Human African Trypanosomiasis Trypanosoma gambiense specific - - PowerPoint PPT Presentation

Human ¡African ¡Trypanosomiasis ¡

Variant ¡Surface ¡Glycoproteins ¡ ¡

Trypanosoma ¡gambiense ¡specific ¡an8bodies ¡persist ¡in ¡blood ¡a;er ¡an8genic ¡shi; ¡

Is ¡it ¡flu ¡or ¡is ¡it ¡HAT? ¡

Stage ¡I ¡ ¡ Parasite ¡lives ¡in ¡the ¡blood ¡and ¡lymph ¡nodes ¡ Ø ¡ ¡headache ¡ Ø ¡ ¡fever ¡ Ø ¡ ¡weakness ¡ ¡ Ø ¡ ¡pain ¡in ¡the ¡joints ¡and ¡s8ffness ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Stage ¡II ¡ ¡ parasite ¡penetrates ¡blood-­‑brain ¡barrier ¡ Ø ¡ ¡confusion ¡ Ø ¡ ¡poor ¡coordina8on ¡ Ø ¡ ¡psychiatric ¡disorders ¡ Ø ¡ ¡seizures ¡ ¡ Ø ¡ ¡paralysis ¡ Ø ¡ ¡coma ¡ ¡

• 1. ¡Stage ¡II ¡HAT ¡pa8ents ¡
• 2. ¡Collec8ng ¡blood ¡samples ¡
• 4. ¡Lumbar ¡puncture ¡
• 5. ¡Visual ¡confirma8on ¡
• 6. ¡HAT ¡parasite ¡iden8fica8on ¡
• 3. ¡CATT ¡-­‑ ¡an8body ¡test ¡

Current ¡HAT ¡diagnos8c ¡methods ¡are ¡not ¡suitable ¡for ¡use ¡in ¡the ¡field ¡

Aim: ¡Design ¡an ¡alterna8ve ¡diagnos8c ¡system ¡for ¡detec8on ¡of ¡HAT, ¡ tailored ¡for ¡use ¡in ¡sub-­‑Saharan ¡Africa ¡

Sensi8ve ¡ ¡ Specific ¡ ¡ Thermostable ¡ ¡ Inexpensive ¡ Portable ¡ ¡ Simple ¡ ¡ Measurable ¡output ¡ ¡ Easy ¡to ¡use ¡

Solu8on: ¡E.coli ¡display ¡of ¡pep8de ¡epitopes, ¡integrated ¡ ¡ with ¡quorum-­‑sensing ¡AND ¡gate ¡logic ¡

Autotransporter 1 Epitope 1 Antibody 1 Sender device Autotransporter 2 Epitope 2 Antibody 2 Receiver device

¡ ¡E.coli ¡surface ¡display ¡ ¡ ¡ ¡Quorum ¡sensing ¡AND ¡gate ¡ R S HSL ¡

Quorum ¡sensing ¡based ¡AND ¡gate ¡logic ¡of ¡our ¡design ¡

¡ ¡1. ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2. ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3. ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡4. ¡ HSL ¡ HSL ¡

Autotransporters ¡ QS ¡ mathema8cal ¡ modelling ¡ ¡ QS ¡ ¡ tes8ng ¡in ¡the ¡ lab ¡ GFP ¡detector ¡ for ¡HAT ¡

Ho How ¡d w ¡did id ¡w ¡we ¡t e ¡tes est ¡ou ¡our ¡id r ¡idea? ea?

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡S ¡Surf rface ¡d ace ¡disp ispla lay ¡of ¡f y ¡of ¡for

• reign

eign ¡p ¡pep ep7des-­‑ es-­‑aut autotr transpo ansport rter ers ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡An8gen ¡43 ¡(Ag43) ¡ Ice-­‑Nuclea8on ¡Protein ¡(INP) ¡

148 ¡

• ­‑-­‑

C ¡

¡ ¡ ¡ ¡β ¡

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148 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡C ¡

¡ ¡ ¡ ¡β ¡

α ¡

FLAG ¡TAG-­‑DYKDDDDK ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ag43 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ag43 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡En ¡ ¡ ¡ ¡Engin gineerin eering ¡au g ¡autot

• tran

ansp sport

• rter

ers ¡f s ¡for ¡su

• r ¡success

ccessfu ful ¡d l ¡disp ispla lay ¡of ¡ep y ¡of ¡epit itop

• pes

es

¡ ¡ ¡ ¡ ¡1. ¡Sequencing ¡results ¡confirm ¡presence ¡of ¡FLAG+MCS ¡

Ag43 ¡ INP ¡

INP INP

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ag43 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ag43 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡En ¡ ¡ ¡ ¡Engin gineerin eering ¡au g ¡autot

• tran

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• pes

es INP INP

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ag43 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ag43 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡En ¡ ¡ ¡ ¡Engin gineerin eering ¡au g ¡autot

• tran

ansp sport

• rter

ers ¡f s ¡for ¡su

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ccessfu ful ¡d l ¡disp ispla lay ¡of ¡ep y ¡of ¡epit itop

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es INP INP

¡ ¡ ¡3. ¡β-­‑hairpins ¡removal ¡ Ag43 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Ag43+FLAG ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(-­‑) ¡β ¡hairpins ¡ ¡

Successful ¡ ¡detec7on ¡ ¡of ¡ ¡FL FLAG ¡ ¡on ¡ ¡the ¡ ¡cell ¡ ¡surface!

Ag43 ¡only-­‑100X ¡ Ag43+FLAG-­‑100X ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Immunolabelling ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡Will ¡n ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Will ¡non

• n-­‑b
• ­‑bou
• und ¡cells ¡giv

¡cells ¡give ¡u e ¡us ¡f s ¡false ¡p alse ¡posi7

• si7ves?

es?

S ¡ R

¡ ¡ ¡ ¡ H S L ¡

R S

¡ ¡ ¡ ¡HSL ¡

S

¡ ¡ ¡ ¡ H S L ¡

We ¡ ¡used ¡ ¡PDEs ¡ ¡to ¡ ¡create ¡ ¡a ¡ ¡spa7al ¡ ¡mo model ¡ ¡of ¡ ¡HSL ¡ ¡produc7on

• Spa8al ¡model: ¡
• ​𝜖𝐷/𝜖𝑢 =𝐸​𝛼↑2 𝐷 ¡– ¡Fick’s ¡2nd ¡law ¡
• 𝜚=−𝛼(𝐸𝐷)=−𝐸𝛼𝐷 ¡
• Each ¡cell ¡generates ¡its ¡own ¡

spa8al ¡field ¡of ¡HSL ¡ concentra8on ¡

HSL ¡ HSL ¡ HSL ¡

S ¡

HSL ¡

Rapid ¡ ¡HSL ¡ ¡difffusion ¡ ¡prevents ¡ ¡short-­‑

• ­‑range ¡

¡QS QS ¡ ¡signalling

• Quorum ¡sensing ¡is ¡solely ¡due ¡to ¡the ¡

background ¡HSL ¡build-­‑up ¡

• Juxtaposed ¡bacteria ¡did ¡not ¡produce ¡

enhanced ¡QS ¡

Model ¡ ¡predicted ¡ ¡imp mproved ¡ ¡QS QS ¡ ¡response ¡ ¡through ¡ ¡surface ¡ ¡ binding binding

HSL ¡ HSL ¡ HSL ¡

S ¡

HSL ¡ HSL ¡ H S L ¡

S ¡

HSL ¡ HSL ¡

Experime mental ¡ ¡Confi firma ma7on

0 ¡ 1000 ¡ 2000 ¡ 3000 ¡ 4000 ¡ 5000 ¡ 6000 ¡ 0 ¡ 50 ¡ 100 ¡ 150 ¡ 200 ¡ 250 ¡ 300 ¡ 350 ¡ 400 ¡

GFP ¡(Ex.485nm/Em.520nm) ¡ Incuba8on ¡Time ¡(mins) ¡

QS ¡Response: ¡Free ¡vs ¡Immobilised ¡Cells ¡

Freely-­‑Suspended ¡Cells ¡ Surface-­‑Immobilised ¡Cells ¡

S ¡ R

¡ ¡ ¡ ¡ H S L ¡

R S

¡ ¡ ¡ ¡HSL ¡

S

¡ ¡ ¡ ¡ H S L ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡Will ¡n ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Will ¡non

• n-­‑b
• ­‑bou
• und ¡cells ¡giv

¡cells ¡give ¡u e ¡us ¡f s ¡false ¡p alse ¡posi7

• si7ves? ¡Y

es? ¡Yes! es!

Quorum ¡sensing ¡depends ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡on ¡the ¡presence ¡of ¡an ¡ an8body ¡specific ¡epitope ¡ ¡

• 1. ¡Receiver ¡+ ¡Sender ¡

¡ ¡

• 2. ¡Ag43 ¡+ ¡FLAG-­‑Receiver ¡+ ¡Sender ¡

¡ ¡ Legend: ¡ ¡

Successful ¡use ¡of ¡quorum ¡sensing ¡to ¡detect ¡FLAG ¡pull-­‑down ¡

0 ¡ 100 ¡ 200 ¡ 300 ¡ 400 ¡ 500 ¡ 600 ¡ 700 ¡ 800 ¡ 900 ¡ 0 ¡ 50 ¡ 100 ¡ 150 ¡ 200 ¡ 250 ¡ 300 ¡ 350 ¡ 400 ¡

¡GFP ¡ ¡ ¡Fluorescence ¡ Incuba8on ¡Time ¡(minutes) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

+ ¡ + ¡

Ag43+mimotope ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡VSG ¡1.5

Receiver ¡

HSL

¡ ¡ ¡ ¡ ¡An8-­‑ ¡ VSG ¡1.5 ¡Ab ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡An8-­‑ ¡ VSG ¡1.3 ¡Ab ¡

¡Sender

Ag43+mimotope ¡

VSG ¡1.3

Assay ¡for ¡HAT ¡detec8on ¡ ¡

¡ ¡Add ¡prewashed ¡E.coli ¡expressing ¡ Ag43+mimotope ¡VSG ¡1.3 ¡+ ¡Sender ¡ ¡ Add ¡prewashed ¡E.coli ¡expressing ¡ Ag43+mimotope ¡VSG ¡1.5 ¡+ ¡Receiver ¡ Wash ¡ Incubate ¡ ¡ GFP ¡=> ¡HAT ¡posi8ve ¡ Wash ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Poly-­‑L-­‑Lysine ¡

Immobilize ¡an8bodies ¡

Requirements ¡for ¡detec7on ¡device

GFP ¡ UV ¡ Green ¡+ ¡UV ¡+ ¡Other ¡ UV ¡Blocking ¡Filter ¡ UV ¡LED ¡ GL ¡Pass ¡Filter ¡ Green ¡ LDR ¡

How ¡our ¡fluorimeter ¡works

Sensi8ve ¡ to ¡GL ¡

How ¡it ¡performs

1 ¡ 1.05 ¡ 1.1 ¡ 1.15 ¡ 1.2 ¡ 1.25 ¡ 1.3 ¡ 1.35 ¡ 1.4 ¡ 0 ¡ 50 ¡ 100 ¡ 150 ¡ 200 ¡ 250 ¡

Response ¡ Time ¡(min) ¡ Normalised ¡response ¡vs ¡8me ¡

Diagnos8c ¡backpack ¡

¡ ¡ Specific ¡

¡

Thermostable ¡

¡

Sensi8ve ¡

¡

Inexpensive ¡

¡

Portable ¡

¡

Simple ¡

¡

Measurable ¡

• utput ¡

¡

Easy ¡to ¡use ¡ ¡ ¡

Huma man ¡ ¡Prac7ces

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ SCHMU ¡Radio, ¡Aberdeen ¡ Explorathon ¡2014 ¡– ¡PechaKucha ¡ Presenta8on ¡ AU ¡Magazine ¡Ar8cles ¡ DNA ¡Transla8on ¡App ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Scoksh ¡Scien8fic ¡Advisory ¡Council ¡ WHO ¡ Collabora8ve ¡discussion ¡with ¡the ¡Ins8tute ¡of ¡ Tropical ¡Medicine, ¡Antwerp ¡

“We ¡are ¡Aberdeen” ¡

¡ ¡ ¡ ¡

¡

ü

¡ ¡Created ¡novel ¡BioBricks ¡to ¡surface ¡

expressed ¡foreign ¡pep8des ¡to ¡mimic ¡pathogen ¡ epitopes ¡ ¡

ü

¡ ¡Op8mized ¡assay ¡design ¡using ¡mathema8cal ¡ modelling ¡ ¡

ü

¡ ¡Successfully ¡demonstrated ¡QS ¡behaviour ¡in ¡ co-­‑localized ¡epitopes ¡detec8on ¡ ¡

ü

¡ ¡Built ¡a ¡portable, ¡cheap ¡GFP ¡detector ¡ ¡

ü

¡ ¡Delivered ¡a ¡proof ¡of ¡concept ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡plahorm ¡technology ¡

Achievements ¡

Acknowledgements, ¡Sponsors ¡and ¡Supporters ¡

• Dr. ¡Philippe ¡Büscher ¡

WHO ¡Collabora8ng ¡Center ¡for ¡Human ¡ African ¡Trypanosomiasis ¡Diagnosis ¡ Head ¡of ¡the ¡Unit ¡of ¡Parasite ¡Diagnos8cs ¡ Ins8tute ¡of ¡Tropical ¡Medicine, ¡Antwerp ¡

Ques8ons? ¡

Wake ¡up ¡to ¡the ¡sleeping ¡sickness ¡