Arbeidet vil foregå sammen med forskere og ingeniører ved FFI og er egnet for både 30 og 60 poengs MSc oppgaver.

Transkript

1 MSc oppgave ved NTNU, Genotyping av biologiske trusselstoffer Genotyping of biological threat agents Bioterrorisme, eller intensjonell spredning av sykdom, slik det ble utført i USA i 2001 viser at bioterror er mer utfordrende enn tidligere. Dette skyldes at kunnskapen om infeksiøse sykdommer og deres potensielle misbruk i terrorhandlinger har økt gjennom åpne informasjonskanaler. Forsvar mot bioterrorisme er derfor viktig. Smitteoppsporing, uavhengig om det er naturlig eller menneskeskapt, krever anvendelse av ulike analysemetoder. I tillegg til klassiske mikrobiologiske og epidemiologiske metoder, benyttes molekylære metoder i oppklaring av sykdomsutbrudd. I rettsmedisin blir en mistenkt person knyttet til en kriminell handling ved å sammenligne vedkommendes DNA profil med tilsvarende profiler funnet i biologisk materiale fra et åsted. Slike DNA profiler, eller genetiske fingeravtrykk, kan også studeres i mikroorganismer. Ulike metoder er utviklet. Ved FFI har vi etablert typingsmetodene MLST (multilocus sequence typing) og MLVA (multilocus tandem repeat analysis) for ulike bakterielle organismer. Begge metodene er PCR basert (polymerase chain reaction), og kan benyttes til å analysere slektskapet mellom mikroorganismer. Arbeidet i MSc oppgaven vil bestå i å utvikle MLVA og MLST typingsmetoder for ulike mikroorganismer. Dette arbeidet er en del av FFIs arbeid innen EDA (European Defence Agency). MSc studenten vil ta del i å utvikle nye genotypingsmarkører. Mikroorganismer som kan være aktuelle å analysere er Legionella pneumophila, Clostridium botulinum, Vibrio cholerae og arter innen Bacillus cereus gruppen. Studenten vil få erfaring i bruk av ulike mikrobiologiske og molekylærbiologiske teknikker, bl.a. dyrking, DNA isolering, DNA sekvensering, real-time PCR og bruk av bioinformatikk. Arbeidet vil foregå sammen med forskere og ingeniører ved FFI og er egnet for både 30 og 60 poengs MSc oppgaver. Kontaktperson: Forsker Jaran Strand Olsen Jaran-Strand.Olsen@ffi.no Janet-Martha.Blatny@ffi.no

2 Påvisning og karakterisering av mikroorganismer i luftprøver fra miljøet Identification and characterization of microorganisms in environmental air samples Bioaerosoler er små partikler i luft (i størrelsesområdet nm til µm), med et biologisk opphav. Disse partiklene inneholder ofte levende/døde mikroorganismer (bakterier, sopp, virus, amøber), og/eller fragmenter som skyldes deres degradering (fritt DNA, celleveggrester) eller metabolisme (toksiner). Bioaerosoler med en aerodynamisk diameter <100 µm anses som inhalerbare, men de aller fleste partikler >10 µm fanges raskt i munn-/neseregionen og de >5 µm i de øvre luftveiene. Det er derfor hovedsakelig partikler <5 µm som trenger dypt inn i lungene og kan deponere der, og disse omtales derfor som respirerbare. Konsentrasjon og sammensetning av bioaerosoler i miljøet både inne og ute vil avhenge av mange forskjellige faktorer, blant annet tilstedeværelsen av potensielle kilder for mikroorganismer og meteorologiske forhold. Inhalering av mikroorganismer kobles til sykdomsutvikling og negative helseeffekter i mennesker, blant annet legionærsyken som følge av bakterien Legionella pneumophila. Fragmenter av mikroorganismer kan forårsake allergiske reaksjoner, mens infeksjonssykdommer forutsetter intakte/ levende mikroorganismer. Dette er viktig ettersom forskjellige mikroorganismer viser stor variasjon med tanke på overlevelse i bioaerosoler, i tillegg til at bruk av forskjellige samplingsteknologi også viser høy variasjon i overlevelse som følge av samplingsstress og -effektivitet. FFI har som mål å utvikle og evaluere metoder for prøveopparbeidelse, påvisning og karakterisering av bioaerosoler i forskjellige luftmiljøer. Slik informasjon vil være essensiell for å kartlegge potensielle helseeffekter som følge av eksponering for bioaerosoler og for utvikling av spesifikk detektorteknologi som kan overvåke luften og varsle om situasjoner med potensielt helseskadelige bioaerosolnivåer i forskjellige utendørs- og innendørsmiljøer. I denne oppgaven vil det benyttes ulike mikrobiologiske og molekylærbiologiske analysemetoder, bl.a. aerobe og anaerobe dyrkningsmetoder, fluorescensmikroskopi, og realtime PCR. I tillegg til analysemetodene vil FFIs moderne luftsamplingsutstyr, partikkeltellere og værstasjoner benyttes. Utgangspunktet for oppgaven er å gjennomføre studier i miljøer som er interessante for både militære og sivile sikkerhetsmyndigheter for å kartlegge hvordan tilstedeværelsen av bioaerosoler endrer seg som følge av meteorologiske variabler (temperatur, luftfuktighet, UV-stråling) og/eller antropogenisk (menneskelig) aktivitet. Arbeidet vil foregå sammen med forskere og ingeniører ved FFI, og oppgaven passer både for en 30 og 60 poeng MSc oppgave. Forsker Marius Dybwad marius.dybwad@ffi.no janet-martha.blatny@ffi.no

3 Prøvetaking og påvisning av virus i luft Sampling and analysis of viruses in air Bioaerosoler er små partikler i luft (i størrelsesområdet nm til µm), med et biologisk opphav. Disse partiklene inneholder ofte levende/døde mikroorganismer (bakterier, sopp, virus, amøber), og/eller fragmenter som skyldes deres degradering (fritt DNA, celleveggrester) eller metabolisme (toksiner). Bioaerosoler med en aerodynamisk diameter <100 µm anses som inhalerbare, men de aller fleste partikler >10 µm fanges raskt i munn-/neseregionen og de >5 µm i de øvre luftveiene. Det er derfor hovedsakelig partikler mellom 1-5 µm som trenger dypt inn i lungene og kan deponere der, og disse omtales derfor som respirerbare. Konsentrasjon og sammensetning av bioaerosoler i miljøet både inne og ute vil avhenge av mange forskjellige faktorer, blant annet tilstedeværelsen av potensielle kilder for mikroorganismer og meteorologiske forhold. Inhalering av mikroorganismer kobles til sykdomsutvikling og negative helseeffekter i mennesker, blant annet legionærsyken som følge av bakterien Legionella pneumophila. Fragmenter av mikroorganismer kan forårsake allergiske reaksjoner, mens infeksjonssykdommer forutsetter intakte/ levende mikroorganismer. Dette er viktig ettersom forskjellige mikroorganismer viser stor variasjon med tanke på overlevelse i bioaerosoler, i tillegg til at bruk av forskjellige samplingsteknologi også viser høy variasjon i overlevelse som følge av samplingsstress og -effektivitet. FFI har som mål å utvikle og evaluere metoder for prøveopparbeidelse, påvisning og karakterisering av bioaerosoler i forskjellige luftmiljøer. Slik informasjon vil være essensiell for å kartlegge potensielle helseeffekter som følge av eksponering for bioaerosoler og for utvikling av spesifikk detektorteknologi som kan overvåke luften og varsle om situasjoner med potensielt helseskadelige bioaerosolnivåer i forskjellige utendørs- og innendørsmiljøer. I denne oppgaven vil det benyttes ulike mikrobiologiske og molekylærbiologiske analysemetoder, bl.a. virusdyrkning, reverse transkripsjon, real-time PCR. I tillegg til analysemetodene vil FFIs moderne luftsamplingsutstyr, partikkeltellere og klimakontrollerte aerosolkammer benyttes. Utgangspunktet for oppgaven er å gjennomføre studier i aerosolkammer med den hensikt å etablere en optimalisert metode for sampling og deteksjon av virus i luftprøver. Metodene kan deretter testes i forskjellige miljøer eller benyttes i aerosolkammeret for å studere mer spesifikt hvordan virus i bioaerosoler påvirkes av meteorologiske variabler eller andre faktorer. Aktuelle virus er i første omgang MS2 colifag og humant influenzavirus. Arbeidet vil foregå sammen med forskere og ingeniører ved FFI, og oppgaven passer både for en 30 og 60 poeng MSc oppgave. Forsker Marius Dybwad marius.dybwad@ffi.no janet-martha.blatny@ffi.no

4 Påvisning og isolering av biologiske trusselstoffer fra miljøet Identification and enrichment of biological threat agents from the environment Biologiske trusselstoffer omfatter levende mikroorganismer og toksiner som kan forårsake sykdom og død hos mennesker, dyr og planter. Flere arter av bakterier egnet som biologisk terroragens finnes naturlig i ulike miljøer og mange av disse sykdommene er zoonoser. Et eksempel er sykdommen miltbrann (anthrax) som forårsakes av den gram positive, sporedannende bakterien Bacillus anthracis. Andre eksempler på patogener av ulike arter i miljøet er Clostridium botulinum, Legionella spp og Vibrio cholerae. FFI har som mål å utvikle og evaluere metoder for påvisning av biologiske trusselstoffer, men ønsker også å se på tilgjengeligheten av slike trusselstoffer i naturen. Det siste pga begrenset tilgang på trusselstoffer fra stammebanker og forskningsinstitusjoner. Metoder som kommer til å benyttes omfatter mikrobiologiske og molekylærbiologiske analysemetoder. Ved FFI benyttes bl a real-time PCR (polymerase chain reaction), NASBA (nucleic acid sequence based amplification) og DNA-sekvensering for påvisning av biologiske trusselstoffer i miljøprøver. Eksempler på slike prøver er vann, jord, næringsmidler, luft og ulike overflater. Mikroorganismens evne til å overleve i et annet miljø enn sitt naturlige er en forutsetning for at mikroorganismen skal utgjøre en trussel i bioterror sammenheng. Eksempler på slike scenarier kan være kontaminering av næringsmidler eller vann, samt aerosol spredning. I denne oppgaven vil det benyttes ulike mikrobiologiske og molekylærbiologiske analysemetoder, inkludert anaerob oppdyrking, mikroskopering og real-time PCR. Utgangspunktet for oppgaven er å utvikle metoder for påvisning og anrikning av obligate anaerobe clostridier fra jord- og sedimentprøver. Fokus vil være å optimalisere DNA isolasjon fra Clostridium sporer (C. sporogenes som modell for C. botulinum) i ulike jordtyper ved å teste flere kommersielle DNA isolasjonskit. Det vil bli lagt vekt på DNA utbytte, reproduserbarhet og evnen til å fjerne PCR inhibitorer. Real-time PCR vil benyttes til å evaluere de ulike DNA isolasjonskitene og til å bestemme limit of detection (LOD) for sporer i jord. Metoder må også etableres for anrikning og ren-isolasjon av anaerobe clostridier fra jord og sedimenter. Arbeidet vil foregå sammen med forskere og ingeniører ved FFI, og oppgaven passer både for en 30 og 60 poeng MSc oppgave. Forsker Trine Nilsen trine.nilsen@ffi.no janet-martha.blatny@ffi.no.

5 MSc oppgave ved NTNU, Utvikling av analysemetoder for påvisning av Legionella i komplekse miljøprøver Identification of Legionella in environmental samples Legionellabakterier er vanlig forekommende i naturen i de fleste våte og fuktige miljøer (unntatt saltvann), men konsentrasjonen er gjennomgående lav. Bakteriene er ofte å finne i biofilm der de opptrer som intracellulære parasitter i amøber og andre protozoer. Mest forbundet med sykdom er Legionella pneumophila som inndeles i minst 15 ulike serogrupper og hvor serogruppe 1 er den serogruppen som har vært årsak til Legionella-utbruddene vi har hatt i Norge de siste årene. Påvisning av Legionella spp. og L. pneumophila kan gjøres ved både dyrking og bruk av genetiske analysemetoder. Legionellabakterier kan dyrkes på selektive vekstagarskåler, hvor ulik morfologi og fluorescens gjenspeiler ulike legionellaarter. Dyrking er nødvendig for å kunne karakterisere bakteriene f. eks. med bestemmelse av serogruppe, artsbestemmelse og genetisk typing. For å påvise levende legionellabakterier må dyrkingsmetoder benyttes. Dette kan være en utfordring da legionellabakterier kan forekomme i VBNC (viable-but-not-culturable) tilstand i miljøet slik at vanlig dyrkingsmetoder på laboratoriene ikke er tilstrekkelig for påvisning. Det er indikasjoner på at legionellabakteriens VBNC tilstand kan være tilknyttet fritt-levende amøber. FFI har arbeidet med påvisning av legionellabakterier i biologiske renseanlegg, i væske og i luftprøver og har opparbeidet kunnskap og erfaring i analysemetoder for denne bakterien. Oppgaven vil bestå i å etablere påvisningsmetoder for identifikasjon av L. pneumophila, i nærvær og fravær av amøber, for å unngå/redusere falske negative resultater. Studenten vil få erfaring i bruk av mikrobiologiske metoder for dyrking av legionellabakterier og amøber, samt molekylære metoder som real-time PCR, revers transkriptase PCR og NASBA for påvisning. Oppgaven vil også innebære bruk av mikroskoperings teknikker og scanning elektron mikroskopi. Det praktiske arbeidet vil foregå ved FFI og i nørt samarbeid med forskere, ingeniører og PhD studenter. Oppgaven passer både for en 30 og 60 poeng oppgave. janet-martha.blatny@ffi.no

6 Stabilitet og overlevelse av biologiske trusselstoffer på overflater Survival of biologial threat agents on surfaces Biologiske trusselstoffer omfatter levende mikroorganismer og toksiner som kan forårsake sykdom og død hos mennesker, dyr og planter. Flere arter av bakterier egnet som biologisk terroragens finnes naturlig i ulike miljø og mange av disse sykdommene er zoonoser. Et eksempel på et næringsmiddelspatogen er Salmonella spp., som kan finnes i vann. FFI har bl. a. vist at Salmonella kan overleve lenge i råvannsprøver. Andre eksempler er Clostridium botulinum, C. perfringens og Bacillus spp. som alle er Gram-positive sporedannende matpatogener, samt den Gram-negative bakterien Vibrio cholerae naturlig forekommende i vann. FFI har som mål å utvikle og evaluere metoder for påvisning av biologiske trusselstoffer. Slike metoder omfatter mikrobiologiske og molekylærbiologiske analysemetoder. Ved FFI benyttes real-time PCR (polymerase chain reaction), NASBA (nucleic acid sequence based amplification) og DNA-sekvensering for påvisning av biologiske trusselstoffer i miljøprøver. Eksempler på slike prøver er vann, jord, næringsstoffer, luft og ulike overflater. Mikroorganismens evne til å overleve i et annet miljø enn sitt naturlige er en forutsetning for at mikroorganismen skal utgjøre en trussel i bioterror sammenheng. Eksempler på slike scenarier kan være kontaminering av vann, næringsmidler eller overflater. Stabilitet og overlevelse av utvalgte mikroorganismer på ulike overflater (f. eks stål, tre) og næringsmidler vil bli studert i denne oppgaven. Det er aktuelt å studere stabilitet og overlevelse under påvirkning av ulike miljøfaktorer som f. eks. temperatur og sollys (UV). Det vil benyttes ulike mikrobiologiske og molekylærbiologiske analysemetoder, inkludert oppdyrkningsanalyser og mikroskopering, real-time PCR eller NASBA. Oppgaven vil ha fokus på å vise om en mikroorganisme er levende, død eller om den har gått inn i en viable but not culturable (VBNC) tilstand. Eksempler på mikroorganismer som kan inngå i arbeidet er Salmonella spp., Vibrio spp. E. coli og Bacillus spp. Det praktiske arbeidet vil foregå ved FFI. Oppgaven passer både for en 30 og 60 poeng MSc oppgave. Else Marie Fykse (else-marie.fykse@ffi.no) Janet Martha Blatny (janet-martha.blatny@ffi.no).

7 MSc oppave ved FFI, Påvisning av biologiske trusselstoffer i vannprøver Identification of biological threat agents in water samples Biologiske trusselstoffer omfatter levende mikroorganismer og toksiner som kan forårsake sykdom og død hos mennesker, dyr og planter. Flere arter av bakterier egnet som biologisk terroragens finnes naturlig i ulike miljø og mange av disse sykdommene er zoonoser. Et eksempel på det er sykdommen anthrax som forårsakes av Bacillus anthracis. Andre eksempler på patogene bakterier er ulike arter av Vibrio, E. coli, Salmonella spp og Legionella spp. som finnes i vann eller næringsmidler FFI har som mål å utvikle og evaluere metoder for påvisning av biologiske trusselstoffer. Slike metoder omfatter mikrobiologiske og molekylærbiologiske analysemetoder. Ved FFI benyttes bl a real-time PCR (polymerase chain reaction), NASBA (nucleic acid sequence based amplification) og DNA-sekvensering for påvisning av biologiske trusselstoffer i vann, jord, næringsstoffer og i luft. Det er velkjent at kun en liten andel av bakteriene som finnes i miljøet er dyrkbare. Analyse ved hjelp av molekylærbiologiske metoder er derfor et viktig supplement til tradisjonelle dyrkingsmetoder. I denne oppgaven vil det bli benyttet hoversakelig molekylærbiologiske metoder for påvisning av mikroorganismer i vannprøver. Det er aktuelt å arbeide med ulike vannprøver eller næringsmiddelprøver som f eks tinevann fra kjøtt, og undersøke deteksjonsgrensen for enkelte bakterier da dette kan være en kritisk faktor i analyseprosessen. Oppkonsentrering av prøvene og isolering av DNA/RNA inngår i oppgaven og ulike metoder vil bli testet ut. Miljøprøver generelt inneholder varierende mengder av analyseinhibitorer som kan gi falske negative resultat eller påvirke effektiviteten av analysen. For å sikre høy effektivitet eller påvise falske negative resultat benyttes en amplifikasjonskontroll og etablering av en slik kontroll inngår i oppgaven. Arbeidet vil foregå sammen med forskere og ingeniører ved FFI og oppgaven passer både for en 30 og 60 poeng oppgave. Else Marie Fykse (else-marie.fykse@ffi.no) Janet Martha Blatny (janet-martha.blatny@ffi.no)