Set-up and incorporation of a nucleic acid purification protocol in a PCR based diagnostic test for respiratory pathogens
| dc.contributor | Aalto-yliopisto | fi |
| dc.contributor | Aalto University | en |
| dc.contributor.advisor | Hokynar, Kati | |
| dc.contributor.advisor | Piilola (Piitulainen), Hanna | |
| dc.contributor.author | Boström, Sanna | |
| dc.contributor.school | Kemian tekniikan korkeakoulu | fi |
| dc.contributor.supervisor | Linder, Markus | |
| dc.date.accessioned | 2024-01-28T18:17:12Z | |
| dc.date.available | 2024-01-28T18:17:12Z | |
| dc.date.issued | 2024-01-23 | |
| dc.description.abstract | Respiratory tract infections are prevalent worldwide, and their mortality rates are generally low in individuals with good health. However, such infections can be severe and sometimes fatal, especially among young children, the elderly, and immunocompromised people. Especially with severe infections fast and reliable diagnosis is crucial. Traditional diagnostic methods for respiratory pathogens, e.g., culturing, are time-consuming and laborious. Molecular diagnostic methods, such as nucleic acid amplification-based tests have revolutionized the diagnostics of respiratory tract infections and are now the golden standard method. The aim of this thesis is to develop and optimize a nucleic acid extraction protocol for a prototype diagnostic test on Novodiag® system detecting respiratory pathogens and to evaluate the efficacy of the developed extraction method. Novodiag® is a rapid molecular diagnostic test for detecting infectious agents and antibiotic resistance developed by Mobidiag. The study started by examination of extraction efficacy of different silica types with both DNA and RNA targets. Next phase included optimization of the binding buffer. Finally, the sample preparation method was integrated into Novodiag® cartridge and its performance was studied by comparing automated Novodiag® extractions to manual version and to a reference method. This thesis led to the discovery of a novel alternative silica that not only matched the performance of the standard silica but also surpassed it when targeting RNA. Optimization of the binding buffer for RNA targets was successful, and the sensitivity increased up to 100-fold compared to the original binding buffer. However, the new optimized binding buffer did not reach the sensitivity of the reference method but was decreased 10-fold compared to easyMAG®. The integration of sample preparation method to the Novodiag® was successful, but evaluation of extraction efficacy showed approximately a 10-fold decrease in sensitivity compared to manual nucleic acid extraction. Based on the results of this thesis, silica examination should be further studied, especially with both DNA and RNA targets and also in the presence of clinical sample matrix. In addition, sample preparation protocol in Novodiag® should be further optimized to reach the same or better performance and sensitivity as in manual nucleic acid extraction. | en |
| dc.description.abstract | Hengitystieinfektiot ovat maailmanlaajuisesti yleisiä ja perusterveillä ihmisillä harvoin johtavat kuolemaan, mutta erityisesti pienten lasten, vanhusten ja immuunipuutteisten keskuudessa infektiot voivat olla vakavia ja jopa hengenvaarallisia. Varsinkin vakavien infektioiden yhteydessä nopea ja luotettava diagnoosi on ratkaisevan tärkeää. Perinteiset hengitystieinfektioiden diagnostiset menetelmät, kuten viljely, ovat aikaa vieviä ja työläitä. Molekyylidiagnostiset menetelmät, kuten nukleiinihappomonistukseen perustuvat testit, ovat mullistaneet hengitystieinfektioiden diagnostiikan ja ovat nyt standardi menetelmä. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää ja optimoida nukleiinihappoeristykseen pohjautuva näytteenkäsittelymenetelmä Novodiag® hengitysteiden patogeenien tunnistamiseen tarkoitettuun prototyyppituotteeseen sekä arvioida kehitetyn eristysmenetelmän tehokkuutta. Novodiag® on Mobidiagin kehittämä tuote tartuntatautien ja antibioottiresistenssin nopeaan tunnistamiseen. Tutkimus aloitettiin tutkimalla erilaisia silika tyyppejä sekä DNA- että RNA-näytteillä. Seuraavassa vaiheessa optimoitiin sitoutumispuskuri. Lopuksi näytteenkäsittelymenetelmä integroitiin Novodiag®-kasettiin ja sen suorituskykyä tutkittiin vertaamalla manuaalista nukleiinihappoeristystä Novodiag®-eristykseen, sekä referenssimenetelmään. Diplomityön tuloksena löydettiin uusi vaihtoehtoinen silikamateriaali, jonka performanssi ylsi referenssimateriaalin tasolle ja RNA näytteellä toimi jopa tehokkaammin. Sitoutumispuskurin optimointi RNA näytteille onnistui, ja herkkyys parani alkuperäiseen puskuriin verrattuna jopa 100- kertaiseksi. Uusi optimoitu sitoutumispuskuri ei kuitenkaan pärjännyt herkkyydessä easyMAG® referenssimenetelmälle, vaan jäi herkkyyden suhteen noin 10-kertaa heikommaksi. Näytteenkäsittelymenetelmän siirto Novodiag®-kasettiin onnistui, mutta menetelmä jäi herkkyyden suhteen noin 10-kertaa heikommaksi kuin vertailumenetelmänä ollut manuaalinen nukleiinihappoeristys. Diplomityön tulosten pohjalta eri silika tyyppien tutkimista ja testaamista tulisi jatkaa, sekä DNA että RNA näytteiden kanssa ja lisäksi kliinisen näytematriisin kanssa. Lisäksi Novodiagin® näytteenkäsittelyprotokollaa tulisi edelleen optimoida, jotta saavutetaan sama tai parempi suorituskyky ja herkkyys kuin manuaalisessa nukleiinihappoeristyksessä. | fi |
| dc.format.extent | 57 | |
| dc.identifier.uri | https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/126393 | |
| dc.identifier.urn | URN:NBN:fi:aalto-202401282061 | |
| dc.language.iso | en | en |
| dc.location | PK | fi |
| dc.programme | Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering | fi |
| dc.programme.major | Biotechnology | fi |
| dc.programme.mcode | CHEM3022 | fi |
| dc.subject.keyword | nucleic acid extraction | en |
| dc.subject.keyword | molecular diagnostics | en |
| dc.subject.keyword | sample preparation | en |
| dc.subject.keyword | respiratory pathogens | en |
| dc.title | Set-up and incorporation of a nucleic acid purification protocol in a PCR based diagnostic test for respiratory pathogens | en |
| dc.title | Nukleiinihappoeristykseen pohjautuvan näytteenkäsittelymenetelmän kehittäminen PCR pohjaiseen diagnostiseen testiin hengitystiepatogeeneille | fi |
| dc.type | G2 Pro gradu, diplomityö | fi |
| dc.type.ontasot | Master's thesis | en |
| dc.type.ontasot | Diplomityö | fi |
| local.aalto.electroniconly | yes | |
| local.aalto.openaccess | no |
