Борьба с пандемией COVID-19 с помощью тестирования

Мир сейчас охвачен исторической пандемией. Число погибших от нового коронавируса выросло до более 117000 в США и 448000 во всем мире. Общее количество случаев заболевания, называемого COVID-19, превысило 2 миллиона в США и 8,3 миллиона во всем мире. Сейчас бушуют споры о том, не начали ли штаты США слишком быстро открывать рестораны, магазины, парикмахерские и множество других двигателей жизни и торговли после нескольких недель изоляции.

Но есть одна область широко распространенного согласия, говорит Роберт Тьян, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза при Калифорнийском университете в Беркли: безопасный путь выхода из пандемии требует огромного количества тестов. В выпуске журнала RNA от 1 мая 2020 года Тджан, соавтор исследования Миган Эсбин и их коллеги рассмотрели последние достижения в методах тестирования COVID-19 и подчеркнули препятствия, с которыми сталкивается широко распространенное тестирование. Чтобы отследить распространение патогена и остановить цепочку передачи, крайне важно проверить как сам вирус SARS-CoV-2, так и доказательства того, что люди ранее были инфицированы, – объясняет Тьянь.

Страны, которые до сих пор успешно подавили свои вспышки, такие как Новая Зеландия, Тайвань, Южная Корея и Исландия, проделали лучшую работу по выявлению случаев заболевания. Напротив, «Соединенные Штаты преуспели довольно плохо», – говорит Лоуренс Гостин, профессор медицины и эксперт в области общественного здравоохранения Джорджтаунского университета.

Эта неудача не из-за недостатка усилий в научном сообществе. По словам Тьянь, многие исследователи по всей стране отказались от того, что они делали, чтобы решить проблему в США. Фактически, добавляет он, при компиляции многих исследований, описанных в статье его группы, он был «удивлен тем, как быстро так много лабораторий перешли на работу над COVID-19».

Эти лаборатории разработали инновационные подходы к тестированию, а также к преодолению узких мест, которые препятствовали усилиям по тестированию на ранней стадии пандемии. Некоторые лаборатории, например, в Беркли, создали свои собственные операции по быстрому тестированию для обслуживания местных сообществ, быстро публикуя свои методы, «чтобы всем не пришлось изобретать велосипед», – говорит Тьян. Эти и многие другие усилия помогают ответить на некоторые из основных вопросов о борьбе с пандемией.

Почему так важно тестирование?

SARS-CoV-2 – особенно опасный вирус. Это одновременно очень заразное и относительно смертельное заболевание, при этом уровень смертности все еще остается неопределенным, но он выше, чем от гриппа – по некоторым данным, в 10 или более раз выше. Но самая хитрая особенность вируса в том, что он может распространяться людьми, которые даже не подозревают, что они инфицированы. Напротив, жертвы первоначального вируса атипичной пневмонии в 2003 году не были заразными до тех пор, пока не проявились серьезные симптомы, что позволило легко изолировать этих людей и прервать цепь передачи.

В США число подтвержденных случаев коронавируса превысило два миллиона. Плотность корпуса показана красным. Посмотреть полную панель управления с подсчетом случаев по странам. Предоставлено: Университет Джона Хопкинса.

«То, что люди могут заразиться COVID-19 без симптомов, – один из самых сложных аспектов предотвращения распространения», – объясняет Эрик Тополь, основатель и директор Научно-исследовательского института перевода Скриппса. Один неосознанно инфицированный человек может заразить десятки других, как показали «сверхраспространяющиеся» события, такие как хоровая практика в штате Вашингтон, с 32 подтвержденными случаями, и человек, посетивший несколько южнокорейских ночных клубов, заразив более 100 человек.

Кроме того, тестирование может выявить SARS-CoV-2 только тогда, когда инфицированный человек активно производит большое количество вируса, – говорит Тьян. По его словам, поэтому жизненно необходимы три типа тестирования. Людей с любыми симптомами COVID-19 следует обследовать, чтобы как можно скорее выявить новые случаи. Люди, которые контактировали с инфицированным человеком, также должны пройти обследование, даже если у них нет симптомов. И, наконец, говорит он, медицинские работники должны проверять людей на антитела к вирусу, чтобы выявить тех, кто, возможно, уже был инфицирован.

Ученые разработали несколько методов тестирования для выявления РНК SARS-CoV-2. Метод, используемый почти во всех испытаниях на сегодняшний день и считающийся «золотым стандартом», основан на технике амплификации крошечных количеств вирусных генов. Предоставлено: Медицинский институт Говарда Хьюза.
Как ученые проверяют наличие нового коронавируса?

SARS-CoV-2 размножается, проникая в клетки человека, а затем захватывая механизмы этих клеток и создавая множество копий своего генетического материала, называемого РНК. Ученые разработали несколько методов тестирования, чтобы обнаружить эту отличительную вирусную РНК. Метод, используемый почти во всех испытаниях на сегодняшний день и считающийся «золотым стандартом», основан на технике амплификации крошечных количеств вирусных генов. Во-первых, мазок собирает инфицированные клетки из горла человека, собирая кусочки вирусной РНК. Этот генетический материал обычно очищается, а затем копируется из РНК в комплементарную ДНК. Затем ДНК копируют миллионы раз с помощью стандартного метода, известного как полимеразная цепная реакция (ПЦР). Наконец, добавляется флуоресцентный зонд, который излучает контрольное свечение, когда присутствуют копии ДНК вирусной РНК.

ПЦР – не единственный жизнеспособный подход. Ученые Массачусетского технологического института и других университетов также перепрофилировали технику редактирования генов под названием CRISPR, чтобы быстро обнаружить SARS-CoV-2. CRISPR использует сконструированные ферменты для разрезания ДНК в определенных точках. Подход к тестированию использует эту способность охотиться за определенным битом генетического кода, в данном случае вирусной РНК, с использованием фермента, который флуоресцирует, когда он находит отличительную цель SARS-CoV-2. В начале мая Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов дало разрешение на проведение теста, разработанного командой Массачусетского технологического института, которую возглавляет следователь HHMI Фэн Чжан.

Другой метод тестирования позволяет быстро считывать каждую «букву» РНК вирусного генома, используя процесс, называемый генетическим секвенированием. Это излишек для обнаружения вируса, но он был особенно полезен при составлении графика беспощадного марша вируса по всему миру. Некоторые исследователи экспериментируют с хитроумными «нанопереключателями» ДНК, которые могут переключаться с одной формы на другую и генерировать флуоресцентное свечение, когда они замечают фрагмент вирусной РНК.

Ученые также могут увидеть явные признаки инфекции в крови. После заражения люди реагируют на них иммунной системой, создавая антитела, предназначенные для нейтрализации вируса. Тесты на антитела выявляют этот иммунный ответ в образцах крови с использованием белка, сконструированного для связывания с антителами SARS-CoV-2. Однако создание чувствительного и точного теста на антитела может быть непростой задачей.

Хотя тестирование на коронавирус в США изо всех сил пытается достичь необходимого уровня, «наука – не самая сложная часть», – говорит Тьян. «Как и все остальное в исследованиях, существует несколько решений». Вместо этого реальная проблема заключалась в ускорении темпов тестирования.

Каков послужной список США по тестированию?

Несмотря на то, что вирус охватил Ухань, Китай, в январе 2020 года и начал убивать американцев в феврале (или, возможно, даже раньше), правительство США не смогло подготовиться к распространяющейся пандемии. По словам Тьянь, федеральное правительство практически «не ответило». «Вы не могли представить себе худшую команду руководителей, которая справится с этой всемирной пандемией».

Администрация Трампа отказалась использовать тест на основе ПЦР, разработанный, например, Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), а тест, разработанный Центрами по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), оказался ошибочным. Из-за отсутствия скоординированных национальных усилий штаты, компании и университетские лаборатории изо всех сил пытались восполнить этот пробел.

По мере того, как лаборатории и штаты США стремились расширить свои возможности тестирования, они столкнулись с узкими местами и препятствиями. Например, «только несколько поставщиков поставляли реагенты [необходимые для реакций ПЦР], и их было крайне недостаточно», – говорит Тьянь. Было трудно найти даже базовое оборудование, такое как тампоны для взятия проб. «Это было то, что нас застало врасплох», – вспоминает Тьян. «Кто бы мог подумать, что самый ограниченный по скорости кусок всей этой головоломки – это мазок?» Оказалось, что основным производителем мазков, одобренных CDC, была фабрика в северной Италии, регионе, наиболее пострадавшем от вируса.

Без достаточного тестирования возник «трагический пробел в данных, подрывающий ответные меры США на пандемию», – пишет исследователь службы здравоохранения Эрик Шнайдер в комментарии к выпуску журнала New England Journal of Medicine от 15 мая. Он объясняет, что вместо того, чтобы иметь возможность тестировать каждого человека с симптомами и всех тех, с кем они контактировали, как это делали такие страны, как Южная Корея, нехватка означала резервирование тестов для госпитализированных пациентов и для предотвращения передачи COVID-19 работниками здравоохранения. .

Тесты на антитела выявляют иммунный ответ в образцах крови с использованием белка, сконструированного для связывания с антителами SARS-CoV-2. Но создать чувствительный и точный тест на антитела может быть непросто. Предоставлено: Медицинский институт Говарда Хьюза.
Отсутствие данных о количестве случаев затрудняет моделирование пути пандемии, пишет Шнайдер из Фонда Содружества, частного фонда, нацеленного на улучшение системы здравоохранения. В результате было трудно предугадать, где больше всего нужны услуги неотложной медицинской помощи, больничные койки и аппараты ИВЛ.

К середине мая мощность тестирования в США, наконец, выросла с нескольких тысяч до примерно 300 тысяч в день. Тем не менее, это далеко не то, что нужно. В Гарвардской дорожной карте по обеспечению устойчивости к пандемии, например, предполагается, что стране потребуется проводить тестирование из расчета «20 миллионов в день для полной мобилизации экономики». Для безопасного открытия «нам нужны огромные возможности для тестирования, которых в настоящее время нет», – говорит Гостин из Джорджтауна, один из авторов отчета.

Как ученые могут преодолеть узкие места в тестировании?

Ученые всего мира отреагировали на проблемы, связанные с новым коронавирусом . Группа из Беркли, например, резко увеличила свои возможности тестирования и снизила затраты почти до 1 доллара за тест с такими улучшениями, как пропуск одного шага – очистка РНК – и создание своих собственных реагентов. «Это не ракетостроение, но нам потребовалось пять недель, чтобы разобраться в деталях, потому что коммерческие компании не сообщают вам, что в их реактивах», – объясняет Тьян. Исследовательская группа сделала свой домашний тест бесплатным для любой лаборатории, которая хочет его повторить.

Между тем, группы в Рутгерсе, Йельском университете (включая следователя HHMI Акико Ивасаки) и других центров устранили необходимость в мазках из горла, продемонстрировав, что образцы слюны работают так же хорошо. Это расширяет возможности домашнего тестирования, поскольку плюнуть в пробирку и отправить ее в лабораторию намного проще, чем взбивать мазок.

Также наблюдается прогресс в тестировании на антитела. Большинство из десятков так называемых серологических тестов, первоначально представленных на рынке, не обладали чувствительностью и специфичностью, чтобы выделить только те антитела, которые направлены на SARS-CoV-2. Проблема в том, что тесты требуют использования копий вирусного белка, который связывается с антителами. Оказывается, одним из ключей к решению этой проблемы является использование клеток млекопитающих для создания вирусного белка точной формы, необходимой для содержания только антител против SARS-CoV-2.

Как тестирование поможет сдержать пандемию?

Основная стратегия преодоления COVID-19 – это выявление инфицированных людей, поиск и тестирование всех, с кем они контактировали, и помещение инфицированных в карантин. Это непрактично для больших городов или целых стран, учитывая ошеломляющее количество необходимых тестов, логистические проблемы и острые проблемы с конфиденциальностью. Но есть умные способы забросить более широкую сеть без стольких индивидуальных тестов.

Один из них – это объединение множества образцов в пул, чтобы можно было контролировать большие группы людей с помощью только одного теста. Затем, если вирус действительно обнаруживается в пуле, чиновники общественного здравоохранения могут протестировать людей в этой группе, чтобы выявить инфекции.

Возможно, еще более действенным является мониторинг сточных вод. Вирус может появиться в кале человека в течение трех дней после заражения – намного раньше, чем проявятся первые симптомы. Ученые могут использовать стандартный тест ПЦР на образцах сточных вод для обнаружения вируса. А путем сбора образцов в определенных местах, таких как люки, разбросанные по всему сообществу, можно было бы сузить местоположение любых инфекций до нескольких кварталов или даже отдельных зданий, таких как жилой комплекс или общежитие колледжа. «Вы можете определить вирусную нагрузку и то, как она меняется с течением времени, с помощью одного теста в день», – говорит Тьян. «Это было бы потрясающе».

Тьянь и многие другие сейчас выясняют, как эти подходы можно использовать для безопасного открытия университета или бизнеса. По его словам, широкомасштабное тестирование будет трудоемким и недешевым, но намного дешевле, чем блокирование экономики в целом, и намного безопаснее, чем повторное открытие без адекватного тестирования, как сейчас делают некоторые штаты. И поскольку ученые продолжают увеличивать возможности тестирования и создавать более дешевые и лучшие тесты, эта стратегия скоро станет доступной.

услуги нутрициологаАвтор сайта и статей: Наталья Степанова, нутрициолог-психолог, консультант по питанию и коррекции веса. Подробнее обо мне

Я в соц. сетях: Vk, Instagram.

Рейтинг
Еще статьи нутрициолога:
Adblock
detector