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Optimierung und Validierung einer qualitativen PCR-Minipool-Strategie zum kombinierten Nachweis von virologischem Therapieversagen und antiretroviralen Medikamentenresistenzen bei HIV-1 positiven Patienten im südlichen Afrika / Optimisation and validation of a qualitative PCR minipool strategy for the combined detection of virologic failure and antiretroviral drug resistance in HIV-1 positive adults in southern Africa

Hintergrund:
Die weltweit höchsten HIV-Prävalenzen finden sich im südlichen Afrika. In den letzten Jahren gelang in dieser Region die massive Ausweitung der Verfügbarkeit antiretroviraler Medikamente – ein großer Erfolg im Kampf gegen HIV und AIDS. Doch nur durch regelmäßiges Viruslastmonitoring können die Therapieerfolge nachhaltig gesichert werden. In vielen Ländern des südlichen Afrikas ist die Verfügbarkeit von Viruslasttests noch unzureichend. Gründe dafür sind die hohen Kosten und die Komplexität kommerzieller Testsysteme. Als Alternative für ressourcenknappe Regionen wurde eine qualitative PCR-Minipool-Strategie zum kombinierten Nachweis von virologischem Versagen und Medikamentenresistenzen vorgeschlagen. In dieser Arbeit sollte diese Methode an die Gegebenheiten des südlichen Afrikas adaptiert und im Rahmen einer Studie validiert werden.

Methoden:
Die qualitative PCR wurde zunächst für HIV-1 Subtyp C optimiert. Dafür wurden Primer designt und in eine Nested-PCR integriert. Das Detektionslimit der optimierten Methode wurde bestimmt, um den HIV-1 RNA-Eintrag in die RT-PCR so abstimmen zu können, dass trotz der qualitativen Natur der PCR eine Unterscheidung zwischen hoch- und niedrigpositiven Proben möglich war. Im Rahmen einer Studie an 50 südafrikanischen Patientenproben wurde die qualitative PCR-Minipool-Strategie mit der Referenzmethode verglichen. An einigen positiv getesteten Proben wurde eine genotypische Resistenztestung durchgeführt.

Ergebnisse:
Das Detektionslimit der Nested-PCR betrug 20 RNA-Kopien. Daraus wurde der optimale RNA-Eintrag in die RT-PCR abgeleitet. 50 Patientenproben wurden in 10 Minipools à 5 Proben getestet, anschließend erfolgte die Dekonvolution der 7 positiven Pools. Die qualitative PCR-Minipool-Strategie detektierte 10 der 11 Patientenproben mit einer Viruslast über 1.000 Kopien/ml. Die Übereinstimmung mit der Referenzmethode betrug 98 %, die diagnostische Sensitivität für die Detektion von Therapieversagern betrug 91 %, der negative prädiktive Wert 98 %. Die Spezifität und der positive prädiktive Wert betrugen jeweils 100 %. Durch die Minipool-Methode konnten 10 % der Tests eingespart werden. Vier positiv getestete Patientenproben wurden der genotypischen Resistenztestung zugeführt. Alle wurden erfolgreich sequenziert und resistenzassoziierte Mutationen wurden identifiziert.

Schlussfolgerung:
Die konsequente Virussuppression verbessert die Gesundheit der Patienten unter ART und ist eine Schlüsselmaßnahme auf dem Weg zur Beendigung der HIV-Pandemie. Viele Länder des südlichen Afrikas verfügen jedoch noch nicht über angepasste Technologien zum Monitoring der Viruslast. Die in dieser Arbeit optimierte Methode zeigte bei der qualitativen Viruslastbestimmung von 50 südafrikanischen Patientenproben eine hervorragende Übereinstimmung mit der Referenzmethode. Durch die Kombination mit einer genotypischen Resistenztestung bietet sie darüber hinaus wichtige Informationen über die Ätiologie des Therapieversagens. Dem behandelnden Arzt hilft das bei der Entscheidung über die Notwendigkeit einer Therapieumstellung. Durch ihr anpassungsfähiges und simples Testdesign ist die qualitative PCR-Minipool-Strategie für die Anwendung in ressourcenknappen Regionen des südlichen Afrikas geeignet. / Background:
The highest HIV prevalences are found in southern African countries. Throughout the last years, antiretroviral therapy was made widely available in this region – a tremendous success in the fight against HIV and AIDS. Viral load monitoring is necessary to safeguard the treatment success. Availability of viral load tests is still limited in many countries in southern Africa, due to high costs and complexities of commercial viral load assays. A qualitative PCR minipool strategy for the combined detection of virologic failure and drug resistance was suggested to meet the needs of resource limited settings. We aimed to adapt this method to the requirements of southern African countries and to conduct a study for its validation.

Methods:
A qualitative PCR was optimised for HIV-1 Subtype C. Therefore, we designed primers as part of a nested PCR. The limit of detection of the optimised PCR was determined. Subsequently, a HIV-1 RNA input was chosen that allowed discrimination between samples with virologic failure (high viral load, positive test result) and viral suppression (low viral load, negative test result). A study including 50 south African specimens was conducted to compare the qualitative PCR strategy with a reference method.

Results:
The limit of detection of the nested PCR was found at 20 RNA copies. Out of 50 south African specimens, we constructed 10 minipools, each consisting of five individual specimens. Deconvolution of 7 positive tested pools followed. The qualitative PCR minipool strategy detected 10 out of 11 specimens with a viral load above 1.000 copies/ml. Thus, agreement with the reference method was 98 %. Diagnostic sensitivity for the detection of virologic failure was 91 %, negative predictive value 98 %. Specificity and positive predictive value were 100 %, respectively. Efficiency of the pooling method was 10 %. Sequencing and a genotypic drug resistance analysis were performed on four specimens.

Conclusion:
Durable Virus suppression improves health in individual patients receiving ART and is crucial to end the HIV epidemic as a global health threat. Many countries in southern Africa are lacking suitable methods for viral load monitoring. Screening for virologic failure in 50 south African specimens, our assay showed excellent agreement with the reference method. The combination with a genotypic drug resistance test allows to investigate the aetiology of the virologic failure and the need for a switch to second line therapy. Thanks to its adaptable and simple design, the qualitative PCR-Minipool strategy is eligible for resource limited settings in southern Africa.

Identiferoai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:17235
Date January 2018
CreatorsBreunig, Lukas
Source SetsUniversity of Würzburg
Languagedeu
Detected LanguageEnglish
Typedoctoralthesis, doc-type:doctoralThesis
Formatapplication/pdf
Rightshttps://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_mit_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess

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