Научные эксперты рассказывают о достижениях отечественной науки.
Камиль Хафизов, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией геномных исследований ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора
Острые респираторные инфекции — пожалуй, самый частый повод для обращения к врачу и причина беспокойства родителей маленьких детей. И едва ли не самый коварный, если речь идет о пациентах в стационаре. На первый взгляд все может начинаться и выглядеть одинаково: температура, кашель, слабость, ломота в теле. А вот что именно стоит за этими симптомами: грипп, риновирус, бактериальная пневмония или даже сразу несколько возбудителей — понять бывает трудно.
Для врача это уже не просто академический вопрос. От правильного ответа зависит, какое лечение получит пациент, нужно ли оно, чего можно ожидать в ближайшие дни. Казалось бы, современная диагностика уже должна решать эту задачу. ПЦР, экспресс-тесты, иммунологические анализы — арсенал инструментариев внушительный. Но на практике значительная часть случаев респираторных инфекций у госпитализированных пациентов так и остается без установленной причины. Стандартные панели рассчитаны на самых очевидных «подозреваемых»: грипп, ковид, может быть РС-вирус — а все, что выходит за этот круг, нередко остается в стороне.
Мы работаем над подходом, который, вероятно, может кардинально изменить ситуацию. В его основе — мультиплексная ПЦР и NGS (секвенирование): технологии, позволяющие в одной пробирке одновременно детектировать почти 30 респираторных вирусов и их субтипов, что уже само по себе расширяет поле зрения врача в разы. Такой шаг дает ответ не только на вопрос «есть вирус или нет», но и на куда более важный — «какой именно вирус, какой у него субтип, и нет ли еще чего».
Когда мы применили этот подход к реальным образцам, результаты оказались показательными. У целого ряда пациентов, у которых стандартными методами причину болезни найти не удалось, мы обнаружили вполне конкретных виновников. Среди них — сезонные коронавирусы, вирусы парагриппа, различные бокавирусы, вирус кори и другие. Это те возбудители, которые не всегда попадают в обязательные диагностические панели, хотя вполне способны вызвать тяжелое течение, особенно у людей с ослабленным иммунитетом. Грубо говоря, мы смогли расшифровать на 40% больше инфекций, чем было доступно ранее.
Встречались и коинфекции, то есть ситуации, когда в одном образце содержатся два, а то и три вируса одновременно. И это было не так редко, до 15% случаев. Для надежности, где возможно, все находки мы перепроверили с помощью диагностической панели ARVI-screen short AmpliSens®, и результаты практически всюду подтвердились.
Что это дает в перспективе? Прежде всего, более точную картину того, что на самом деле циркулирует вокруг нас. Понимание реальной структуры респираторных инфекций нужно не только эпидемиологам. Оно в ряде случаев помогает врачам принимать обоснованные решения. Если ясно, что речь о вирусе, а не о бактерии, отказ от антибиотиков перестает быть рискованной ставкой и становится взвешенным выбором. Если выявлена коинфекция, лечение можно скорректировать с учетом всех патогенов. Если найден неожиданный возбудитель, это повод задуматься о том, что мы упускаем при рутинной диагностике.
Есть и более отдаленная перспектива. Чем подробнее мы знаем, какие вирусы и субтипы реально вызывают болезни в стационарах, тем понятнее, куда стоит направлять усилия разработчиков лекарств и вакцинных препаратов.
Александр Тюменцев, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией экспериментальной фармакологии ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора
Молекулярная биология развивается стремительными темпами, и сегодня на первый план выходят генетические исследования, меняющие наше представление о биобезопасности. Одной из самых многообещающих медицинских инноваций стала технологическая платформа CRISPR/Cas, которая изначально создавалась для редактирования генома, а теперь совершает революцию в диагностике заболеваний. Российские ученые из ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора уже разработали отечественные компоненты этой системы и получили патент на свое изобретение.
В природе CRISPR/Cas выполняет функцию своеобразного «иммунитета» у бактерий, помогая им запоминать и уничтожать вирусы. В лабораторных и клинических условиях специалисты научились перепрограммировать эти молекулярные структуры так, чтобы они безошибочно находили любые заданные ДНК или РНК. При обнаружении в образце конкретного генетического следа — будь то опасный вирус, бактерия или опухолевая мутация — система активируется и подает четкий сигнал. Это превращает технологию в сверхчувствительный поисковый радар, превосходящий по точности многие классические лабораторные методы.
Развитие систем CRISPR/Cas открывает колоссальные перспективы для практического здравоохранения и повседневной профилактики инфекций. Внедрение новых тест-систем позволит в перспективе проводить сложнейшие генетические анализы прямо у постели больного, в полевых условиях или даже дома. Классический метод ПЦР требует дорогостоящего стационарного оборудования, сложной подготовки и профессиональных навыков персонала. Напротив, CRISPR-тесты работают при постоянной температуре, не нуждаются в специализированных приборах и дают готовый результат за 30–60 минут.
Благодаря фантастической точности распознавания, технология способна уловить точечную мутацию в одну генетическую «букву». Это критически важно для мгновенного выявления новых штаммов респираторных инфекций, скрытых вирусов и определения устойчивости бактерий к антибиотикам. В онкологии данная платформа открывает эру ранней диагностики, позволяя обнаруживать следы опухоль-специфичной ДНК в капле крови задолго до появления первых выраженных симптомов. Оперативность перепрограммирования системы и активации против новой мишени делает CRISPR идеальным щитом против вновь возникающих биологических угроз и будущих пандемий.
Вадим Петров, руководитель научной группы разработки новых молекулярно-биологических технологий ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора
Инфекционные заболевания способны передаваться очень быстро, вызывая вспышки и эпидемии. Пандемия COVID-19 показала, насколько важна диагностика инфекционных заболеваний при противоэпидемических мероприятиях.
Когда речь идет о качественной диагностике инфекционных заболеваний, то это, прежде всего, молекулярная диагностика, позволяющая напрямую выявлять возбудителя той или иной инфекции. Наиболее чувствительными методами молекулярной диагностики являются методы амплификации нуклеиновых кислот (МАНК), с помощью которых выявляют РНК или ДНК инфекционного патогена. Амплификация — это многократное копирование заданного фрагмента РНК или ДНК, в результате чего концентрация этих фрагментов РНК/ДНК возрастает в миллионы раз, и их можно определить с помощью флуоресцирующих красителей.
Самой известной и распространенной разновидностью МАНК является полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая позволяет провести амплификацию исследуемой РНК или ДНК за 1,5–2 часа. Но, когда требуется заметно увеличить пропускную способность лабораторий, нужны более быстрые тесты. К ним относятся петлевая изотермическая амплификация (LAMP, от англ. Loop-mediated isothermal amplification) и ускоренная ПЦР (FAST-PCR).
В ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора в рамках федерального проекта «Санитарный щит» были разработаны новые наборы реагентов на основе LAMP и ускоренной ПЦР. Если сравнивать с обычной ПЦР, то новые наборы реагентов позволяют ускорить этап амплификации РНК/ДНК в 3–4 раза (для LAMP) и примерно в 1,5–2 раза (для FAST-PCR). У каждого метода есть и свои ограничения, например, для LAMP сложно разрабатывать мультиплексные тесты, позволяющие выявлять несколько разных патогенов в одной пробирке. Для таких случаев можно использовать ускоренную ПЦР, которая позволяет сохранять диагностические характеристики на уровне стандартной ПЦР, но быстрее выявлять РНК/ДНК исследуемого патогена.
Сегодня разработано более 25 наборов реагентов для выявления различных инфекций с помощью LAMP, 18 из которых уже зарегистрированы в России в качестве медицинских изделий для диагностики in vitro, многие из которых были зарегистрированы в России впервые, а некоторые — впервые в мире. Все разработанные тесты на основе LAMP позволяют в течение 25–30 минут провести амплификацию РНК или ДНК исследуемого патогена, при этом специфичность данных тестов очень высокая, а предел обнаружения сопоставим с ПЦР. Для большинства клинических образцов амплификация с помощью LAMP проходит за 10–15 минут. Также в институте разработаны наборы реагентов на основе FAST-PCR для выявления вируса гепатита А, а также одновременного выявления вирусов гепатита А и Е, которые позволяют в течение примерно 50 минут выявить РНК данных вирусов.
Важно отметить, что перечисленные разработки осуществляются с использованием ключевых компонентов собственного производства ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора, таких как ферменты и олигонуклеотиды, что позволяет оставаться независимыми от внешних поставщиков, обеспечивать массовый промышленный выпуск реагентов в интересах биобезопасности всей страны и сохранять стоимость тестов доступной для лабораторий.
Больше полезной информации по санитарной безопасности и профилактике опасных заболеваний на сайте санщит.рус.
