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Può una malattia infettiva provenire da una pianta?

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Coronavirus, HIV, influenza del 1918, ecc. Vengono tutti da animali. Le malattie infettive (nell'uomo) provengono dalle piante? Più specificamente, ci sono virus che infettano le piante che possono mutare per infettare gli esseri umani?


Domanda

"Ci sono virus che infettano le piante che possono mutare per infettare gli esseri umani?"

Risposta

Nessuno sembra essere stato segnalato finora. È difficile fornire prove a sostegno di un'affermazione che non esistano, ma una recente revisione sulla relazione tra viromi vegetali e animali non include alcun esempio e la nostra comprensione generale dei meccanismi con cui i virus infettano organismi e cellule suggeriscono che questo è improbabile. Esistono, tuttavia, esempi di virus delle piante che si replicano negli insetti vettori che li trasmettono.

Prova

Nel 2011 Dolja e Koonin del NIH hanno pubblicato una recensione in Opinione attuale in virologia 1 322-331 intitolato Origini comuni e diversità dipendente dall'ospite dei viromi vegetali e animali. In questo hanno considerato:

“… tre scenari distinti per l'origine di virus correlati di piante e animali: i) evoluzione da un virus ancestrale comune che precede la divergenza di piante e animali; ii) trasferimento orizzontale di virus, ad esempio, attraverso insetti vettori; iii) origine parallela da elementi genetici correlati”.

Il fatto stesso che ci fosse bisogno di argomentare per una relazione indica la presunta distinzione tra virus animali e vegetali, e infatti scrivono:

"... non è noto che le piante supportino la riproduzione di virus e retrovirus dsDNA".

L'unico riferimento in tutto l'articolo a un'effettiva relazione biologica tra virus animali e vegetali è il seguente:

“Sorprendentemente, virus dell'ordine Mononegavirales e la famiglia Bunyaviridae… possono anche riprodursi nei loro vettori artropodi.”

Il documento a cui si fa riferimento a sostegno di questa affermazione è di Hogenhout et al. ed è stato pubblicato nel Revisione annuale di Fitopatologia (2008) 46 327-359, ed è intitolato Interazioni di vettori di insetti con virus trasmessi in modo persistente. Da ciò emerge che esiste una classe di virus vegetali chiamati virus propagativi persistenti che si replicano nella circolazione dei loro vettori di insetti, contrariamente alla maggior parte dei tipi di virus circolanti. Gli insetti coinvolti includono la cicalina (illustrata sotto nella Fig 1 da quella recensione) e il tripide.

Rappresentazione schematica della trasmissione persistente del virus da parte di una cicalina. I virus che si trasmettono in modo circolatorio persistente non si replicano nell'insetto e di solito entrano nelle ghiandole salivari dall'emolinfa. Nelle piante, la replicazione dei virus circolanti è spesso limitata ai tessuti del floema. Al contrario, la maggior parte dei virus propagativi si replica in diversi tessuti vegetali e in diversi organi degli insetti vettori (frecce gialle) e può entrare nelle ghiandole salivari sia dall'emolinfa che da altri tessuti connettivi, ad esempio il sistema nervoso o la trachea.

Non mi è chiaro se il virus sia in qualche modo dannoso per l'insetto vettore - certamente non è l'obiettivo primario del virus, e la replicazione può essere considerata come un modo per consentirgli di sopravvivere più a lungo prima che l'insetto lo trasmetta alla pianta.

Oggi insetti, domani persone?

Il fatto stesso che i virus degli insetti propagatori persistenti possano replicarsi nei loro vettori animali solleva la questione se gli insetti possano in qualche modo trasmetterli agli esseri umani. In una risposta a una diversa domanda sul fatto che gli insetti patogeni possano infettare gli esseri umani, ho sostenuto che l'assenza di esempi in situazioni in cui le persone entrano in stretto contatto con gli insetti e la differenza nell'anatomia e nella struttura molecolare delle membrane cellulari lo rende improbabile. Nel caso in esame non si tratta nemmeno di un insetto patogeno, ma di un fitopatogeno.


Questa è una grande domanda biologica! Sono contento che incoraggiamo queste domande da persone curiose che vogliono saperne di più sulla biologia moderna.

Così come altri animali possono essere vettori di malattie che infettano l'uomo, le piante possono essere vettori di agenti infettivi patogeni.

Occasionalmente potresti leggere notizie di ceppi che causano malattie di Escherichia coli che contaminano le verdure e obbligano a ritiri di prodotti. Attualmente esiste un avviso del CDC per non mangiare germogli di trifoglio, ad esempio, a causa della contaminazione con E. coli O103, un ceppo che può causare una serie di problemi di salute (inclusi danni ai reni, nei casi più gravi).

Questo tipo di contaminazione sta diventando sempre più comune, in gran parte come conseguenza del modo in cui produciamo il cibo:

Un tempo si pensava che frutta e verdura fresche fossero relativamente prive di agenti patogeni produttori di malattie. Negli ultimi anni, tuttavia, le epidemie di malattie di origine alimentare legate a frutta e verdura sono diventate più comuni. Questi focolai provengono da prodotti coltivati ​​sia negli Stati Uniti che in altri paesi. Le epidemie sono state collegate a Escherichia coli O157: H7 e Salmonella su mele, lattuga, melone e germogli; Listeria monocytogenes su cavolo e melone; Shigella su prezzemolo e lattuga; e ciclospora sui lamponi importati.

I cambiamenti nei microrganismi hanno indubbiamente contribuito a questo aumento, così come i cambiamenti nelle pratiche di coltivazione, raccolta, distribuzione, lavorazione e consumo. Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum e Bacillus cereus sono naturalmente presenti in alcuni terreni. La loro presenza sui prodotti freschi non è rara. Salmonella, E. coli O157: H7, Campylobacter jejuni, Vibrio cholerae, parassiti e virus possono contaminare i prodotti attraverso letame grezzo o compostato in modo improprio, acqua di irrigazione contenente liquami o letame non trattati e acqua di lavaggio contaminata. Il contatto con mammiferi, rettili, volatili, insetti e prodotti animali non pastorizzati sono altre fonti di contaminazione.

Lava frutta e verdura!


Trasmissione di malattie delle piante agli esseri umani: virus e batteri delle piante possono infettare un essere umano?

Non importa quanto ascolti attentamente le tue piante, non sentirai mai un singolo "Achoo!" dal giardino, anche se infettati da virus o batteri. Sebbene le piante esprimano queste infezioni in modo diverso dagli umani, alcuni giardinieri si preoccupano della trasmissione di malattie delle piante agli esseri umani —, dopotutto, possiamo anche contrarre virus e batteri, giusto?


La pianta ‘Disease Triangle’ indica che il picco di vittoria non significa la fine del COVID-19

Le piante non sono estranee a malattie ed epidemie devastanti. Gli esseri umani possono imparare una lezione preziosa da loro quando si tratta dell'attuale pandemia di COVID-19, secondo un professore del Texas A&M.

Mentre l'urgenza è quella di tornare al nostro posto di lavoro e alla nostra attività una volta diagnosticato il picco dei casi di COVID-19, un virologo e patologo delle piante del Texas A&M AgriLife Research afferma che bisogna solo rivolgersi al mondo vegetale per vedere come sarebbe un errore.

"Quando raggiungiamo il picco, siamo nella migliore delle ipotesi solo a metà strada verso la discesa da questa montagna di malattie", ha affermato Karen-Beth Scholthof, professoressa presso il Dipartimento di patologia vegetale e microbiologia della Texas A&M University.

Scholthof concorda con il dottor Anthony Fauci, direttore dell'Istituto nazionale di allergie e malattie infettive, che il distanziamento sociale dovrebbe continuare fino a quando non ci saranno essenzialmente nuovi casi, né decessi.

Il suo ragionamento si basa su un concetto di vecchia data della patologia vegetale che descrive la diffusione di qualsiasi malattia e spiega perché le misure ambientali sono importanti. Scholthof ha affermato che fa luce sulle somiglianze tra le malattie delle piante e quelle umane.

“Tutta la biologia è connessa. Ora è il momento di imparare da altre aree della scienza e dell'ambiente", ha affermato Patrick J. Stover, vice cancelliere del Texas A&M AgriLife, preside del College of Agriculture and Life Sciences e direttore di AgriLife Research. “Potremmo aver bisogno di prendere tempo extra ora, che sappiamo sarà difficile a breve termine, ma salverà la vita per molti a lungo termine.

“Il nuovo coronavirus sta sicuramente rivelando le nostre vulnerabilità, dal sistema di approvvigionamento alimentare ai nostri ambienti sociali alla qualità della vita. Dobbiamo imparare da questa esperienza, compresa la priorità allo sviluppo di tecnologie all'avanguardia per proteggere e prevenire il COVID-19 e i suoi effetti di vasta portata sulle nostre vite prima di riavviare il circolo vizioso, soprattutto i più vulnerabili".

Il triangolo della malattia

Le epidemie dipendono dal "triangolo della malattia", ha detto Scholthof. Questo concetto è sorto più di 60 anni fa quando George McNew, un patologo delle piante presso il Boyce Thompson Institute for Plant Research, ha illustrato il fatto che un'epidemia nasce dall'interazione di tre fattori: un ospite suscettibile, un patogeno virulento e un ambiente ospitale.

Scholthof ha affermato che una semplice forma del triangolo della malattia di McNew è utile per spiegare il ruolo chiave dell'ambiente nel successo di agenti patogeni come SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19.

Le piante geneticamente identiche sono una "monocoltura" e sono particolarmente vulnerabili ai patogeni e alle malattie emergenti. Oggi i fitopatologi interrompono questi cicli di malattia modificando o controllando l'ospite, l'agente patogeno o l'ambiente.

"Possiamo allevare colture resistenti alla malattia, piantarle in modo diverso o in momenti diversi o utilizzare trattamenti chimici per proteggere le piante da funghi, virus, batteri e insetti dannosi", ha affermato Scholthof. "Cambiando l'ospite con geni di resistenza, fermando l'agente patogeno con sostanze chimiche o alterando l'ambiente piantando prima o dopo, ad esempio, possiamo controllare un focolaio di una nuova malattia o la ricorrenza stagionale di un patogeno noto".

Nel caso di COVID-19, le persone sono gli ospiti sensibili e SARS-COV-2, l'agente patogeno virulento. Il costante e stretto contatto tra le persone è l'ambiente ospitale necessario per mantenere forte questa pandemia. Il nuovo coronavirus, saltato da un animale ospite, ha avuto un successo straordinario nell'infettare gli esseri umani.

"Non abbiamo un'immunità a livello di popolazione a questo virus", ha detto Scholthof. "Ancora una volta, dal dottor Fauci, noi 'non facciamo la cronologia, il virus fa la cronologia'. Fino a quando i farmaci o i vaccini non verranno mostrati per controllare il virus e la malattia, possiamo solo fare la nostra parte per distruggere un ambiente che è favorevole al nuovo coronavirus”.

Prendere una pagina dalla storia della patologia vegetale

Ha usato la Great Irish Potato Famine, una crisi umanitaria, per far luce sullo stretto legame tra agenti patogeni, ambiente e società, compreso il modo in cui un'epidemia guida la politica mentre smaschera l'ingiustizia sociale ed economica.

"Questi sono problemi che colpiscono vicino a casa da quando il COVID-19 è diventato la nostra realtà quotidiana", ha detto Scholthof.

La carestia irlandese delle patate è stata provocata dalla malattia della peronospora della patata, che si verifica ancora oggi. Rapporti di prima mano dall'Irlanda hanno descritto come la peronospora sia sorta durante la notte con campi di piante lussureggianti improvvisamente distrutti, provocando il collasso quasi totale del raccolto di patate.

Sebbene si verificassero focolai di malattie anche in Europa e Nord America, la dipendenza dei poveri irlandesi dalla patata per la maggior parte delle calorie alimentari era devastante. Questo focolaio di malattie delle piante ha portato all'emigrazione di un milione di persone dall'Irlanda e un altro milione di morti, una perdita del 25% della popolazione del paese.

"Era un singolo agente patogeno che ha fornito una lezione terrificante per la necessità di gestire, ridurre e controllare scientificamente le malattie", ha detto Scholthof. "Il COVID-19 si ripresenterà se non continuiamo a perturbare l'ambiente favorito dal virus fino a quando non verranno creati un vaccino per rafforzare l'ospite o farmaci per distruggere il virus".

Controllare l'epidemia

Potrebbe esserci un singolo picco di infezione, ondate di infezione o ricorrenza stagionale di COVID-19 nelle nostre comunità, ha affermato Scholthof. Allo stesso modo, la peronospora della patata che ha causato tale distruzione è in corso oggi, ma in un ambiente controllato.

"Le infezioni da COVID-19 in corso suggerirebbero che non siamo stati sufficientemente vigili nel perturbare l'ambiente favorito dal virus", ha affermato. "Oggi, e almeno per il prossimo futuro, interrompere un ambiente favorevole al virus è l'elemento principale per controllare la diffusione della malattia e l'interruzione deve continuare fino alla creazione di vaccini o farmaci comprovati".

Il distanziamento sociale e le buone pratiche igieniche rimangono le migliori opzioni comunitarie disponibili per rompere il triangolo della malattia, ha affermato Scholthof. Semplici sforzi come il lavaggio delle mani interrompono l'involucro della membrana del virus, impedendogli di avviare un'infezione.

"Con il tempo, noi, l'ospite, possiamo acquisire" immunità di gregge "come forma di protezione dal virus", ha detto. “O l'incredibile lavoro scientifico in corso può identificare trattamenti sicuri ed efficaci o un vaccino. Ma dobbiamo rimanere vigili nel continuare con le pratiche raccomandate che creano un ambiente sfavorevole per il virus fino a quel momento. Non dobbiamo accontentarci».


Biologia delle malattie infettive

Nonostante la rapida crescita economica e la crescente abilità tecnologica, l'India continua ad affrontare un pesante fardello di malattie infettive, inclusi alti tassi di HIV/AIDS, tubercolosi, malaria e altre malattie trascurate. In questa direzione con la visione di mitigare i problemi associati a queste malattie, il Dipartimento nell'ambito del programma di biologia delle malattie infettive sollecita un'ampia gamma di progetti su malattie batteriche, virali, parassitarie e fungine che abbracciano lo spettro della biologia di base dei patogeni umani e della loro interazione con ospiti umani, attraverso la ricerca traslazionale e clinica verso lo sviluppo di nuovi e migliorati sistemi diagnostici, farmaci e vaccini per le malattie infettive. Per questo programma sono state previste le seguenti priorità:

  • Comprendere la struttura molecolare e la funzione di noti patogeni virali, batterici, fungini e parassiti e identificare nuovi patogeni.
  • Ampliare le conoscenze sui meccanismi di infezione, patogenicità, virulenza, interazioni ospite-patogeno, sviluppo di resistenza ai farmaci per malattie come la tubercolosi, riproposizione di farmaci per malattie infettive e resistenza antimicrobica.
  • Sviluppo di piattaforme e tecnologie diagnostiche autoctone, affidabili, rapide, sensibili, specifiche, convenienti e di facile utilizzo in una varietà di impostazioni.
  • Condurre ricerche per comprendere meglio e migliorare le risposte immunitarie e per identificare nuovi promettenti bersagli vaccinali per malattie infettive di importanza sanitaria nazionale e globale.
  • Identificazione di potenziali bersagli per lo sviluppo di nuovi approcci agli interventi ad ampio spettro e nuove strategie per lo sviluppo di immunoterapie, comprese quelle basate sulle risposte dell'ospite.

Attività in corso:

    Malattia batterica:

Sotto l'egida di questo programma sono stati sostenuti vari sforzi di ricerca e sviluppo nell'area delle malattie batteriche come Mycobacterium tuberculosis, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacterbaumannii, Salmonella sp., Stafilococco sp., Helicobacter pyloi, shigellosi, Trichomonasvaginalis, Meningite, Infezione delle vie urinarie, ecc. Tuttavia, considerando l'enorme carico di malattia della TBC nel nostro Paese, viene data maggiore enfasi al sostegno agli interventi tecnologici in termini di diagnostica, terapia e vaccini nell'area della TBC. Le principali attività sono le seguenti:

  1. Tubercolosi (TB):Studi di base su vari marcatori diagnostici per Mycobacteriumtuberculosis inclusi MDR, XDR, tubercolosi oculare, extrapolmonare e tubercolosi con altre comorbidità come HIV, meningite ecc., sono stati supportati. Anche lo sviluppo di test diagnostici point-of-care, toolbox diagnostici basati su aptamer e altri test diagnostici basati su anticorpi sono stati implementati con successo e ulteriormente considerati per una corretta presa in mano per il processo di convalida e commercializzazione. Altri studi come l'identificazione di lead terapeutici, il meccanismo molecolare della patogenesi, le interazioni ospite-patogeno, gli studi immunologici e l'emergere del meccanismo di resistenza ai farmaci sono anche gli sforzi di routine nell'ambito di questo programma.
  2. Resistenza antimicrobica (AMR): Vari studi di base sull'evoluzione del meccanismo di resistenza ai farmaci in patogeni batterici come Acinetobacterbaumannii, Pseudomonas aeruginosa, ESKAPE I patogeni, l'identificazione di interventi terapeutici per combattere la resistenza antimicrobica, ecc., vengono regolarmente sostenuti nell'ambito di questo programma.

Il programma promuove la conduzione e il sostegno della ricerca per la biologia delle malattie di base, il meccanismo molecolare della patogenesi, le interazioni ospite-patogeno di infezioni virali come HIV, Dengue, Chikungunya, influenza, epatite C, epatite B ecc. La ricerca biomedica supportata da questo programma fornisce gli strumenti necessari sviluppare test diagnostici, trattamenti nuovi e migliorati, vaccini e altri mezzi per combattere queste minacce. Ciò include il lavoro per studi di coorte dell'HIV, diagnostica e vaccino contro la dengue, diagnostica per chikungunya che potrebbero fornire una protezione duratura contro queste minacce virali. Le principali attività di questa categoria sono le seguenti:

    Coorti per la resistenza all'HIV e la progressione nei bambini e negli adulti indiani (CoHRPICA):

I parassiti vengono sempre più riconosciuti come importanti agenti patogeni con significativi impatti economici, ambientali e sulla salute pubblica a livello globale. Più di tre miliardi di persone in tutto il mondo sono infettate da uno o più parassiti con morbilità e mortalità variabili. L'India sostiene il 4% del carico globale di malaria e contribuisce all'87% dei casi totali di malaria nel sud-est asiatico. Gli obiettivi prioritari di questo programma sono i seguenti:

  1. Per approfondire le sindromi cliniche associate alle infezioni parassitarie
  2. Comprendere e aiutare a definire la patogenesi alla base della malattia clinica
  3. Sviluppare strumenti diagnostici migliori per la diagnosi specie-specifica dell'infezione parassitaria attiva
  4. Individuare migliori interventi terapeutici per il controllo di queste infezioni
  5. Per supportare il programma di controllo vettoriale

Principali aree di ricerca

Molti Centri di Eccellenza sono stati supportati nell'area della Malaria. Alcuni degli interventi di base sostenuti nell'ambito di questi CoE sono i seguenti:

  1. Macchinario molecolare del plasmodio: sistema di segnalazione, autofagia e ubiquitina proteasoma (UPS)
  2. Dissezione molecolare e scoperta di inibitori contro i motori associati alla traduzione proteica nei parassiti della malaria
  3. Biologia del parassita malarico: una strada per scoprire nuovi bersagli farmacologici
  4. Supporto al programma sulla parassitologia molecolare
  5. Supporto al programma sulla comprensione degli eventi critici nella biologia dello stadio ematico dei parassiti della malaria

Nell'ambito di questo programma sono stati implementati sforzi di ricerca e sviluppo per comprendere il meccanismo della patogenesi e l'identificazione di bersagli farmacologici per il controllo della Lieshmaniosi.

Le malattie fungine sono causate da un'ampia varietà di funghi che si trovano comunemente nell'ambiente. Le infezioni fungine invasive si verificano raramente nelle persone sane, ma i funghi possono causare gravi infezioni in individui con un sistema immunitario indebolito. Le malattie fungine sono una minaccia crescente per la salute umana. Mentre le persone sane raramente soffrono di gravi infezioni fungine, le persone che vivono con l'HIV/AIDS, i malati di cancro, i pazienti sottoposti a trapianto di organi e cellule staminali e i pazienti ospedalizzati sono vulnerabili alle infezioni. Esistono solo quattro classi di farmaci antimicotici e stanno emergendo ceppi fungini resistenti a questi farmaci. Il Dipartimento sta conducendo e supportando la ricerca di base nell'ambito di questo programma per capire come i patogeni fungini causano malattie e come il sistema immunitario risponde alle infezioni. Sta inoltre conducendo e supportando la scienza per trovare nuovi modi per diagnosticare, trattare e prevenire le infezioni fungine. L'attenzione principale è nell'area di Candida albicancs malattie basate e infezioni fungine resistenti ai farmaci..

Principali iniziative avviate:

  1. Riutilizzo di farmaci: Al fine di scoprire nuovi trattamenti economicamente sostenibili contro varie malattie, il Dipartimento ha recentemente sostenuto, attraverso un invito specifico su "Riutilizzo dei farmaci", progetti di ricerca e sviluppo in aree patologiche che coprono l'encefalite giapponese, la chikangunya, la dengue, la malaria, la leishmaniosi viscerale e la resistenza antimicrobica.
  2. Missione resistenza antimicrobica (AMR):

Considerando l'AMR come la massima priorità nazionale, il Dipartimento ha notificato Centro nazionale per le risorse microbiche (NCMR), Centro nazionale di scienze cellulari, Pune (un istituto autonomo di DBT) per fungere da deposito biologico per microbi/agenti infettivi resistenti (batteri e funghi)&rdquo e per effettuare la raccolta, l'immagazzinamento, la manutenzione, la conservazione e la caratterizzazione di questi microbi attraverso il paese. Dopo aver deliberato diverse consultazioni incontrate con varie parti interessate pertinenti, NCMR ha sviluppato SOP uniformi per la deposizione, lo stoccaggio e il trasporto di campioni AMR.

Recentemente, NCMR è stato selezionato come laboratorio di riferimento statale nell'ambito della resistenza antimicrobica dello stato di Maharashtra (MAHASAR) programma della rete di sorveglianza del Maharashtra in collaborazione con l'OMS. La Food Safety and Standards Authority of India (FSSAI) ha notificato a tutti i 163 laboratori e 19 laboratori di analisi degli alimenti di riferimento in tutto il paese di depositare i loro campioni specifici per la resistenza antimicrobica al Bio-repository NCMR di Pune. Inoltre, DRDO e NCDC hanno anche notificato ai loro laboratori di depositare i loro campioni presso NCMR, Pune.

Inoltre, il Dipartimento sta lavorando con l'OMS, l'ufficio nazionale di Nuova Delhi per condividere le informazioni relative all'elenco di priorità nazionale dei patogeni specifici per l'AMR che sarà disponibile molto presto. Il Dipartimento in collaborazione con BIRAC, New Delhi sta preparando un rapporto paesaggistico sui kit diagnostici rapidi ed economici esistenti per identificare i patogeni specifici dell'AMR, che sarà utile per concentrarsi sul supporto degli sforzi di ricerca e sviluppo nello sviluppo di kit diagnostici rapidi ed economici specifici per l'AMR .

In un processo per soddisfare l'ambizione di questo programma, il Dipartimento di Biotecnologie (DBT) in collaborazione con il Consiglio di assistenza alla ricerca dell'industria biotecnologica (BIRAC) ha annunciato il sostegno a progetti nell'area dello sviluppo di nuovi antibiotici e alternative agli antibiotici per contrastare l'AMR. Nell'ambito del presente bando sono pervenute al Dipartimento 378 LoI. Dopo due cicli di screening, sono stati raccomandati 10 progetti in totale per il sostegno finanziario.

Inoltre, in questa direzione, al fine di affrontare la crescente minaccia della resistenza antimicrobica (AMR) con un approccio olistico e multisettoriale (One Health), il 18 febbraio 2019 è stata lanciata a Delhi la "One Health Initiative" dell'India per combattere i problemi associati all'AMR.

Di recente, l'India ha stretto una partnership con Global AMR R&D Hub come membro del Board of Members. Collaborando con il Global AMR R&D Hub, il Dipartimento lavorerà con tutti i partner per sfruttare le capacità e le risorse esistenti e concentrarsi collettivamente sul nuovo intervento di R&D per affrontare le infezioni resistenti ai farmaci.

Risultati significativi:

    Test della prima giornata di dengue:

Dengue Day 1 Test è un test immunocromatografico rapido in fase solida per la rilevazione qualitativa dell'antigene Dengue NS1 e la rilevazione differenziale degli anticorpi IgM e IgG contro il virus della dengue nel siero/plasma umano. Questo test è solo per uso diagnostico in vitro ed è inteso come ausilio per una diagnosi precoce di infezione da dengue e diagnosi presuntiva tra infezione da dengue primaria e secondaria. La malattia è prevalente nelle regioni tropicali del terzo mondo e si sta diffondendo nei paesi sviluppati subtropicali, compresi gli Stati Uniti. L'OMS stima che ogni anno in tutto il mondo si verificano 50-80 milioni di casi di febbre dengue, inclusa una forma potenzialmente mortale della malattia chiamata febbre emorragica dengue (DHF) e sindrome da shock dengue (DSS).

L'infezione primaria da virus dengue provoca una malattia autolimitante caratterizzata da febbre da lieve ad alta che dura da 3 a 7 giorni, forte mal di testa con dolore dietro gli occhi, dolori muscolari e articolari, eruzioni cutanee e vomito. L'infezione secondaria è la forma più comune della malattia in molte parti del Sud-Est asiatico e del Sud America. L'infezione primaria da virus dengue è caratterizzata da aumenti dei livelli di antigene specifico NS1 da 0 a 9 giorni dopo l'insorgenza dei sintomi, che generalmente persistono fino a 15 giorni. La diagnosi precoce di Dengue riduce il rischio di complicanze come DHF o DSS, specialmente nei paesi in cui la dengue è endemica.

Con il supporto di DBT, il team di ICGEB ha progettato e sviluppato un test rapido della dengue altamente sensibile, specifico e tuttavia altamente conveniente. A differenza dei test degli altri concorrenti importati, questo è in grado di rilevare l'infezione da virus dengue dal primo giorno di febbre. Questo test unico tre in uno rileva tutte le fasi (prima volta o episodio ripetuto) delle infezioni da dengue. Il test è ora leader di mercato con l'acquisizione di >70% del mercato indiano. Viene acquistato alla rinfusa in base a contratti a tasso annuale da diversi stati dell'India. Viene anche esportato in diversi paesi come Sri Lanka, Indonesia, Thailandia, Canada, Stati Uniti e alcune nazioni africane.

Tradizionalmente, l'India ha importato tecnologie, che sono costose, piuttosto che costruirne di proprie. Oltre 25000 centri sanitari primari in India usano ancora un metodo di microscopia a striscio dell'espettorato (SSM) economico e non così efficace per diagnosticare la tubercolosi. Il 36% dei casi non è stato rilevato nei test SSM. Una tecnologia importata, lo strumento GeneXpert costa Rs.12 Lakh che richiedono elettricità e corrente alternata ininterrotte. In tale scenario, un team guidato da IIT-Delhi ha lavorato per costruire piattaforme diagnostiche per una diagnosi più economica e veloce di infezioni come tubercolosi, tifo e gastroenterite. SeeTB sviluppato da un team IIT-Delhi che costa Rs. 50000/- con le seguenti caratteristiche salienti:

  • Portatile e può essere fissato su un microscopio per migliorare le prestazioni
  • Riduce il tempo di analisi del campione di 1/10
  • Migliora la diagnosi è tasso a 80%

Tecnologie trasferite e commercializzate:

Esito degli ultimi 5 anni

Progetti statali finanziati

Strutture nazionali supportate:

  1. National Liver Disease Biobank (NLDB), ILBS, Nuova Delhi: Questa è la prima biobanca nazionale del suo genere, eseguita come iniziativa congiunta del Dipartimento di Biotecnologie (DBT) e dell'Istituto di Scienze del fegato e delle vie biliari per la ricerca traslazionale nel fegato e nelle malattie correlate.
  2. Advanced Technology Platform Center (ATPC), RCB, Faridabad: ATPC dispone di sei strutture della piattaforma operativa: impianto di citometria a flusso, impianto di spettrometria di massa, impianto di purificazione delle proteine ​​e interazioni molecolari, impianto di genomica, impianto di microscopia ottica e impianto di microscopia elettronica dotato delle varie tecnologie di fascia alta per aiutare le start-up e i ricercatori biotecnologici.
  3. Laboratorio di ricerca traslazionale sui vaccini HIV (HVTR): Il laboratorio di ricerca traslazionale sul vaccino HIV (HVTR) presso il THSTI ha condotto ricerche e sviluppo traslazionali precoci nell'ambito del programma di partenariato congiunto tra THSTI e l'International AIDS Vaccine Initiative (IAVI). Il laboratorio HVTR ha stabilito la capacità di isolare anticorpi monoclonali a neutralizzazione largamente specifici dell'antigene (bnAbs) da cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) ottenute da un neutralizzatore d'élite ben definito infetto da HIV come parte del trasferimento tecnologico nell'ambito del programma di partnership in corso da IAVI -Centro anticorpi neutralizzanti (NAC). Nell'ambito di questo progetto è stato ottenuto un brevetto intitolato antigene proteico ricombinante ingegnerizzato del mimo trimerico del picco di glicoproteina dell'involucro dell'hiv-1.
  4. Strutture della biobanca presso l'Istituto nazionale di ricerca sull'AIDS (NARI), Pune: È il primo archivio biologico centralizzato all'avanguardia per l'accesso a campioni biologici nelle varie fasi dell'infezione da HIV.

Iniziativa COVID-19:

Il mondo di oggi è testimone degli urgenti sforzi internazionali per sviluppare vaccini e altre terapie per l'attuale pandemia di COVID-19. La raccolta, l'elaborazione e le analisi dei campioni dei pazienti sono in prima linea in questa emergenza.

    Interventi terapeutici:

Considerando l'attuale crisi COVID, il Dipartimento ha preso un'iniziativa immediata sul COVID-19 Research Consortium per supportare gli sforzi di ricerca e sviluppo per affrontare questo agente infettivo attraverso tutti i tipi di interventi tecnologici in termini di diagnostica, terapia, vaccini, riutilizzo di farmaci e altri meccanismi per comprendere il clinico e aspetti patologici di questo agente pandemico. Nell'ambito di questo Consorzio di ricerca COVID, gli sforzi di ricerca e sviluppo nel settore terapeutico hanno un valore significativo. Al fine di controllare il peso significativo di questa infezione pandemica, è urgente disporre di alcuni interventi terapeutici specifici per questo agente patogeno. Alcune delle proposte con un buon piano di lavoro per colpire l'agente patogeno sono approvate per l'inizio del lavoro.

Sebbene spesso operi in secondo piano, la biobanca svolge un ruolo fondamentale nella diagnosi e nello sviluppo di trattamenti per una varietà di malattie. Tuttavia, poiché le questioni relative ai campioni biologici sono state a lungo fattori importanti nella gestione della risposta alle malattie infettive emergenti. Tenendo d'occhio la situazione attuale, si prevede che questa pandemia continuerà a essere la preoccupazione internazionale più critica negli anni a venire, dal punto di vista della salute pubblica, nonché dal conseguente impatto economico. Poiché il numero di casi continua a crescere, così come la sfortunata perdita di vite umane, le biobanche continueranno a lavorare in background per gestire i loro ruoli nella risposta. Dal punto di vista della Bioconservazione e delle Biobanche, il ruolo delle biobanche per i campioni di COVID-19 può essere immaginato come segue:

a) Sviluppo di un vaccino e trattamenti

b) Linee guida sulla manipolazione, compresi i tamponi nasofaringei e

c) Condizioni in base alle quali dovrebbero essere seguite le pratiche BSL-3 più elevate, ad esempio, quando si lavora con colture di campioni di coronavirus.

Il Dipartimento mira a supportare la struttura della biobanca con un piano futuro ben strategico in modo che tutti i tipi di interventi tecnologici possano essere sviluppati nel tempo debito. Per questo sforzo, il Dipartimento sta esplorando strutture fattibili in biobanche nazionali già supportate con un piano di lavoro immediato. Secondo la recente notifica ICMR, le seguenti istituzioni DBT sono state identificate come designate bio-repository per COVID-19.

Cluster scientifico NCR-Biotech,

un. Istituto di scienza e tecnologia della salute traslazionale (THSTI), Faridabad e

B. Centro regionale per le biotecnologie (RCB), Faridabad

Institute for Stem Cell Science and Regenerative Medicine (inStem), Bangalore


I 4 migliori metodi per controllare le malattie delle piante | agricoltura

(a) Selezione dell'area geografica che, sulla base del requisito di temperatura e umidità favorevole per una particolare coltura, ma non aromatizzata ai funghi e ai batteri.

Molte malattie trasmesse dal suolo sono controllate da una corretta selezione del campo. È del tutto possibile che un particolare terreno di campo contenga una specie patogena. In tal caso la particolare coltura non viene seminata in quel campo per diversi anni. L'organismo causale del marciume rosso della canna da zucchero Colletotrichum falcatum sopravvive nel terreno per diversi mesi. Anche il drenaggio dell'acqua viene curato durante la selezione del campo.

(c) Scelta del momento della semina:

La fase suscettibile della crescita delle piante e l'ambiente favorevole per l'agente patogeno non dovrebbero corrispondere allo stesso tempo.

(d) Varietà che sfuggono alla malattia:

Alcune varietà di colture, grazie alle loro caratteristiche di crescita, sono in grado di sfuggire alle malattie. Questa malattia che sfugge alle caratteristiche della coltura non è genetica ma è dovuta alle abitudini di crescita e al tempo di maturazione. La varietà di piselli a maturazione precoce è in grado di sfuggire all'oidio e alla ruggine.

(e) Selezione del seme:

To avoid seed borne diseases, healthy and disease free seeds are essential.

(F) Crop rotation:

Crop rotation is essential for controlling soil borne diseases and pathogens.

Removal and Destruction of Diseased Plant Organs, eradication of alternate and collateral hosts and sanitation of Fields.

(h) Modification of cultural Practices:

Cultural practices such as – distance between the plants, time and frequency of irrigation, transplantation time and method, mixed cropping, amount and property of fertilizer and compost etc. can be changed to reduce losses caused by the disease.

(i) Eradication of Insect Vectors:

Insects serve as vectors for many diseases. Eradication of such insect vectors is essential for the control of pathogens.

Examples of some diseases and their insect vectors are as follows:

Agar : A gelatin-like substance obtained from sea weed (red algae Gracilaria, Gelidium etc.) and used to prepare culture media on which microorganisms are grown for study.

Alternate host : One of the two kinds of plants on which a parasitic fungus (e.g. black rust of wheat caused by Puccinia graminis trifid) must develop to complete life-cycle.

Anthracnose : A leaf spot or fruit spot type of disease caused by fungi that produce their sexual spores in an acervulus.

Antibiosis : The phenomenon in which a substance produced by one microorganism is harmful to another organism.

Antibody : A protein produced by specific stimulation when a foreign antigen enters into the blood of an organism. Antibodies get attached with the antigens and make them ineffective or harmless.

Antigen : A substance (usually a protein, lipid or carbohydrate) which after entering into a body activates the production of antibody.

Bacteriophage : A virus which infects specific bacteria and kills them.

Bacteriophage : A chemical or physical agent that prevents’, multiplication of bacteria without killing them.

Blight : A non-restricted tissue disintegrating symptom characterized by general and rapid killing of leaves, flowers & stem.

Blotch : A disease characterized by large and irregular spot or lesions on leaves, shoots and stems.

Canker : A necrotic or sunken lesion Oil a stem, branch or. fruit of a plant (e.g. citrus canker caused by Xanthomonas citri.

Carries : A plant or an organism which carries an infections agent but does not show symptoms of disease produced by the agent.

Chlorosis : Yellowing of green tissue due to chlorophyll destruction.

Damping off : Destruction of seedling near the soil surface, resulting in the falling of seedling on the ground.

Die Back : Progressive death of shoots and roots generally starting at the tip.

Disinfectant : An agent that kills or inactivates pathogens in the environment or on the surface of the plant, prior to infection.

Downey Mildew : A plant disease in which the mycelium & spores of the fungus appear as a Downey growth on the host surface.

Endemic Disease : A disease which regularly occurs on a particular area of earth or country.

Epidemic Disease : A wide spread & severe outbreak of a disease.

Etiolation : Yellowing of the plant due to deficiency of light.

Exclusion : Control of plant disease by excluding the pathogen or infected plant material from disease free areas.

Exudate : Liquid discharge from plant tissue.

Facultative parasite: An organism that is usually saprophyte under certain conditions may become parasite.

Facultative saprophyte : An organism that is usually parasite but may also live as a saprophyte.

Gall : A swelling produced on a plant as a result of infection by certain pathogens.

Gummosis : Production of gum by plant tissue.

Heterotrophy : An organism depending on an outside source for organic nutrients.

Hyperplasia : Excessive development due to increase in the number of cells.

Hypertrophy : Excessive growth due to increase in size of cells.

Immunity : The state of being exempted from infection by a given pathogen.

Infection : Establishment of the pathogen in the host.

Infections disease : A disease caused by a pathogen which can spread from a diseased to a healthy plant.

Latent virus : A virus that does not induce symptoms in its’ host.

Leaf mottling : A disease caused due to Zn deficiency (specially in Citrus spp.) in which new leaves develop inter-veinal chlorosis, get reduced in size, plant becomes bushy and the branches show die-back symptoms.

Lesion : A localized area of discoloured, diseased tissue.

Mildew : A plant disease caused by a fungus in which the mycelium and spores are seen as a whitish growth on the host surface.

Mosaic : Symptom of certain viral diseases of plants characterized by intermingled patches of normal and light green or yellowish colour.

Mycorrhiza : Symbiotic relationship between roots of higher plants and fungal mycelia which is essential for the growth of these plants.

Necrosis : The death of cells or of tissues.

Obligate parasite : A parasite that in nature can grow and multiply only on living organisms.

Parthenogenesis : Formation of embryo without fertilization.

Pathogen : An disease causing agent in plant.

Plasmogamy : Fusion of cytoplasm’s of two cells.

Polymorphism : Having various forms in a life cycle. The rust fungus is allomorphic as it produces five different types of spores in its life-cycle.

Pustule : Small blister like elevation of epidermis.

Quarantine : Control of export and import of plant to prevent spread of diseases or pests.

Race : A genetically distinct mating group within a species also a group of pathogens with distinct pathological or physiological characteristics.

Resistance : The ability of an organism to overcome, completely or partially the effect of a pathogen.

Rickettsia like Organisms : RLOs a prokaryotic microorganism having a cell wall and obligate intra-cellular parasite.

Ring spot : A circular chlorotic area with a green centre symptom of many viral diseases.

Rot : The softening, discolouration and disintegration of a succulent plant tissue as a result of fungal or bacterial infection.

Russetting : Brownish roughened areas on fruit skin produced as a result of excessive cork formation.

Rust : A disease of grasses and other plants giving a rusty appearance to the plant and caused by uredinales (rust fungi).

Saprophyte : A organism which lives on dead and decaying organic matter.

Scab : A rough, crust like diseased area on the surface of a plant organ. A disease in which such areas are formed

Scorch :Burning of leaf margins as a result of infection or unfavorable environmental conditions.

Smut : disease caused by Ustilaginaceae, characterized by masses of dark, powdery spores.

Spot : Disease symptom in which certain restricted tissue

Susceptibility : The inability of a plant to resist the effect of a pathogen.

Susceptible : A plant or species which is incapable of resisting the effect of a pathogen.

Toxin : A compound produced by microorganisms and being toxic to a plant or animal.

Vector : An insect able to transmit a pathogen.

Vein banding : Bands of green tissue along the veins while the tissue between the veins become chlorotic.

Viroid : A naked nucleic acid which resembles virus but is devoid of protein coat.

Wilt : Loss of rigidity and dropping of plant parts wholly or partially.

Yellows : Yellowing and stunting of host plant.

Controlling Plant Disease: Method # 2.

Physical Methods:

(a) The hot water treatment method of Jensen was developed in 1887 which was used to control loose smut disease of wheat, barley and Oats. Until the development of systemic fungicide hot water treatment was the only method to control loose smut. Hot water treatment is also effective in the control of nematodes.

(b) Solar energy treatment to control loose smut was first developed by Lutlzra. In this method seeds are first rinsed or soaked in water for 4-5 hrs. before drying them in scorching sun.

(c) Hot air treatment for the control of virus in propagating stocks was first developed by Kunkal in Peach yellow.

Controlling Plant Disease: Method # 3.

Chemical Methods:

(a) Seed treatment with fungicide before transplanting.

io. Soil treating chemicals:

It is used for controlling such soil borne diseases which attack on seeds or seedlings. The examples of such chemicals are – Formaldehyde, Captan, Thiram, Zineb, Organo-mercurials, PCNB, Ethylene dibromide, vapam etc.

ii. For Externally seed borne diseases, chemicals such as formalin, copper carbonate, captan, organo-mercurials (Agrosan GN and Ceresan) are used for seed treatment.

ii. For Internally seed borne diseases (i.e. loose smut), hot water treatment and solar treatment are used.

IV. Systemic Organic Compounds are effective chemicals for controlling both externally and internally seed borne diseases eg. Oxanthin derivatives (Plantvax and Vitavax), Benlate, Bavistin, Demosan.

v. For controlling air borne diseases, foliar application of chemicals is more effective.

vi. The common copper fungicides are: Perenox, Perelan, Blitox, Cuprokyt, Cuprosanand Fytolan. Its use is comparatively better than that of Bordeaux mixture.

(b) Seed dressing with organomercurials and systemic fungicides.

Controlling Plant Disease: Method # 4.

Plant quarantine can be defined as a legal restriction on the movement of agricultural commodities for the purpose of exclusion, prevention or delay m the establishment of plant pests and diseases in areas where they are not known to occur.


Disease Triangle

Figure 68. Ven-diagram of disease triangle.

Three components are absolutely necessary in order for a disease to occur in any plant system. The three components are:

When these three components are present at the same time, a disease (shaded region) will occur if a susceptible host plant is in intimate association with a virulent plant pathogen under favorable environmental conditions. This concept is represented by the shaded portion of the diagram above. When there is a high degree of overlap (as the shaded area becomes larger), there will be a moderate to high amount of disease. (Figure 68).

It is important to remember that within each of the three components –host, pathogen, and environment –there are numerous variables that may affect both the incidence and severity of the disease. These variables include genetic diversity, biology and lifecycle of the host plant and pathogen, and environmental conditions.

  • Diversità genetica: Within one species of host plant there may be an incredible range of genetic diversity that greatly influences susceptibility to any particular species of pathogen. If the host is resistant to a pathogen, even when the pathogen is present under favorable environmental conditions, a disease will not occur (Figure 69).Genetic diversity also plays a role in pathogen virulence or its ability to infect a host and cause disease, which may also influence the amount and severity of a disease.
  • Biology and lifecycle of the host plant and pathogen: Host plants may be resistant to pathogens at one stage of development but not at another. In a similar manner, some pathogens must be at a critical life stage in order to cause infection.
  • Environmental conditions: There are numerous variables in the environment that influence disease incidence and severity including temperature, sunlight, moisture, relative humidity, and time of year. Pathogens are typically restricted to an area based on the conditions of the macroclimate. A microclimate is the prevailing climatic conditions in a certain geographical area. Within a macroclimate, small areas may exist in which the climate may be different than the surrounding areas. This is called a microclimate. Each landscape is filled with microclimates that exist because of differences in exposure to sun and wind, soil type and many other factors.
Figure 69, Variables within each component of the disease triangle may affect the presence of disease. This diagram represents a system in which the host is displaying resistance to disease even in intimate association with the pathogen under favorable environmental conditions.

CRISPR as a Diagnostic Tool

Using the principle that nucleic acids are effective biomarkers for diseases, CRISPR-based diagnostic methods rely primarily on identifying a certain sequence associated with a disease and then cleaving it in order to produce a readable signal. Examples of target sequences include oncogenic mutation sequences or viral and bacterial sequences derived from the infectious agent. The goal of CRISPR systems is to identify the specific pathogens, as well as to repair alleles that cause disease through specific DNA sequence editing at exact locations on the chromosome [20]. The goal of CRISPR systems is to identify the specific pathogens, as well as to repair alleles that cause disease through specific DNA sequence editing at exact locations on the chromosome [79].

Various properties of the CRISPR system have led to development of various diagnostic methods. While some tests make use of both the identification and cleavage of the target, other tests function based singularly on the guide RNA and Cas protein identification of the target [79]. Identification of the CRISPR system in pathogenic bacteria has become a useful diagnostic tool, due to the CRISPR being a part of most bacterial defense systems. Certain diagnostic methods based on these mechanisms are: serotyping/subtyping utilizing CRISPR, diagnostic assay based on single guide RNA (SgRNA), and another method of diagnostic assay based on CRISPR interference (dCas9) [79].

The rapid, sensitive, specific, accurate, cheap, and reliable, features of CRISPR-based diagnostic tools provide huge potential for applications in a wide range of areas [41, 46, 84]. They have the capacity not only for detection of pathogens during an epidemic, but also in cancer diagnosis, single-nucleotide polymorphisms (SNPs) identification, and genetic disease detection [41]. The highly sensitive nature of CRISPR diagnostic tests is derived from the fact that most are able to utilize fluorescent probes which are highly sensitive. This specificity arises from the binding to the target via Watson-Crick base pairing between DNA-RNA or RNA-RNA. The tests can proceed at a rapid pace since it is not necessary to culture isolates or extract genomic DNA [79].

CRISPR-Based Diagnosis of Viruses

The most widely explored area for CRISPR-based diagnostic systems is within the field of viral infection. Several researchers have developed methods based on the CRISPR-Cas12a and Cas13a families, dubbed DETECTR and SHERLOCK, respectively [10, 42]. As indicated above and shown in Fig. 4, DETECTR uses the Type V Cas12a enzyme to directly bind to DNA targets in a three-stage process: a guide RNA first directs the Cas12a enzyme to a double-stranded sequence of DNA within a specified viral genome [13]. Once bound to its viral genetic target, a single-stranded DNA molecule bound to a quencher molecule and a reporter fluorophore are cleaved indiscriminately by the Cas12a enzyme [42]. This “collateral” cleavage is detected as a fluorescent signal released from the fluorophore and quencher [13]. The primary advantage of the DETECTR method lies in its high sensitivity, as it is able to detect a single molecule of viral particle within a microliter of sample [42].

Cas12 and Cas13 Cleavage Activity. In the DETECTR technology, after binding the Cas12-crRNA complex to its target (dsDNA) the collateral nuclease activity of the Cas12 leads to cleavage of the reporter molecule nonspecifically after which the fluorescent signal is detectable. In the SHERLOCK technology, Cas13a guided by the single CRISPR RNA (crRNA) to cleave ssRNA or mRNA and the same process occurs

In the SHERLOCK approach, detection occurs by binding and cleaving RNA indiscriminately through the use of crRNA targets via the Type VI Cas13a enzyme [24, 42]. A targeting molecule with an attached fluorophore binds to the target RNA and cleaves it in a collateral manner as seen in Fig. 4, causing a fluorescence signal in the presence of specific sequences, which can then be detected and analyzed to confirm the presence of virus nucleic acid [10]. SHERLOCK has been explored significantly for its uses in viral detection and diagnosis since its initial creation, and researchers have further optimized the method, producing the simplified and more specific SHERLOCKv2 protocol [24]. Improvements include the addition of multiplexing which was accomplished through identifying orthogonal sequencing ability by optimizing enzymes from Cas13a and Cas13b families, resulting in the ability to identify four differing RNA target sequences within a single reaction through fluorescence reporting [10]. Cas13 enzymes were also combined with the supplemental CRISPR-associated Csm6 enzyme, which more than tripled sensitivity [24]. DETECTR and SHERLOCK methods can be applied to diagnose a significant array of viruses in both laboratory and clinical settings [10]. The DETECTR method has been utilized significantly for diagnosis of human papillomavirus (HPV), although it can be applied to theoretically any virus [10]. Both SHERLOCK and DETECTR methods can be coupled with recombinase polymerase amplification (RPA) to enhance amplification and detection of viral material [42, 56]. Furthermore, the SHERLOCK protocol can be optimized for diagnosis of human immunodeficiency virus (HIV), which continues to be a viral pathogen of significant concern worldwide [10].

To make the SHERLOCK procedure even more efficient, the Heating Unextracted Diagnostic Samples to Obliterate Nucleases (HUDSON) protocol was created in order to detect viral genetic material from bodily fluids including urine, blood and its isolates, and saliva [56]. HUDSON protocol researchers found that conserved regions within the genetic material of these viruses can be identified using universal-flavivirus RPA, as well as crRNAs specific to a given viral species [56]. SHERLOCK and HUDSON protocols can also be applied to any virus, but previous testing focused on diagnosis of flaviviruses such as Zika, Dengue, West Nile, and yellow fever viruses [24, 56].

Of significant acute interest to scientists currently is how CRISPR methods can be applied to diagnosis of the novel coronavirus (SARS-CoV-2), an emerging pathogen which has infected over 12.9 million people and killed over 500,000 to date [40, 89]. SARS-CoV-2 is an enveloped RNA-based virus of the Coronaviridae family, and it causes mild to severe symptoms across various demographics. Of additional concern is the substantial incubation period, as a person can have the virus but remain asymptomatic for up to two weeks before showing symptoms [59]. The DETECTR method has been used for detection of this virus and in the applications described focuses on identifying the presence of the N and E gene variants specific to SARS-CoV-2. A positive result is generated if both genes are detected, and the procedure has been optimized to exclude false positives resulting from related coronaviruses [11]. The proposed SHERLOCK method generates a positive result for SARS-CoV-2 when the S and Orflab gene sequences are detected [90].

Bacterial Diagnosis by CRISPR System

CRISPR-based procedures and methods have been greatly explored for their use against viruses, but they can also be applied for bacterial diagnosis, especially in identifying antimicrobial drug resistant bacteria. The CRISPR-Cas9 system is among the major systems used for molecular diagnostics, facilitating detection and characterization of diseases, including those caused by bacterial infection [84]. A single guide RNA (sgRNA) directs the endonuclease Cas9 to DNA sequence which has been targeted, and initiates site-specific manipulation [79]. The Type II CRISPR/Cas9 system is an extensively used DNA-editing method, as a result of the ability to design CRISPR-guided nucleases in this system easily and relatively quickly [20, 27].

One method, dubbed FLASH (Finding Low Abundance Sequences by Hybridization), uses Cas9 enzyme recombination along with multiplex guide RNAs for precise identification of a pathogen by eliminating background sequences, and the Cas9 system cleaves target sequences into fragments ideal for next generation sequencing [66]. FLASH and its associated software tool FLASHit was used to design a Cas9 enzyme set which would target a total of 3624 bacterial genetic sequences associated with antimicrobial drug resistance. The method was used to test drug resistance of S. aureus cultured isolates, but also had significant application in direct testing of clinical cases, including in patients with MRSA infections and vancomycin-resistant E. faecium [66].

Besides the FLASH method for diagnosis drug-resistant bacterial infections, CRISPR has usability for rapid Mycobacterium tuberculosis (Mtb) testing using the Cas12a system. The procedure for Mtb diagnosis uses RPA followed by detection through Cas12a optimized enzymes [2]. Additionally, CRISPR techniques were used in 2011 during an outbreak of enterohemorrhagic E. coli. The bacterial strain causing the outbreak was the hybrid strain STEC O104:H4, and CRISPR-based testing focused on identifying the O104:H4 locus specific to the hybrid with a 99.06% sensitivity rate [18]. It is also worth noting that CRISPR systems can be used for treatment of antimicrobial drug-resistant bacterial infections using bacteriophages or vectors, although a full consideration of this potential function of CRISPR is beyond the scope of this review [4, 84].

CRISPR-Based Diagnosis of Non-infectious Diseases

Since its discovery, the CRISPR/Cas9 system has been recognized as an applicable tool for the purpose of identifying oncogenes and other mediators of cancer, and has become integrated into cancer research. Currently, CRISPR technology is used to investigate the genetic mechanisms in almost all areas of cancer [78].

The CRISPR/Cas9 system can also be utilized for drug resistance blocking, as it can successfully identify synergistic gene interactions [78]. Furthermore, post-treatment gene expression changes as well as pinpointed genes associated with resistance to targeted drugs can be revealed by functional genome-screening approaches using the CRISPR system. This offers the potential for offering new insights into cancer development with identification of new precision therapy biomarkers [78]. Moreover, determining sensitive genes through the use of genetic diagnostics is crucial for cancer prevention. The CRISPR-based diagnostic system SHERLOCK which uses Cas13 has been established and successfully used for such needs [41, 78].


Using rare genetic diseases to understand medicine

Earlier this year, Findacure, in conjunction with Orphanet Journal of Rare Diseases, announced the winner of its student essay competition on rare diseases (The Student Voice). European medical and biological undergraduate students gave their rare disease opinions, experience, and knowledge, in response to one of three topic choices. While the overall winning essay by Roberta Garau is set for publication in Orphanet Journal of Rare Diseases, we are proud to bring you some of our top choices in this week leading up to Rare Disease Day.

The second essay comes from Nicholas Heng, a second year medical student from the University of Dundee. Nicholas’s essay answered the topic question:

How might rare genetic diseases be fundamental to our understanding of medicine as a whole?

Introduzione

Rare diseases play a key role in healthcare today, with far-reaching implications that have shaped medicine in the past few decades. Interestingly, the sheer volume of diseases (>5000) mean that cumulatively, there could be as many as 30 million Europeans and 25 million Americans affected.

Out of that, 80% are of genetic origin. Nevertheless, the actual burden of these diseases remain elusive due to scant or overall lack of epidemiological data, making diagnosis and management all the more difficult.

Current research into pathophysiological mechanisms has not only shed light on normal and abnormal physiology, but also helped to elucidate underlying pathology behind common disorders. Besides that, the development of more efficacious diagnostic tools have broadened clinical perspectives and led to diverse applications in the treatment of other diseases too.

These would not have been possible if not for the immense collaborative partnerships formed between academia, pharmaceutical establishments, patient-driven organizations and regulatory authorities, underscoring the importance of cooperation. Undoubtedly, delving deeper into rare genetic diseases can provide valuable insights into our current understanding of medicine.

Shoring up the science

Rare genetic diseases serve as crucial gateways in understanding fundamental physiological processes and how disruptions result in aberrant pathology and the disease process.

Unravelling the intricacies of the mechanisms leading to abnormal pathology holds the potential to understanding the opposite – the normal physiology of the body. They provide immense opportunities to decipher the multifarious complexities of the human body, through learning about the extremes of human pathology.

Take for example, the study of congenital leptin deficiency, which has led to great strides in current understanding of energy homeostasis. The subsequent discovery of the hormone, leptin, not only precipitated the elucidation of its function and associated pathway, but also provided valuable insights into obesity via defects in fat oxidation and energy expenditure, and how eating behaviors and appetite are biologically related.

This also holds true in abetalipoproteinaemia, where its pathogenesis helped to elucidate the workings of lipoprotein assembly and vitamin E metabolism in the absorption of dietary fats, cholesterol and fat-soluble vitamins. These show that rare genetic diseases serve as crucial gateways in understanding fundamental physiological processes and how disruptions result in aberrant pathology and the disease process.

The link to common disorders

Besides that, learning about rare genetic diseases can also broaden present knowledge on the pathogenesis of other common disorders. This is seen in alkaptonuria, which is characterized by inability to metabolize homogentisic acid (HGA) due to a deficiency in the enzyme, homogentisate 1,2-dioxygenase.

The accumulation of HGA in connective tissue is implicated in ochronotic arthropathy, resulting in degenerative osteoarthritis associated with extra-articular manifestations. This has led to the development of alkaptonuria as a disease model for osteoarthritis, supplementing current understanding of osteoarthritis, the most common form of joint disease.

Additionally, congenital generalized lipodystrophy (CGL), a rare disease characterized by lack of subcutaneous fat, hypertriglyceridemia and hepatic steatosis, is extensively used as a model to study type II diabetes.

Being able to decipher how such diseases work, has not only augmented current perspectives on other common conditions, but also enhanced future efforts to maximize the effectiveness of diagnosis, investigations and management.

Although obesity is a known risk factor, it is not the only reason for insulin resistance, as evidenced by lack of subcutaneous fats in CGL. Instead, the markedly reduced leptin and adiponectin levels in such patients, both hormones synthesized by adipose tissue, have been implicated in the pathophysiology of metabolic dysfunction. Through intensive research and expanding the clinical knowledge base on type II diabetes, it is hoped that appropriate treatment and management can be established and undertaken.

All these point towards research into rare genetic diseases as playing key roles in today’s ever-changing and rapidly advancing fields of science and medicine. Being able to decipher how such diseases work, has not only augmented current perspectives on other common conditions, but also enhanced future efforts to maximize the effectiveness of diagnosis, investigations and management.

Diagnostic precision and efficiency

With the advent of genetic testing, the diagnosis of rare genetic diseases has experienced a paradigm shift. This is exemplified by cystic fibrosis, where intensive research coupled with genetic testing has led to the identification of pathogenic mutations in genes, and correlation to other signs and symptoms that were previously unknown to the disease process such as male infertility and foetal bowel hyperechogenicity. This broadening of clinical knowledge has aided the overall diagnostic process hugely in differentiating various pathologic phenotypes, especially those involved in multisystem disorders.

Expanding and applying present understanding to improve diagnostic precision, has directly resulted in recognition of smaller subgroups within disease populations, not only leading to the classification of several common diseases as rare (subsets of cancers), but also identifying progressively smaller subgroups within rare genetic diseases themselves (over 23 pathogenic mutation subsets in cystic fibrosis accounting for 85% of patient population). However, as many mutations have unknown effects or are influenced by modifier genes, more still needs to be done to minimize these limitations and improve diagnostic efficiency.

Treatment and management

On the other hand, understanding disease pathogenesis has paved the way for development of more efficacious treatment and management, with wide-ranging applications. This can be seen in primary human immunodeficiency diseases, where identification of associated genes has led to rigorous research into the physiology of innate and adaptive immunity, eventually culminating in the novel treatment of severe combined immunodeficiency (SCID) more than four decades ago via gene therapy.

As of 2012, there has been more than 1800 clinical trials completed, accentuating the importance and relevance of gene therapy in medicine today.

Since then, gene therapy has begun to play a greater role in treatment and alleviation of various other genetic disorders, such as cancer, infectious diseases, and other immunological disorders. As of 2012, there has been more than 1800 clinical trials completed, accentuating the importance and relevance of gene therapy in medicine today.

In more recent times, there has been increasing attention focused on tuberous sclerosis, a rare disorder characterized by benign tumour growths, where mutations in either TSC1 or TSC2 tumor suppressor genes have been implicated [21].

As both genes encode proteins that inhibit the mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) signalling, there is inhibition of autophagy and accumulation of dysfunctional protein aggregates. Interestingly, this is similarly seen in tumorigenesis, where the mTORC1 pathway is constitutively active.

Therefore, understanding tuberous sclerosis can play a crucial role in decoding cancer. In fact, encouraging data from clinical trials involving mTOR inhibitors indicate their potential to play a more prominent role in the treatment of cancer in the near future.

In this aspect, the progress in discovery of novel and modified therapeutic options has unexpectedly precipitated far wider applications in treatment of other diseases than was previously envisioned. Armed with a greater repertoire, there lies much hope in the development of more effective management in the future.

Expanding clinical perspectives

With increasing public awareness of rare genetic diseases, there has been greater recognition of the extensive difficulties patients face. Being able to empathize with the current situation can broaden healthcare professionals’ perspectives on what diagnosis, management and patient-centred care really encompasses.

Regardless of whether the person on the receiving end is a physician, nurse or allied health professional, it is important to understand that diseases, no matter how rare, should not be dismissed or neglected.

Regardless of whether the person on the receiving end is a physician, nurse or allied health professional, it is important to understand that diseases, no matter how rare, should not be dismissed or neglected, but be actively considered in the context of the patient. This not only allows one to appreciate the complexities of medicine, but also is essential in the drive towards greater efficiency in diagnosis and management.

Forging collaborative partnerships

Aside from that, the rapid progress of today’s research into rare diseases also underscores the importance of collaboration between different parties involved in medicine. The close partnerships between patient advocacy groups, pharmaceutical companies and academic institutions have played a key role in research and development.

Patient driven organizations such as the National Organisation for Rare Disorders (NORD) and the Genetic Alliance in the United States prove instrumental in not only raising awareness about such diseases, but also in facilitating research through database creations and providing financial incentives.

Implementation of the Orphan Drug Act further served to benefit patients through reducing barriers to and incentivising drug research and development.

Additionally, the European Organisation for Rare Diseases (EURORDIS), a patient-driven alliance of organizations, has established closer links with European regulatory authorities, and established a critical role for patient voices in the devising of policies, especially with the Committee for Orphan Medicinal Products (COMP).

In these aspects, such collaborations can significantly improve patient outcomes through sharing of expertise and knowledge amongst healthcare professionals, while also maximising cost-effectiveness and improving access to treatments requiring specific resources.

This stresses the tremendous value of collaboration efforts in medicine, not only pertaining to rare genetic diseases, but also to every other disease afflicting the human body.

Conclusione

Research has gained much traction, with increasing recognition of not only their importance in the understanding of medicine, but also the need to tackle them.

Undeniably, rare genetic diseases will continue to play an essential role in medicine. Research has gained much traction, with increasing recognition of not only their importance in the understanding of medicine, but also the need to tackle them.

Nonetheless, effective diagnosis, treatment and management still remain a distant reality today, despite rapid advances in characterizing these diseases. With limited expertise and resources, depending solely on local or national capabilities will indubitably prove inadequate.

Therefore, maintaining the momentum on rare genetic diseases relies upon building up robust collaborations between international organizations, regulatory authorities, academic institutions and pharmaceutical companies in the drive towards establishing concrete objectives, realistic goals and consensus plans of action.


Why did ecologists start studying infectious diseases?

To some extent, ecologists have always studied infectious diseases. In most cases, infectious diseases are caused by parasites or pathogens, although there are interesting counterexamples. (For instance, devil facial tumor disease is transmissible cancer that causes disease in Tasmanian devils, a carnivorous marsupial found on the island of Tasmania.)

The difference between “parasite” and “pathogen” is really a semantic one. Most ecologists don’t make a sharp distinction. Roughly, parasites are multicellular organisms like worms (e.g., the trematodes that cause human schistosomiasis) and arthropods (e.g., lice, mites, and fleas), while pathogens are single-celled organisms like bacteria or protozoa, or even quasi-organisms like viruses (including SARS-CoV-2, which causes COVID-19) and prions (like those that cause the “zombie” chronic wasting disease that affects deer and other cervids). Some scientists refer to the former as “macroparasites” and the latter as “microparasites”. But the point is that parasitism is an interaction between two species. That makes it a subject of ecology.

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Another reason ecologists have been fascinated with infectious diseases is because they behave nonlinearly — the effect of a variable on the disease is not a simple straight line, and in fact, can be wildly irregular. Ecosystems, and the interactions of species in particular, are full of nonlinearities, so ecologists have long been fascinated with the patterns that result.

Ecology is one of the origins of chaos theory, which is based on nonlinear dynamics. In the 1980s and 1990s, when ecologists were developing methods for detecting nonlinear interactions in data, they turned to infectious diseases (especially measles) as a testbed for their new statistical techniques, partly because of the high quality of infectious disease incidence data. But ecological data are typically very noisy and require special-purpose modeling techniques. The upshot is that ecologists have developed a lot of very powerful methods for detecting and modeling nonlinear interactions in noisy data.

A third reason ecologists have studied infectious diseases is the increasingly important role of emerging infectious diseases (EIDs). EIDs are defined by the World Health Organization as diseases that either have recently appeared for the first time or have existed previously but are newly spreading rapidly.

The majority of emerging diseases are zoonotic, meaning they crossed from animal to human populations through “spillover” (transmission from an animal to a person). Ecologists are particularly well-positioned to study the process of spillover since they already study animal species in their natural habitats, and are often concerned with the aspects of human interactions with the environment that create the opportunities for spillover.


Risposte immunitarie specifiche (risposte immunitarie adattive)

Dopo l'infezione, l'ospite può produrre una varietà di anticorpi (glicoproteine ​​complesse note come immunoglobuline) che si legano a specifici bersagli antigenici microbici. Gli anticorpi possono aiutare a sradicare l'organismo infettante attirando i globuli bianchi dell'ospite e attivando il sistema del complemento.

Il sistema del complemento distrugge le pareti cellulari degli organismi infettanti, solitamente attraverso la via classica. Il complemento può essere attivato anche sulla superficie di alcuni microrganismi attraverso la via alternativa.

Gli anticorpi possono anche favorire la deposizione di sostanze note come opsonine (p. es., la proteina C3b del complemento) sulla superficie dei microrganismi, che aiuta a promuovere la fagocitosi. L'opsonizzazione è importante per l'eradicazione di organismi incapsulati come pneumococchi e meningococchi.


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