La diagnostica molecolare nel laboratorio di patologia clinica veterinaria

La prima parte del nostro studio riguarda la tecnica LAMP (Loop-mediated isothermal amplification), una tecnica di amplificazione isotermica recentemente inventata (Notomi et al., 2000). Essa presenta notevoli vantaggi rispetto alle tradizionali PCR: non necessita di strumentazioni sofisticate come i termociclatori, può essere eseguita da personale non specializzato, è una tecnica altamente sensibile e specifica ed è molto tollerante agli inibitori. Tutte queste caratteristiche fanno sì che essa possa essere utilizzata al di fuori dei laboratori diagnostici, come POCT (Point of care testing), con il vantaggio di non dover gestire la spedizione del campione e di avere in tempi molto brevi risultati paragonabili a quelli ottenuti con la tradizionale PCR. Sono state prese in considerazione malattie infettive sostenute da batteri che richiedono tempi molto lunghi per la coltivazione o che non sono addirittura coltivabili. Sono stati disegnati dei saggi per la diagnosi di patologie virali che necessitano di diagnosi tempestiva. Altri test messi a punto riguardano malattie genetiche del cane e due batteri d’interesse agro-alimentare. Tutte le prove sono state condotte con tecnica real-time per diminuire il rischio di cross-contaminazione pur riuscendo a comprendere in maniera approfondita l’andamento delle reazioni. Infine è stato messo a punto un metodo di visualizzazione colorimetrico utilizzabile con tutti i saggi messi a punto, che svincola completamente la reazione LAMP dall’esecuzione in un laboratorio specializzato. Il secondo capitolo riguarda lo studio dal punto di vista molecolare di un soggetto che presenza totale assenza di attività mieloperossidasica all’analisi di citochimica automatica (ADVIA® 2120 Hematology System). Lo studio è stato condotto attraverso amplificazione e confronto dei prodotti di PCR ottenuti sul soggetto patologico e su due soggetti con fenotipo wild-type. Si è poi provveduto al sequenziamento dei prodotti di PCR su sequenziatore automatico al fine di ricercare la mutazione responsabile della carenza di MPO nel soggetto indicato.

Development of bionanotechnological strategies for signal enhancement in nucleic acids biosensors

Nucleic acid biosensors represent a powerful tool for clinical and environmental pathogens detection. For applications such as point-of-care biosensing, it is fundamental to develop sensors that should be automatic, inexpensive, portable and require a professional skill of the user that should be as low as possible. With the goal of determining the presence of pathogens when present in very small amount, such as for the screening of pathogens in drinking water, an amplification step must be implemented. Often this type of determinations should be performed with simple, automatic and inexpensive hardware: the use of a chemical (or nanotechnological) isothermal solution would be desirable. My Ph.D. project focused on the study and on the testing of four isothermal reactions which can be used to amplify the nucleic acid analyte before the binding event on the surface sensor or to amplify the signal after that the hybridization event with the probe. Recombinase polymerase amplification (RPA) and ligation-mediated rolling circle amplification (L-RCA) were investigated as methods for DNA and RNA amplification. Hybridization chain reaction (HCR) and Terminal deoxynucleotidil transferase-mediated amplification were investigated as strategies to achieve the enhancement of the signal after the surface hybridization event between target and probe. In conclusion, it can be said that only a small subset of the biochemical strategies that are proved to work in solution towards the amplification of nucleic acids does truly work in the context of amplifying the signal of a detection system for pathogens. Amongst those tested during my Ph.D. activity, recombinase polymerase amplification seems the best candidate for a useful implementation in diagnostic or environmental applications.