Buzağılarda Crptosporidium Ookistlerinin Sahada Tayini İçin Mikroakışkan Tanı Kiti Geliştirilmesi

PROJE ADI:

Buzağılarda Crptosporidium Ookistlerinin Sahada Tayini için Mikroakışkan Tanı Kiti Geliştirilmesi

PROJE YÜRÜTÜCÜSÜ:

Prof. Dr. Ahmet Çiçek

PROJENİN KONUSU:

Ülkemizde kırsal kesimde ve sağlık hizmetlerinin sınırlı olduğu bölgelerde, birçok önemli mikrobiyal, bulaşıcı olan ve olmayan hastalıklara tanı konulması oldukça zordur. Bu bölgelerde doğru tanıyı zamanında koyabilecek donanımlara ve çalışanlara sahip olmamamız, bakteriyel ve bulaşıcı hastalıkları ciddi oranda arttırıp başta manevi kayıplarımız olmak üzere, geri dönüşü olmayan maddi kayıpların oluşmasına yol açmaktadır. Erken tanı konulabilen birçok bakteriyel ve bulaşıcı hastalık çok hızlı ve ucuz metotlar ile tedavi edilebilmektedir.
Dünyada ve ülkemizde bakteriyel ve bulaşıcı enfeksiyon hastalıkları yaygın olarak görülmektedir. İshal, hayvan sağlığını olumsuz etkileyen çeşitli koşulların yaygın bir klinik belirtisidir. İshale neden olan etkenler arasında bakteriler, virüsler, parazitler ve diğer faktörler bulunmaktadır. Cryptosporidium, hayvanlarda parazitik diyareye yol açan önemli bir protozoan parazittir. Bu parazit hem gelişmekte olan ülkelerde hem de gelişmiş ülkelerde geniş bir yayılıma sahiptir ve insanlar, evcil hayvanlar ve yabani hayvanlar dahil olmak üzere çeşitli konakçılarda hastalığa neden olabilir.
Özellikle sığırlarda Cryptosporidium enfeksiyonu, ishal, karın ağrısı, mide bulantısı ve kilo kaybı gibi klinik belirtilerle kendini gösterir ve eğer zamanında teşhis edilip tedavi edilmezse ciddi oranda ölüme neden olabilir. C. parvum genellikle insanları ve sığırları enfekte ederken, C. andersoni ve C. bovis nadir durumlarda insanlarda bildirilmiştir. Bu nedenle, enfekte sığırlar insanlar için önemli bir rezervuar olarak kabul edilir. Çalışmalar sığırlarla insanlar arasındaki yakın temas nedeniyle zoonotik bulaşmanın olabileceğini göstermiştir.
Cryptosporidium parvum genel olarak, memelilerin birçok türüne bulaşabilmektedir. Cryptosporidiosis fekal-oral yolla ookist aşamasında bulaşır.
Cryptosporidiosisin başlıca belirtileri arasında akut, sulu ve kanlı ishal bulunur. Özellikle bağışıklığı baskılanmış hastalarda, günde 10-15 litre ishal görülebilir ve C. parvum, gelişmiş ülkelerde su kaynaklı bulaşan önemli bir patojen olarak kabul edilir.
C. parvum ookistleri son derece dayanıklıdır, bu da parazitin kontrol altına alınmasını zorlaştırır. Ookistler, düşük sıcaklıklara (bazen -22 °C'ye kadar) dayanabilirler, bu da dışkı kontaminasyonunun uzun süre devam edebileceği anlamına gelir. Ayrıca, ookistler bazı su arıtım işlemlerindeki pH değişikliklerini tolere edebilirler.
C. parvum ookistlerinin tespiti küçük boyutlarda olduklarından zor olabilir. Dışkı örneklerindeki ookistlerin varlığını belirlemek için ELISA testleri kullanılabilir, ancak bu yöntem pratik bir saha yöntemi değildir. Ayrıca, hızlı çoklu tanı kitleri de mevcuttur, ancak maliyetleri yüksektir ve floresan mikroskop gerektirebilirler.
Projenin konusu Cryptosporidium ookistlerini tespit etmek için daha uygun, düşük maliyetli ve sahada kullanılabilir erken teşhis sistemleri geliştirmekle ilgilidir. Bu sayede, Cryptosporidium ookistlerini tespit etmek için farklı karmaşıklık ve maliyetlerde üç farklı tanı yaklaşımı geliştirilmektedir. Tüm bu kitler veteriner hekimler tarafından sahada kullanılabilecek şekilde tasarlanmaktadır. Bu kitler sayesinde Cryptosporidiosis teşhisi laboratuvar ve mikroskop gerektirmeyecek, sahada hızlı ve etkili bir şekilde yapılacaktır. Projede geliştirilen ürünlerin tamamen yerli sermaye ile üretimi planlanmaktadır. Proje sonuçlarının aşağıdaki yaygın etkilere yol açması beklenmektedir:

i) Geliştirilecek kitler patentlenip ticari ürüne dönüştürülecektir. Halihazırda bir ürün patentlenmiştir ve bu ürünün saha testleri yapılmaktadır. Ürünün kısa vadede ticarileşmesi planlanmaktadır.
ii) Yerinde tanı sistemleri veteriner hekimler tarafından sahada pratik bir biçimde laboratuvar ve mikroskop gerektirmeden teşhis konulmak üzere kullanılabilecektir.
iii) Hekimler bütçelerine göre, geliştirilecek sistemlerden istediklerini satın alıp kullanabilecektir.
iv) Erken teşhis sayesinde buzağılarda ölüm vakalarının önüne geçilecektir. Böylece bölge ve ülke ekonomisine kayıpların engellenmesine önemli katkı sağlanacaktır.
v) Yerinde tanı sistemlerinin yerli sermaye ile üretilecek olması yurt dışına bağımlılığı azaltacaktır.
vi) Hayvan sahipleri buzağılarını hayvan hastanesi veya laboratuvara götürmek zorunda kalmayacağından, ulaşım maliyeti ortadan kalkacaktır.
vii) Yerinde tanı sistemleri başka etmenlere de kolaylıkla uygulanabilir hale getirilecektir.
 

PROJENİN AMACI:

Projenin ana amacı, Cryptosporidium protozoan ookistlerinin fekal numunelerde ve suda hızlı bir şekilde tespit edilmesini sağlamak ve bunu sahada doğrudan kullanılabilen sistemlerle gerçekleştirmektir. Bu amaçla, özel olarak tasarlanmış bir dizi hedef belirlenmiştir:

• Cryptosporidium ookistlerinin Carbol fuchsin boyası ile tayinine yönelik cep telefonu kamerasına entegre edilebilen portatif ışık mikroskobu geliştirilmesi. Bu mikroskop, ookistlerin hızlı ve hassas bir şekilde tespit edilmesini sağlar. Projenin bu aşaması başarı ile tamamlanmıştır ve sahada olumlu sonuçlar alınmıştır.
• Ookistler için görüntü işleme yazılımı geliştirilmesi ve bu yazılım sayesinde tespit edilen ookistlerin sayımının otomatik olarak yapılarak insan hatasının en aza indirilmesi.
• Cep telefonuna entegre edilebilen portatif floresan mikroskobunun tasarlanması, floresan işaretleme ve otofloresans yöntemleriyle Cryptosporidium ookistlerinin az hatayla hızlı tespiti.
• Cryptosporidium ookistlerinin saflaştırılacağı mikroakışkan sistemlerin tasarımı, sayısal analiz yöntemleri ile optimizasyonu ve üretimi. Bu çipler, numunenin hazırlanmasını ve ookistlerin saflaştırılmasını kolaylaştıracaktır.
• Üretilen mikroakışkan çiplerin test edilmesi ve saflaştırılan numunelerin istatistiksel olarak incelenmesi.
• Mikroakışkan çiplerin portatif mikroskoba entegre edilmesi ile sahada kullanım için uygun bir sistem geliştirilmesi.
• Sahada kullanım için prototip kitlerin bir örneklem oluşturularak veteriner hekimlerin ön kullanımına sunulması.
• Elde edilen istatistiki verilerden yararlanılarak, başta cryptosporidiosis olmak üzere, belirli hayvan hastalıklarının coğrafi ve dönemsel dağılımı gibi önemli bilgilere ulaşılması.
• Nihai olarak, erken tanı ve önlem sayesinde hayvan ölümlerinin belirgin ölçüde azaltılması.

Bu projenin başarısı, Cryptosporidium protozoan ookistlerinin hızlı ve etkili bir şekilde tespit edilmesine ve saha koşullarında doğrudan kullanılabilen bir teşhis sistemi geliştirmeye dayalıdır. Projemizin ana hedefi, milli ve yerli Mikroskobik Tanı Sistemi aracılığıyla kan, gaita, idrar ve deri gibi vücut örneklerini akıllı telefonların aktif olarak kullanıldığı entegre sistemlere dönüştürerek birçok bakteriyel ve bulaşıcı hastalığın hızlı teşhisini mümkün kılmaktır. Bu geliştirilmiş sistem, doğru bir şekilde kullanıldığında özellikle kırsal bölgelerde, sağlık hizmetlerinin sınırlı olduğu askeri birimlerde, tanı olanaklarının kısıtlı olduğu bölgelerde ve hastalıkların erken teşhisinin hayati önem taşıdığı kırsal alanlarda paha biçilmez ve oldukça ekonomik bir çözüm sunacaktır. Kan, dışkı, idrar ve diğer vücut örneklerinin mikroskobik incelemesi ile pek çok hastalık daha ileri tetkiklere ihtiyaç duyulmadan yerinde kolayca teşhis edilebilecektir.
Geleneksel mikroskopların sahip olduğu birçok avantajın yanı sıra, bu milli ve yerli teknoloji sistemi, kompakt boyutları, cep telefonu entegrasyonu ve gelişmiş yazılım desteği ile öne çıkmaktadır. Portatif tasarımı sayesinde herhangi bir ortamda kullanılmaya uygundur. Ana özellikleri arasında portatif olması, akıllı telefon entegrasyonu, özel veri transfer yazılımı, 200X, 400X ve 1000X büyütme seçenekleri, düşük maliyeti ve yüksek performansı bulunmaktadır. Proje kapsamında geliştirilen tanı sistemleri, birçok önemli uygulama alanında kullanılabilecek güçlü ve taşınabilir araçlar olarak tasarlanmaktadır.
 

PROJENİN BÖLGESEL KATKISI:

Ülkemizde hayvancılık sektörü açısından önemli bir sorun olan buzağı ölümlerine yol açan hastalıkların temel etmenleri arasında protozoan parazitleri bulunmaktadır. Özellikle Cryptosporidium spp. Protozoan parazitlerinin neden olduğu cryptosporidium, ya da halk arasında bilinen adıyla kripto hastalığı, her yıl önemli sayılarda buzağı kaybına, dolayısıyla ekonomik ve sosyal kayba neden olmaktadır. Sayısal olarak ifade edilirse, ülkemizde yılda ortalama 750,000 buzağı kaybı tahmin edilmektedir. Bu ölümlerin yaklaşık yüzde 50’si protozoan parazitlerinden kaynaklanan hastalıklardandır. Bu kayıplar yıllık yaklaşık olarak 5 Milyar TL GSMH kaybına neden olmaktadır.
Üç aşamalı olarak kurgulanan proje, şimdiden meyvelerini vermeye başlamıştır ve bölge hayvancılığına somut katkıları olmuştur. Projenin ilk aşamasında geliştirilen mobil ışık mikroskobu ve yazılımdan oluşan yerinde tanı sistemi, Burdur Veteriner Hekimleri Odası’nda bağlı veteriner hekimler tarafından sahada test edilme fırsatı bulmuştur. Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi (MAKÜ) ile Burdur Veteriner Hekimleri Odası arasındaki iş birliği protokolü çerçevesinde geliştirilen 20 prototip mobil mikroskop, 30 Aralık 2022 tarihinde Burdur Valisi Sayın Ali Arslantaş'ın katılımıyla düzenlenen Bölgesel Kalkınma Odaklı Hayvancılık Projeleri Sektör Meclisi toplantısında veteriner hekimlere teslim edilmiştir. Bu mobil mikroskoplar sayesinde veteriner hekimler sahadan aldıkları örneklerin görüntülerini çekip, mobil tanı sistemi aracılığıyla MAKÜ Veteriner Fakültesi öğretim üyelerine ileterek incelemelerini sağlamaktadır. Bu pilot uygulama sırasında veteriner hekimlerden gelen geri bildirimlere dayalı olarak donanımsal ve yazılımsal iyileştirmeler yapılmıştır. Ayrıca, 06 Ocak 2023 tarihinde Burdur Veteriner Hekimleri Odası'na bağlı 20 veteriner hekime mobil mikroskopun ve uygulamanın kullanımıyla ilgili pratik eğitim verilmiştir. Eğitim, proje ekibi tarafından Burdur Veteriner Hekimleri Odası'nda gerçekleştirilmiş ve projenin yürütücüsü olan Prof. Dr. Ahmet ÇİÇEK, mobil mikroskopun özellikleri hakkında bilgi vermiş; Prof. Dr. Nurettin KÖRÖZLÜ, mobil mikroskopun kullanımını uygulamalı olarak göstermiş; Doç. Dr. Ahmet BİÇER ise mobil uygulamanın nasıl kullanılacağını uygulamalı olarak anlatmıştır. Ayrıca, Prof. Dr. Şima ŞAHİNDURAN bağırsak parazitlerinin belirlenmesi için gerekli olan örnek toplama, boyama, görüntüleme ve görüntü analizi konularında bilgi vermiştir.
Projede elde edilen veriler MAKÜ Çiftlik İzleme ve Yönetim Sistemi (ÇİYS) veri tabanında toplanmaktadır. Bu veriler hem bilimsel çalışmalara hem de politika yapıcılara hayvan hastalıklarıyla mücadele konusunda önemli bilgiler sunmaktadır. Verilerin istatistiksel analizi ile belirli hayvan hastalıklarının bölgesel ve dönemsel yayılımı hakkında tezler, projeler ve yayınlar üretilebilir.
Mobil tanı sistemi, Tarım ve Orman Bakanlığı tarafından yatırım desteği kapsamına alınmıştır. MAKÜ tarafından 14 Nisan 2023 tarihinde yapılan açıklamada belirtildiği gibi: "Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi, Bölgesel Kalkınma Odaklı Hayvancılık Projeleri içerisinde öne çıkan projelerden biri olan 'Cep Telefonuna Entegre Mobil Mikroskop ve Tanı Sistemi,' Tarım ve Orman Bakanlığı'nın Kırsal Kalkınma Yatırımlarının Desteklenmesi Programı Kırsal Ekonomik Altyapı Yatırımlarının Desteklenmesi kapsamında 'Akıllı Tarım' kategorisinde destek almaya hak kazandı. Bu destek sayesinde MAKÜ tarafından geliştirilen mobil mikroskobu satın almak isteyenlere maliyetin bir kısmını karşılayacak hibe desteği verilecektir. Bu destek, mobil mikroskopun özellikle veteriner hekimler ve çiftlikler tarafından sahada yaygın olarak kullanılmasını hızlandırmayı hedeflemektedir."
Hayvan hastalıkları için geliştirilen mobil tanı sistemi fikri, özel sektör firması TeknoTıp Analitik Sistemler A.Ş. ile iş birliği yapma fırsatı doğurmuş ve 2019 yılında bu firma ile ilk temaslar başlamıştır. Bu iş birliği sonucunda, MAKÜ Teknoloji Transfer Ofisi (TTO) A.Ş. ile firma arasında bir ortak girişim kurulmuş olup, bu ortak girişim "T1 Diagnosis" adı altında mobil tanı sisteminin üretim, pazarlama, satış, iletişim ve teknik destek faaliyetlerini yürütmektedir. İlk etapta, Batı Akdeniz Kalkınma Ajansı (BAKA) tarafından Sosyal Gelişmeyi Destekleme Programı (SOGEP) kapsamında 20 adet ürün satın alınmış ve Burdur Veteriner Hekimleri Odası'na bağlı veteriner hekimlere pilot uygulama için teslim edilmiştir. Ortak girişim, ürünün uluslararası pazarlama faaliyetlerini de sürdürmekte ve yaklaşık otuz bin veteriner hekimden en az yüzde onunun ürünü ilk iki yıl içinde kullanmasını hedeflemektedir. Ayrıca, mobil tanı sisteminin rekabetçi bir fiyatla uluslararası pazarlarda sunulması planlanmakta ve bu sayede ihracat geliri elde edilmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca, TİKA aracılığıyla gelişmekte olan Afrika ülkeleri gibi ülkelere ulaştırılarak sıtma gibi hastalıklarla mücadelede kullanılması öngörülmektedir. İnsan hastalıklarına da uygulanabilirlik konusu hedefler arasında yer almaktadır.
 

PROJENİN TOPLUMSAL KATKISI:

Buzağılarda doğumun hemen sonrasında ortaya çıkan ve 1-2 gün içerisinde ölümüne neden olan paraziter hastalıkların yerinde tespit edilememesi önemli bir eksikliktir. Mobil tanı sistemi sayesinde yerinde, hızlı ve doğru teşhis ile bu eksiklik giderilmektedir. Ek olarak, veteriner hekimlerim mesleki uygulamaları için de donamım eksikliğinin giderilmesine katkı sağlanmaktadır.
Ülkemizde buzağı ölüm oranının %25 gibi oldukça yüksek değerlerde olduğu bilinmektedir ve bu durum damızlık inek ve besilik dana sorununun temel kaynağıdır. İşletmeler, buzağı kayıpları sonucu ikame düve yetiştirme masraflarının artması, toplam et ve süt veriminin azalması, veteriner hekim ve ilaç giderlerinin artması gibi nedenlerden dolayı zarara uğramaktadır. Aynı zamanda bu durum milli ekonomi için de büyük bir kayıptır. Buzağı ölümlerinin başlıca nedeni parazit kaynaklı ishaldir. Bu kapsamda, uygun boyama yapılarak mikroskop ile kolaylıkla tespit edilebilen Cryptospridium spp. ve Giardia spp. gibi bağırsak parazitlerinin neden olduğu hastalıkların teşhisi veteriner hekimlerin mikroskop sahibi olmaması, hayvanların sağlık kuruluşlarına naklinin zorluğu ve maliyeti gibi sebeplerle oldukça düşük seviyededir. Projenin temel hipotezi, basit bir mikroskobik inceleme ile yerinde ve hızlı bir şekilde tanı konulup doğru tedavinin anında uygulanması sağlanarak buzağı kayıplarının önemli ölçüde azaltılıp hem işletmelerin hem de ülkemizin kayıplarının en aza indirilebileceğidir. Bu hipotez hem laboratuvar hem saha hem de pilot uygulamada elde edilen sonuçlarla doğrulanmıştır. Ayrıca hipotez, sıtma gibi parmaktan kan alınarak kolaylıkla teşhis edilebilecek insan hastalıkları için de geçerlidir.
Proje, buzağı ölümlerinin neden olduğu emek ve maddi kayıpların önemli ölçüde azaltılması bakımından toplumsal refah düzeyinin yükselmesine katkıda bulunmuştur. Hastalık etkeni net belirlenmeden uygulanan ilaç tedavileri hayvanın iyileşmesini sağlamadığı gibi, ilaç israfına da neden olmaktadır. Proje çıktıları, bu durumun önüne geçerek yanlış tedavinin hem hayvan hem de insan sağlığına zararlı etkilerinin giderilmesinde önemli rol oynamaktadır. Ayrıca, kayıpların azalması hayvansal ürünlerin fiyatlarına da olumlu yönde etki edeceğinden toplumun ekonomik refahına da katkı sağlayacaktır. Yakın gelecekte sıtma dibi bazı insan hastalıklarının yerinde teşhisi ile ülkemizde ve dünyada sağlık hizmetlerine erişimin kısıtlı olduğu bölgelerde insan sağlığına da önemli katkılar sağlanabileceği beklenmektedir.
Kullanıcılar tarafından mobil tanı sistemi vasıtası ile alınıp veri merkezimize gönderilen görüntüler, ilk aşamada MAKÜ öğretim üyeleri tarafından incelenip analiz edilmektedir. İlerleyen aşamalarda, yapay zeka uygulamaları ile hastalık teşhisinin kolaylaştırılması hedeflenmektedir. Bu yaklaşım, dünyada benzeri olmayan bir yeniliği temsil eder ve ülkemiz için hem bilimsel hem de ekonomik açıdan büyük avantajlar sunar. Ayrıca, projenin başarısı, ileri görüntüleme teknikleri ve teşhis çalışmalarını destekleyerek gelişmeleri teşvik etmiştir. Ayrıca, üç farklı florofora duyarlı mobil floresan mikroskop geliştirmek amacıyla çalışmalar yürütülmektedir.
Proje çıktılarının ve bu sistemlerin entegrasyonu ile elde edilebilecek özgün ileri düzey yerinde tanı sistemlerinin geliştirilmesi üzerine çalışmalar devam etmektedir. Örneğin, proje yürütücüsü, İstanbul Üniversitesi’nde yürütülmekte olan bir TÜBİTAK 3501 projesine danışmanlık yapmaktadır. Bu projede, tek hücre düzeyinde görüntüleme yapılarak mobil mikroskop ile görüntü elde edilmektedir. Projede geliştirilen mobil mikroskop ek olarak, mikrobiyoloji, mineraloji, metalurji, gıda mühendisliği, ziraat mühendisliği ve kriminoloji gibi farklı bilimsel alanlarda kullanılabilen önemli bir bileşen olarak geniş bir uygulama yelpazesi sunmaktadır.
Proje çıktılarının yaygınlaşması ile paraziter hastalıklardan buzağı ölümlerinin yüzde 50 oranında azaltılabilmesi, dolayısıyla yılda yaklaşık 187,500 buzağı ölümünün önlenmesi hedeflenmektedir. Böylece, üç aylık bir buzağının ederi 20,000 TL olarak varsayılırsa, yıllık yaklaşık 3.75 Milyar TL doğrudan GSMH kaybının önüne geçilebilir. Buzağının et ve süt gibi uzun vadedeki ürünlerinin kaybı da eklendiğinde, çok daha büyük bir kayıp önlenebilecektir. Diğer ruminantlar da (keçi, koyun, vb.) eklendiğinde, yılda 5 Milyar TL’nin üzerinde GSMH kaybının önüne geçilmesi beklenebilir. Muadillerine göre üstün özelliklere sahip olan mobil mikroskobun ulusal ve uluslararası satışlarından da GSMH’ye katkı sağlaması beklenmektedir.