7 января 2022 года.
Вариант omicron быстро занял лидирующие позиции в мире коронавирусов после того, как о нем впервые сообщили в Южной Африке в конце ноября 2021 года. США стали 24-й страной, сообщившей о случае заражения омикроном, когда 1 декабря 2021 года представители здравоохранения объявили, что новый штамм был выявлен у пациента в Калифорнии.
Как ученые узнают, какие версии коронавируса существуют? Как быстро они могут определить, какие варианты вируса проникают в популяцию?
Александр Сундерманн и Ли Харрисон — эпидемиологи, изучающие новые подходы к выявлению вспышек. Здесь они объясняют, как работает система геномного надзора в США и почему важно знать, какие варианты вируса циркулируют.
Что такое геномный надзор?
Геномный надзор обеспечивает систему раннего предупреждения о SARS-CoV-2. Подобно тому, как дымовая сигнализация помогает пожарным узнать, где вспыхивает пожар, геномный надзор помогает сотрудникам здравоохранения увидеть, какие варианты коронавируса появляются в тех или иных местах.
Лаборатории проводят последовательность генома в образцах коронавируса, взятых из анализов COVID-19. Это диагностические ПЦР-тесты, которые дали положительный результат на SARS-CoV-2. Затем ученые могут определить по геному вируса, какой вариант коронавируса заразил пациента.
Секвенировав достаточное количество геномов коронавирусов, ученые могут составить репрезентативную картину того, какие варианты циркулируют в популяции в целом. Некоторые варианты имеют генетические мутации, которые влияют на профилактику и лечение COVID-19. Таким образом, геномный надзор может стать основой для принятия решений о правильных контрмерах, помогающих контролировать и тушить пожар до того, как он распространится.
Например, вариант omicron имеет мутации, которые снижают эффективность существующих вакцин COVID-19. В связи с этим чиновники рекомендовали делать бустерные прививки для усиления защиты. Аналогично, мутации в омикроне снижают эффективность некоторых моноклональных антител, которые используются как для профилактики, так и для лечения COVID-19 у пациентов с высоким риском. Поэтому знание того, какие варианты циркулируют, имеет решающее значение для определения того, какие моноклональные антитела будут эффективны.
Как осуществляется геномный надзор в США?
Центр по контролю и профилактике заболеваний США возглавляет консорциум под названием Национальная система наблюдения за штаммами SARS-CoV-2 (NS3). Она собирает около 750 положительных на SARS-CoV-2 образцов в неделю из государственных лабораторий общественного здравоохранения по всей территории США. Независимо от усилий CDC, коммерческие, университетские лаборатории и лаборатории департаментов здравоохранения проводят секвенирование дополнительных образцов.
У каждого типа лабораторий есть свои сильные стороны в геномном надзоре. Коммерческие лаборатории могут быстро провести большое количество тестов. Академические партнеры могут предоставить экспертные знания. А лаборатории общественного здравоохранения могут дать представление о местной динамике передачи и вспышках.
Независимо от источника, данные о последовательности, как правило, находятся в открытом доступе и, следовательно, способствуют геномному надзору.
Какие данные отслеживаются?
Когда лаборатория секвенирует геном SARS-CoV-2, она загружает результаты в публичную базу данных, в которой указано, когда и где был собран образец коронавируса.
Глобальная инициатива по обмену данными о птичьем гриппе (GISAID), находящаяся в открытом доступе, является примером одной из таких баз данных. Ученые запустили GISAID в 2008 году, чтобы быстро и легко узнать, какие штаммы гриппа циркулируют по всему миру. С тех пор GISAID выросла и развилась, и теперь предоставляет доступ к геномным последовательностям SARS-CoV-2.
База данных сравнивает генетическую информацию образца со всеми другими собранными образцами и показывает, как эволюционировал данный штамм. На сегодняшний день в GISAID загружено более 6,7 миллиона последовательностей SARS-CoV-2 из 241 страны и территории.
Например, 4 декабря 2021 года CDC прогнозировал, что на долю омикрона приходилось 0,6% случаев COVID-19 в США. К 1 января 2022 года эта доля выросла до 95%. Наблюдение дало наглядное предупреждение о том, как быстро этот вариант становится преобладающим, что позволило исследователям изучить, какие меры противодействия будут работать лучше всего.
Однако важно отметить, что данные геномного наблюдения часто устаревают. Время между сдачей пациентом анализа на COVID-19 и загрузкой последовательности вирусного генома в GISAID может составлять много дней или даже недель. Из-за множества этапов этого процесса среднее время от сбора материала до загрузки в GISAID в США колеблется от семи дней (Канзас) до 27 дней (Аляска). CDC использует статистические методы для оценки доли вариантов за последнее время, пока не получены официальные данные.
Сколько образцов COVID-19 подвергается секвенированию?
Ранее, в 2021 году, CDC и другие лаборатории общественного здравоохранения секвенировали в общей сложности около 10 000 образцов COVID-19 в неделю. Учитывая, что на протяжении большей части пандемии еженедельно диагностировались сотни тысяч случаев, эпидемиологи считали, что это число слишком мало для получения полной картины циркулирующих штаммов. В последнее время ЦКЗ и лаборатории общественного здравоохранения проводят секвенирование примерно 60 000 случаев в неделю.
Несмотря на это улучшение, процент случаев COVID-19, секвенированных в разных штатах, по-прежнему сильно различается: от 0,19% в Оклахоме до 10,0% в Северной Дакоте в течение последних 30 дней.
Кроме того, в США секвенируется гораздо меньший процент случаев COVID-19 по сравнению с некоторыми другими странами: 2,3% в США по сравнению с 7,0% в Великобритании, 14,8% в Новой Зеландии и 17% в Израиле.
Какие анализы COVID-19 будут секвенированы?
Представьте себе, что исследователи собирают анализы на COVID-19 только в одном районе целого штата. Данные эпиднадзора будут предвзято относиться к варианту, циркулирующему в этом районе, поскольку люди, скорее всего, передают один и тот же штамм на местном уровне. Система может даже не зарегистрировать другой вариант, который набирает обороты в другом городе.
Именно поэтому ученые стремятся собрать разнообразную выборку по всему региону. Случайная географически и демографически репрезентативная выборка дает исследователям хорошее представление об общей картине с точки зрения того, какие варианты преобладают или уменьшаются.
Почему пациенты в США не получают результаты анализа на варианты?
Есть несколько причин, по которым пациенты обычно не получают информацию о результатах, если их образец подвергается секвенированию.
Во-первых, время, прошедшее с момента забора образца до получения результатов секвенирования, часто слишком велико, чтобы сделать информацию полезной с клинической точки зрения. У многих пациентов к моменту выявления их варианта болезнь будет далеко зашедшей.
Во-вторых, информация часто не имеет значения для лечения пациента. Варианты лечения во многом одинаковы, независимо от того, какой вариант вызвал инфекцию COVID-19. В некоторых случаях врач может выбрать наиболее подходящие моноклональные антитела для лечения в зависимости от того, какой вариант у пациента, но эту информацию часто можно получить с помощью более быстрых лабораторных методов.
С началом 2022 года как никогда важно иметь надежную программу геномного надзора, способную зафиксировать любой новый вариант коронавируса. Идеальным вариантом является система, обеспечивающая репрезентативную картину текущих вариантов и быстрое получение результатов. Правильные инвестиции в геномный надзор за SARS-CoV-2 и другими патогенами и инфраструктуру данных помогут США в борьбе с будущими волнами COVID-19 и других инфекционных заболеваний.
Авторы: Александр Сундерманн, координатор клинических исследований и кандидат в доктора философии по эпидемиологии, Университет здравоохранения Питтсбурга, и Ли Харрисон, профессор эпидемиологии, медицины, инфекционных болезней и микробиологии, Университет здравоохранения Питтсбурга.
