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 .
