Herausforderungen in der Diagnostik viraler Infektionen
Die Diagnostik viraler Erkrankungen basiert bislang vor allem auf der Detektion von Nukleinsäuren mittels PCR oder auf immunologischen Verfahren. Diese Methoden sind hochsensitiv, jedoch zielgerichtet und auf bekannte Erreger limitiert. Metagenomische Verfahren erlauben zwar eine breitere Erfassung, sind jedoch kostenintensiv und technisch komplex. Insbesondere im Kontext neu auftretender Erreger oder unbekannter Koinfektionen besteht daher weiterhin ein Bedarf an robusten Verfahren.
Einführung von vPro-MS als proteomischer Ansatz
Mit dem neu entwickelten Workflow vPro-MS (Viral Protein Identification by Mass Spectrometry) wird die ungerichtete Proteomik für die Virusdiagnostik nutzbar gemacht. Der Ansatz basiert auf einer in silico konstruierten Peptidbibliothek, die nahezu den gesamten humanpathogenen Virom-Katalog (331 Viren, 20.386 Proteome, 121.977 Peptide) abdeckt. Ein spezieller vProID-Score bewertet die Zuverlässigkeit der Peptidzuordnung und trennt zufällige von echten Virusnachweisen. Der komplette Analyseprozess – von der Probenaufbereitung bis zum Befund – kann in etwa zwei Stunden abgeschlossen werden, bei einem Durchsatz von bis zu 60 Proben pro Tag.
Methodik und Studiendesign
Für die Evaluation wurde vPro-MS an 221 Proben aus vier unterschiedlichen Quellen getestet, die 17 humanpathogene Viren umfassten. Darüber hinaus erfolgte eine Sensitivitätsanalyse an 66 respiratorischen Abstrichen mit SARS-CoV-2 (Ct-Werte 18–35). Ergänzend wurden Bibliotheken aus synthetischen Peptiden erstellt, um Unterschiede zwischen in silico und experimentell generierten Spektren zu prüfen.
Ergebnisse zur Spezifität und Sensitivität
Die Spezifität des Verfahrens lag bei über 99,9 % auf Virusebene und bei 95,7–100 % auf Probenebene. Für die Detektion von SARS-CoV-2 erreichte vPro-MS eine Nachweisgrenze von Ct 27, vergleichbar mit metagenomischen Ansätzen. Durch die Verwendung synthetischer Peptidbibliotheken konnte die Sensitivität zusätzlich gesteigert und eine Nachweisgrenze von Ct 29,4 erzielt werden – was etwa einer fünffach niedrigeren Viruslast entspricht. Einschränkend zeigte sich, dass Varianten (Variants of Concern) bislang nicht zuverlässig identifiziert werden konnten, da entsprechende Referenzsequenzen in UniProt fehlen.
Klinische und wissenschaftliche Bedeutung
Die Studie demonstriert, dass ungerichtete Proteomik eine wertvolle Ergänzung zur Nukleinsäureanalytik sein kann. Vorteile sind die höhere Stabilität von Proteinen gegenüber RNA sowie die Möglichkeit, zusätzliche Informationen wie Immunantworten oder Koinfektionen aus denselben Proben zu gewinnen. Zudem kann vPro-MS in großangelegte Proteom-Studien integriert werden, um bislang unerkannte Infektionen zu erfassen und die Prävalenz persistenter Virusinfektionen zu untersuchen.
Vom Potenzial zur Routinediagnostik
Die vorgestellten Ergebnisse unterstreichen das Potenzial von vPro-MS, die virologische Diagnostik zu erweitern. Für eine breite klinische Anwendung sind jedoch weitere Optimierungen erforderlich, insbesondere zur Verbesserung der Sensitivität und zur Integration von Varianteninformationen. Perspektivisch könnte die Synthese umfassender Peptidbibliotheken sowie der Einsatz KI-basierter Vorhersagemodelle entscheidend zur Weiterentwicklung beitragen. Damit stellt vPro-MS einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu einer proteomikbasierten Routinediagnostik viraler Infektionen dar.
