Complete diagnose van infectieziekten bij dieren

Van selectieve detectie naar brede spectrumanalyse 

Dr. Sebastiaan Theuns onderzoekt ziekteverwekkende virussen en bacteriën bij dieren. Hij is co-founder van PathoSense, een spin-off van het Laboratorium Virologie van de UGent: “Sinds de coronapandemie kennen we de PCR-test allemaal. Die vertelt je of je het coronavirus hebt of niet. De test spoort m.a.w. ​één​ h​ee​l specifiek virus op. Ook de diergeneeskunde past de PCR methode zeer frequent toe: om te weten of een dier besmet is met een bepaald virus of bacterie, zoekt een labo naar de unieke DNA-sequentie ​-​ de genetische code - van dat type ziekteverwekker. 

“Bij een stalenonderzoek van zieke dieren stuiten we op twee problemen: enerzijds moet je als dierenarts al op voorhand selecteren op welk type ziekteverwekker je een dier wil laten testen. Anderzijds is het ook niet gemakkelijk om zuivere stalen te nemen. Met de PathoSense-analyse werkten we een oplossing uit voor beide uitdagingen.” 

“Met onze geoctrooieerde swab neemt elke dierenarts een ​zeer gericht​ staal af. Die swab, in feite een soort van filter, steek je in een buis en na toevoegen van een vloeistof kan de dierenarts het staal ​meteen ook ​opzuiveren ​met deze​ swab. Op deze manier bekomt de dierenarts een zuiver staal van virussen en bacterien. Via een mobiele app meldt de dierenarts zijn staal aan en bezorgt het aan het labo. Daar onderzoeken laboranten de DNA- en RNA-code van alle pathogenen - of ziektekiemen - in het monster. Hiervoor maakt PathoSense als Certified Services Provider gebruik van Oxford Nanopore Technologies, een revolutionaire methode om DNA/RNA af te lezen. De dierenarts moet dus niet meer op voorhand selecteren op welk virus hij wil testen. Alle resultaten komen tenslotte digitaal bij de dierenarts terecht in de app.”  

Exclusief partnerschap met DGZ als mijlpaal 

PathoSense heeft sterke internationale groeiambities. Om die te verwezenlijken wil het vanuit Vlaanderen partnerships afsluiten met hoog-kwalitatiteve diergeneeskundige laboratoria wereldwijd. Eind maart 2023 kondigde PathoSense haar eerste exclusieve partnerschap aan in de pers: vanaf 2 mei 2023 zullen alle PathoSense analyses in België en Luxemburg exclusief uitgevoerd worden in het labo van DGZ Vlaanderen, het grootste diergeneeskundige labo in België. DGZ voert vanaf dan kwaliteitsvolle analyses uit met de PathoSense technologie op basis van nanopore sequencing en rapporteert daarover aan de dierenarts. Tegelijkertijd kan het PathoSense team zich concentreren op de verdere ontwikkeling van haar diagnostische tool en de ondersteuning van het DGZ team bij de interpretatie met nieuwe wetenschappelijke inzichten. 

Aan deze belangrijke mijlpaal gingen heel wat stappen vooraf. Die voeren ons terug naar zijn doctoraat en postdoc aan het Laboratorium Virologie van Prof. Hans Nauwynck aan de faculteit Diergeneeskunde van de UGent. Daar kreeg co-founder Sebastiaan Theuns via een innovatiemandaat de smaak te pakken van het praktijkgericht werken: “Academisch onderzoek is fascinerend, maar het in de dagelijkse toepassing van dierenartsen zien functioneren, vind ik persoonlijk nog relevanter en bevredigender.” 

Verder onderzoek dankzij Baekelandmandaat 

Sinds oktober 2020 is het bedrijf een officiële spin-off van de UGent met Sebastiaan Theuns en Hans Nauwynck als co-founders​.​ Tijdens de oprichtingsperiode werd PathoSense ook geselecteerd voor deelname aan de StartIt@KBC accelerator, een bijzonder leerrijk traject. Vervolgens engageerden Sebastiaan en Hans doctoraatstudent Nick Vereecke, om via een Baekelandmandaat toegepast onderzoek uit te voeren: “Onze expertise concentreerde zich vooral rond virussen. Dat wilden we graag uitbreiden met expertise rond bacteriën en hun resistentie​ tegenover antibiotica​. Zeker dat laatste is een steeds groter probleem​ in zowel de humane als de ​diergeneeskunde.”  

“De moeilijkheid is dat we sommige van die bacteriekiemen in erg specifieke omstandigheden moeten opkweken. Pas als dat gelukt is, kunnen we antibiotica toevoegen en onderzoeken of die kiemen dat overleven. Met ​onze testen​​     ​ sporen we snel wijzigingen in het DNA van pathogenen op en kunnen we in de toekomst beter en sneller bepalen welke antibiotica je het best inzet. In maart behaalde Nick zijn Doctoraat in Diergeneeskunde als resultaat van een succesvolle samenwerking tussen PathoSense en Universiteit Gent. Naast een doctoraat en meer dan twintig publicaties uit diverse samenwerkingen leverde dit onderzoek betere analysemogelijkheden van bacteriën op. Deze knowhow werden verder geïntegreerd services​ en vormt de basis van onze verdere innovaties​.” 

Sebastiaan vervolgt: “Zopas dienden we bij VLAIO een nieuwe aanvraag in voor een Baekelandmandaat in samenwerking met microbiologisch expert prof. Sarah Lebeer (Universiteit Antwerpen). We willen heel graag Adelaide Panattoni onder onze vleugels nemen om te kijken naar factoren die een bacterie goed of slecht maken: denk dan bv. aan virulentiefactoren. Maar ook genen die voor ​positieve ​functionele componenten bij een bacterie zorgen, willen we via haar onderzoek beter in beeld brengen. Op deze manier willen we deze kennis integreren in onze diagnostische tool. Zo krijgt de dierenarts in de toekomst de beschikking over een nog krachtigere test.” 

Een gecentraliseerde database  

Sebastiaan: “Met PathoSense focusten we in eerste instantie op landbouwdieren. Veel van die dieren worden niet ziek door één virus, maar door een combinatie van ziekteverwekkers. Zogenaamde complexen. Wanneer veel dieren samenleven, is het zaak om snel te weten te komen welke virussen​ of bacteriën​ er in omloop zijn. Met onze aanpak identificeren we ​deze niet alleen snel​, maar kunnen we vaak ook zeggen over welke virusstam of -variant het gaat. ​​​​Ook dat is belangrijk en bespaart de dierenarts enorm veel tijd.” 

“Met de innovatieve starterssteun van VLAIO en de erg geapprecieerde begeleiding van bedrijfsadviseur Tine Demoor maakten we een aanzet voor een cloud platform. Daar centraliseren we alle verzamelde data, analyseren die en versturen de opgedane inzichten naar onze app. Dierenartsen kunnen er meteen hun advies op baseren en de meest geschikte behandelingswijze opstarten. Dit cloud platform laat ons ook toe om in een latere fase onze technologie aan partnerlaboratoria te koppelen.” 

End-to-end efficiëntie 

Sebastiaan: “Zoals je uit de exclusieve samenwerking met DGZ kan afleiden, is het niet onze bedoeling om zelf een operationeel labo te worden. We willen blijven innoveren. Onze focus ligt op ontwikkeling en het schaalbaar maken van ons platform. Met een VLAIO ontwikkelingsproject finaliseerden we niet enkel ons cloud platform, maar kijken we ook naar de automatisatie van het analyseproces.”  

“In ons laboratorium gebruiken we een GridION sequencer.​ ​Die analyseert de aangeleverde​ met onze swab opgezuiverde​ stalen via nanopore sequencing (Oxford Nanopore Technologies). De vloeistof met de genetische sequenties van de virussen en bacteriën loopt door dat toestel terwijl dat het DNA leest.​ Die datastromen worden via onze cloud geanalyseerd tot een begrijpbaar resultaat.​ Maar voorafgaand is er ​nog ​een manueel proces ​in het laboratorium ​dat we graag door een robot willen laten uitvoeren. Dit is een hele uitdaging maar het bespaart labo’s op termijn veel tijd én geld. En op die manier bouwen we een efficiënt en performant end-to-end proces uit: van staalafname tot analyse​ en interpretatie​ in een schaalbaar model.” 

Na België richt Pathosense zich in eerste instantie op Nederland en andere Europese landen. Ook daar kijken ze uit naar samenwerking met gerenommeerde labo’s om hun oplossing bij zoveel mogelijk dierenartsen uit te rollen. Sebastiaan: “Met onze piloot​studie​ bij DGZ hebben we meteen ook een heldere procedure uitgewerkt om ons model in andere landen uit te rollen: wij voorzien in opleiding, we zetten de cloud software op punt, valideren de analyseresultaten tussen labo’s, … Daarna zijn de labo’s in staat om de PathoSense aanpak verder uit te dragen en ​te ​ondersteunen de partners elkaar via gezamenlijke marketing en diergeneeskundige ondersteuning.  

De interesse gaat momenteel ook al verder dan enkel Europa. Vlaanderen is een unieke kennisregio, we kunnen echt een sterke positie innemen in de wereld – onder andere dankzij de samenwerking met universiteiten en het ontwikkelingsproject via VLAIO.” 

De toekomst? Een helikopterblik 

“Stel”, zegt Sebastiaan wanneer we het over de verdere toekomst hebben, “stel dat uit de centraal opgeladen en gedeelde analyses blijkt dat er aan de grens met Frankrijk een virus circuleert dat gevaarlijk is voor paarden. Met die informatie zouden labo’s hun dierenartsen daarvan op de hoogte kunnen brengen. Die spelen deze waarschuwing door naar hun klanten en vragen hun om paarden in de grensstreek binnen te houden of te isoleren. Dat is vooralsnog een toekomstdroom, maar ik kan me voorstellen dat overheden daar wel in geïnteresseerd zouden kunnen zijn. Zo’n real time dashboard dat monitort welk virus op een bepaald moment in een specifiek gebied of sector circuleert zou heel wat levens, geld en tijd besparen.