Les propriétés du papier - pompe capillaire, prix et disponibilité - lui permettent de répondre à tout type de contraintes logistiques et économiques d'un diagnostic médical de terrain. En amont de l'application, nous avons étudié les écoulements dans des géométries confinées par des barrières de cire. Une focalisation hydrodynamique associée à l'évaporation, crée un effet de concentrateur atteignant un facteur d'amplification de 1000. La continuité du diagnostic depuis le terrain jusqu'au laboratoire est assurée par des dispositifs hybrides papier-microsystèmes. Dans cette thèse, l'élution d'échantillons séchés dans le papier est quantifiée et sa compatibilité avec différentes fonctions microfluidiques démontrée. Nous nous sommes intéressés à deux applications de diagnostic : la détection d'un biomarqueur cardiaque par immunoessai et celle du virus Ebola par amplification d'acides nucléiques (RT-RPA). Avec un dispositif papier simple et une révélation colorimétrique, la troponine a été détectée jusqu'à une concentration de 1 ng/mL. Le diagnostic précoce de maladies infectieuses est rendu possible par la biologie moléculaire sur papier. Après des développements en laboratoires sur ARN synthétiques, des expériences réalisées en Guinée, sur des échantillons cliniques, à partir de papiers prêts à l'emploi, avec une instrumentation transportable ont atteint une sensibilité à 85.3%. Le multiplexage du diagnostic est obtenu dans des géométries multicouches par la réalisation simultanée de tests et contrôles. Enfin, l'application à d'autres pathogènes comme HIV et la Dengue, a montré les limites du papier et de son environnement biochimique non contrôlé. / Paper properties – such as capillary pump, affordability and availability – made it suitable for medical diagnostics in logistic and economic field constraints. Upstream of application, we studied liquid flows in wax-confined geometries. Hydrodynamic focus coupled to evaporation creates a concentrator effect reaching an amplification factor of 1000. Diagnosis continuity from the point of care to testing laboratory is insured thanks to hybrid paper-microsystem devices. In this thesis, the elution of dried samples in paper is quantified and its compatibility with various microfluidic functions demonstrated. We were interested in two diagnostics application: detection of a cardiac biomarker by immunoassay and of Ebola virus by nucleic acids amplification (RT-RPA). With simple paper devices and a colorimetric signal, Troponin has been detected until a concentration of 1 ng/mL. Early diagnostics of infectious diseases is made possible with molecular biology on paper. After laboratory preliminary developments on synthetic RNA strains, experiments performed in Guinea with clinical samples, from ready to use papers, with carry-on equipments achieved a sensitivity of 85.3%. Multiplexed diagnostics is obtained in multilayered geometries enabling simultaneous tests and controls. Finally, application to other pathogens, like HIV and Dengue, showed paper limits from its uncontrolled bio-chemical environment.

The H9N2 subtype of avian influenza A virus (aIAV) is circulating among birds worldwide, leading to severe economic losses. H9N2 cocirculation with other highly pathogenic aIAVs has the potential to contribute to the rise of new strains with pandemic potential. Therefore, rapid detection of H9 aIAVs infection is crucial to control virus spread. A qualitative reverse transcription recombinase polymerase amplification (RT-RPA) assay for the detection of aIAV subtype H9N2 was developed. All results were compared to the gold standard (real-time reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR)). The RT-RPA assay was designed to detect the hemagglutinin (HA) gene of H9N2 by testing three pairs of primers and a probe. A serial concentration between 106 and 100 EID50 (50% embryo infective dose)/mL was applied to calculate the analytical sensitivity. The H9 RT-RPA assay was highly sensitive as the lowest concentration point of a standard range at one EID50/mL was detected after 5 to 8 min. The H9N2 RT-RPA assay was highly specific as nucleic acid extracted from H9 negative samples and from other avian pathogens were not cross detected. The diagnostic sensitivity when testing clinical samples was 100% for RT-RPA and RT-PCR. In conclusion, H9N2 RT-RPA is a rapid sensitive and specific assay that easily operable in a portable device for field diagnosis of aIAV H9N2.

Das Feline Coronavirus (FCoV) ist in den Katzenpopulationen der ganzen Welt weit verbreitet. Das Problem dieses Virus ist seine große Wahrscheinlichkeit zu mutieren. Einige dieser Mutationen können zu einer veränderten Pathogenität und zu einem schweren Verlauf der Infektion führen. So bleibt es möglicherweise nicht wie bei den meisten der infizierten Tiere bei einem inapparenten Verlauf oder milden Durchfall, sondern es kommt zur Entwicklung einer häufig tödlich endenden systemischen Erkrankung, der Felinen Infektiösen Peritonitis (FIP). Um dies zu verhindern ist es essentiell, Virusausscheider schnell zu identifizieren und zu eliminieren, um den Virusdruck in Katzenpopulationen so gering wie möglich zu halten. Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) für den Nachweis von FCoV in Kot ist der Goldstandard, aber ist zeitaufwendig und erfordert ein gut ausgestattetes Labor. Als isothermale Methode liefert die Reverse Transkription Rekombinase Polymerase Amplifikation (RT-RPA) eine schnelle und kostengünstige Alternative für den molekularen Nachweis von FCoV. Ziel dieser Studie war es, einen Schnelltest zum Nachweis von FCoV zu entwickeln, der auf der RT-RPA basiert. Drei Vorwärts- und drei Rückwärtsprimer sowie eine Sonde wurden erstellt. Als Zielsequenz wurde die hochkonservierte, nicht-translatierte Region des 7b Gens gewählt. Alle möglichen Kombinationen dieser Primer wurden getestet und das Paar mit der höchsten Sensitivität für die weitere Validierung ausgewählt. Bei einer konstanten Temperatur von 42 °C wurde die reverse Transkription mit anschließender DNA-Amplifikation und Detektion innerhalb von 15 Minuten durchgeführt. Die analytische Sensitivität wurde anhand von neun Wiederholungen mit der Verdünnungsreihe des molekularen Standards (10^3-10^0RNA Kopien/µL) ermittelt und die Nachweisgrenze mittels Probit-Analyse berechnet. Für die Untersuchung auf Kreuzreaktionen wurde DNA oder RNA von 19 Viren getestet. Die Leistung der RT-RPA unter Verwendung klinischer Proben wurde mit extrahierter RNA von 39 felinen Kotproben analysiert. Alle Ergebnisse wurden denen der real-time RT-PCR gegenübergestellt. Die UTR des 7b Gens ausgewählter Proben, einschließlich einer falsch negativ getesteten Probe, wurde sequenziert und mittels Geneious Prime analysiert. Die Probit-Analyse ergab eine Nachweisgrenze von 58,5 RNA-Kopien/Reaktion. Die RT-RPA amplifizierte keine Nukleinsäuren der 17 getesteten anderen Pathogenen, zeigte jedoch eine Kreuzreaktion mit dem Caninen Coronavirus und dem Transmissiblen Gastroenterits-Virus. Der Vergleich der Resultate der real-time RT-PCR mit den 39 extrahierten Kotproben und den Ergebnissen der RT-RPA ergab eine Sensitivität von 90,9% und eine Spezifität von 100%. Bei der Sequenzierung wurde keine Sequenzänderung in der Region von Primern und Sonde festgestellt. Die RT-RPA hat sich als schnelle und effektive Maßnahme für den Nachweis von FCoV in extrahierten Kotproben herausgestellt. Die einfache Handhabung der RPA macht wiederholtes Testen möglich, um auch die intermittierenden Ausscheider zu erkennen. Die Anwendung des Schnelltests könnte so zu einer Reduktion von FCoV innerhalb der Katzenpopulationen beitragen.:Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 1 2. Literaturübersicht 3 2.1 Felines Coronavirus 3 2.1.1 Virus Klassifikation 3 2.1.2 Struktur und Genom 4 2.1.3 Virusevolution 6 2.2 Epidemiologie und Krankheitsverlauf 8 2.2.1 Übertragung und Umweltstabilität 8 2.2.2 Krankheitsverlauf 9 2.2.3 Prävalenz 12 2.2.4 Prävention 13 2.2.5 Behandlung 13 2.2.6 Impfung 14 2.3 Diagnostik 15 2.3.1 Indirekter Erregernachweis 15 2.3.2 Direkter Erregernachweis 17 3. Publikation 27 3.1 Stellungnahme zum Eigenanteil der Publikation 27 3.2 Publikation 27 4. Diskussion und Schlussfolgerung 40 5. Zusammenfassung 47 6. Summary 49 7. Literaturverzeichnis 51 8. Abbildungsverzeichnis 64 9. Tabellenverzeichnis 64 10. Anhang 65 11. Danksagung 72

Feline coronavirus (FCoV) is endemic in cat populations worldwide. Persistently, subclinically infected cats play a significant role in spreading the infection. Testing fecal samples of cats may facilitate efforts to decrease the viral burden within a population. Real-time RT-PCR is highly sensitive and specific for the detection of FCoV but must be performed in a fully equipped laboratory. A simple and accurate assay is needed to identify FCoV at the point-of-need. The aim of this study was to develop a rapid FCoV detection assay based on isothermal amplification technology, i.e., reverse transcription-recombinase polymerase amplification (RT-RPA). Primers were designed to target the highly conserved 3′ untranslated region of the 7b gene. Running on a constant temperature of 42 °C, reverse transcription as well as DNA amplification and detection was achieved in a maximum of 15 min. A probit analysis revealed a detection limit of 58.5 RNA copies/reaction. For cross-detection, nucleic acids from 19 viruses were tested. Both RT-RPA and real-time RT-PCR showed cross-detection with canine coronavirus and transmissible gastroenteritis virus, but not with other pathogens. To evaluate clinical performance, RNA was extracted from 39 fecal samples from cats. All samples were tested simultaneously with real-time RT-PCR resulting in a RT-RPA sensitivity and specificity of 90.9% and 100%, respectively. RT-RPA can be considered a promising simple method for rapid detection of FCoV.