschritte bei der Erfüllung all dieser Kriterien gemacht, sagte er, und BioMérieux „begann zu erkennen, dass das ONT-System heute im Hinblick auf eine klinische IVD-Lösung für Infektionskrankheiten viel besser für Labore geeignet ist.“ Wir erkennen die Exzellenz von Illumina an, aber für die Schlüsselkriterien für eine IVD bei Infektionskrankheiten ist Nanopore viel besser geeignet.“

Im Hinblick auf den Wettbewerb mit anderen Sequenzierungsplattformen ist es kein Geheimnis, dass ONT bei der Rohlesegenauigkeit zurückgeblieben ist. Miller bemerkte jedoch, dass sich das Unternehmen in diesem Bereich weiter verbessert, auch wenn dies für viele Anwendungen zur Diagnose von Infektionskrankheiten möglicherweise kein so entscheidendes Merkmal ist.

„Bei Infektionskrankheiten … kommt es immer darauf an, ob es für diese Anwendung gut genug ist?“, sagte Miller. „Für viele Anwendungen ist keine unglaubliche Tiefe [und] Abdeckung erforderlich … Sie benötigen eine gezielte „ausreichend gute“ Abdeckung, die Nanopore in kurzer Zeit erstaunlich gut leistet.“

Auf einem vom ONT gesponserten Symposium am ECCMID wiederholte Alban Ramette, leitender Forscher am Institut für Infektionskrankheiten der Universität Bern in der Schweiz, einige dieser Punkte und präsentierte einige frühe Benchmarking-Daten, die seine Forschungsgruppe als Early-Access-Nutzer generiert hat des Rapid Barcoding Kit 24 v 14 von ONT auf einem nicht näher bezeichneten ONT-Sequenzer.

Ramette, der anmerkte, dass seine Gruppe ein ONT-Dienstleister sei, der häufig Nanoporensequenzierung mit anderen Sequenzierungsplattformen kombiniere, sagte, dass für die genomische Epidemiologie im klinischen Umfeld immer noch MiSeq von Illumina der Goldstandard sei. Allerdings gewinnt eine Long-Read-Technologie wie die von ONT die meisten direkten Vergleiche in Bezug auf Zeit, Kosten und Flexibilität, obwohl sie bei der Genauigkeit zurückbleibt.

Beim Testen des neuesten ONT-Barcoding-Kits zur Analyse von Corynebacterium diphtheriae und Vancomycin-resistenten Enterococcus stellte Ramettes Gruppe im Durchschnitt etwa einen Fehler alle 100 Basen oder einen Qualitätsfaktor (Q-Score) von etwa 20 fest – eine deutliche Verbesserung gegenüber früheren ONT-Sequenzierungen, stellte er fest , aber immer noch deutlich niedriger als Illumina, das auf seiner Website angibt, dass die überwiegende Mehrheit seiner Q-Scores im Allgemeinen 30 oder mehr beträgt.

Ramette sagte auch, dass die durchschnittliche Bibliotheksvorbereitungszeit mit den ONT-Kits etwa eine Stunde für 24 Proben betrug, wobei die Sequenzierungszeiten je nach Anwendung und benötigter Sequenzierungstiefe zwischen sechs und 72 Stunden lagen. Unterdessen berechnete die Gruppe durchschnittliche Kosten pro Probe von 30 bis 35 US-Dollar.

Betrachtet man diese Kennzahlen für den Einsatz in der klinischen Diagnostik, sind sechs Stunden eine sehr attraktive Zahl für eine Technologie, die die Art von Informationen liefert, die die Long-Read-Sequenzierung liefert, aber 72 Stunden sind im Vergleich zu Short-Read-Sequenzern wie dem von Illumina nicht allzu beeindruckend.

Miller von BioMérieux wies jedoch darauf hin, dass die Echtzeit-Berichtsfunktionen von ONT bahnbrechend sein könnten, da sie den Gesamtzeitaufwand bei der Verwendung in einer IVD-Umgebung drastisch reduzieren könnten.

„Ihre Echtzeitfähigkeit ist von entscheidender Bedeutung“, sagte er. „Sie können Läufe tatsächlich stoppen, wenn Sie genügend Informationen erhalten, was für sie sehr einzigartig ist. Auch wenn ein vollständiger Lauf für eine große Tiefe ein oder zwei Tage dauern kann – all das benötigen Sie für bestimmte Anwendungen bei Infektionskrankheiten möglicherweise nicht.“ Sie kann es nach drei Stunden, fünf Stunden stoppen … was für klinische Labore sehr interessant wird.“

In der Zwischenzeit können die Gesamtkosten durch die Tatsache gemindert werden, dass die in ONT-Sequenzern verwendeten Durchflusszellen nach dem Waschen das Potenzial für eine Wiederverwendung gezeigt haben. „Sicherlich gibt es Möglichkeiten, Flusszellen wiederzuverwenden, von denen viele Forscher und aktuelle Anwender gezeigt haben, dass sie die Kosten drastisch senken können“, sagte Miller. „Im Moment kann ich nicht befürworten, wie oft eine Fließzelle wiederverwendet werden sollte, und das können sie auch nicht, weil es von der Nutzung oder der Anwendung abhängt, aber es gibt genügend Beweise dafür, dass man Fließzellen ausreichend wiederverwenden kann, um wirklich anzufangen.“ Reduzierung der Kosten, um in diesen sehr erschwinglichen Bereich für IVD zu gelangen.“

Ramette wiederholte diesen Gedanken in seinem ECCMID-Vortrag und stellte fest, dass seine Gruppe dies noch nicht für die Sequenzierung des gesamten Genoms versucht habe, für die Amplikonsequenzierung jedoch „fünf oder sechs Mal“ Flusszellen verwenden konnte.

Stanton vom ONT äußerte sich nicht speziell zum Waschen von Durchflusszellen, bemerkte jedoch in ihrer E-Mail, dass „unsere Diagnoseprodukte mit einer Kartusche konfiguriert werden, die Proben mit einer vordefinierten Anzahl von Tests durchführen kann. Diese werden erschwinglich und für den klinischen Einsatz weltweit zugänglich sein, einschließlich [ Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen]

Allerdings könnte es für ein IVD-Produkt, das für mehrere Tests wiederverwendet werden kann, eine Herausforderung sein, die Prüfung bei den Aufsichtsbehörden zu bestehen, und Miller sagte, dass die Sequenzierung im Allgemeinen eine regulatorische Herausforderung darstellen werde, da es noch keine US-amerikanische Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde gebe -Sequenzierungsbasierte IVDs für Infektionskrankheiten zugelassen, obwohl NGS-Tests von Clear Labs (unter Verwendung der ONT-Sequenzierung) und Illumina während der COVID-19-Pandemie eine Notfallzulassung erhielten.

„Deshalb wird dies Neuland sein, und wir glauben, dass darin die Stärke von BioMérieux liegt, und deshalb freuen wir uns so sehr über den Deal – die Komplementarität ist so offensichtlich“, sagte Miller. „Es wird lange Diskussionen geben.“ Heutzutage werde die Sequenzierung hauptsächlich verwendet, um Diskrepanzen zwischen anderen Arten der Diagnose von Infektionskrankheiten aufzulösen, bemerkte er.

„Was passiert also, wenn Sie eine sequenzierungsbasierte Diagnose erhalten? Was wird zur Diskrepanzauflösung und zum Prädikatenvergleich verwendet?“ sagte Miller. „Die Regulierungsbehörden müssen uns mitteilen, womit wir die Sequenzierung vergleichen sollen, obwohl sie immer als Referenzstandard für Vergleiche verwendet wurde. Es ist aufregend, aber es ist eine neue Grenze.“