Благодаря доступности и приемлемой стоимости секвенирование следующего поколения (NGS) стало неотъемлемым компонентом ответных мер научного сообщества на пандемию COVID-19. Геномные данные позволили провести беспрецедентный мониторинг патогенов и быстро разработать диагностические тесты и вакцины на основе геномной последовательности вируса.
Ученые из Шанхайского государственного клинического центра при Фуданьском университете выполнили самый первый анализ генома SARS-CoV-2. Группа во главе с профессором Чжан Юнчжэнь (Yong-Zhen Zhang) секвенировала изолят, полученный 26 декабря 2019 года от пациента в Ухане; они завершили сборку генома 5 января 2020 года. Эта геномная последовательность была передана давнему партнеру команды по исследованиям, вирусологу профессору Эдди Холмсу (Eddie Holmes) из Сиднейского университета. Он загрузил эту последовательность в общедоступную базу данных 11 января, познакомив мир с геномом вируса.
Эти данные о последовательности сразу же были задействованы для разработки вакцин и легли в основу первых двух мРНК-вакцин, когда-либо использовавшихся вне клинических исследований. Последовательность также послужила основой для многих используемых в настоящее время диагностических тестов на SARS-CoV-2.
Однако на этом усилия по секвенированию не прекратились. К началу 2021 года было секвенировано более 600 000 геномов вируса, результаты были представлены в открытом доступе в базе данных GISAID [1]. За столь короткий промежуток времени было получено больше геномных последовательностей, чем когда-либо для любого патогена. Благодаря этого поразительного набора данных ученые смогли отслеживать распространение вируса, составлять карты передачи на основе филогенетических данных, измерять скорость мутации, выявлять новые варианты, вызывающие опасения, и определять суперраспространителей.
Ни одно из этих достижений не было бы возможным без данных о полной геномной последовательности, полученных из столь многих изолятов. В таких странах, как США и Соединенное Королевство, лаборатории разработали процессы секвенирования [2], предназначенные для работы с небольшими объемами образцов, остающихся после молекулярной диагностики. Хотя пандемия была чрезвычайно разрушительной, выводы на основе данных NGS из лабораторий по всему миру ознаменовали своего рода золотой век вирусной геномики.
Например, японские ученые разработали и опубликовали десятки тысяч последовательностей генома SARS-CoV-2. Эта информация помогла им выявить локальное внедрение [3] новых вариантов, первоначально обнаруженных в Соединенном Королевстве, Южной Африке и Бразилии — более заразных вариантов, чем исходный штамм, которые могут снизить эффективность некоторых вакцин. Последовательности, недавно добавленные в открытые базы данных Японии, были получены из Университета Нагасаки, Национального института инфекционных болезней и Института общественного здравоохранения префектуры Ибараки.
Кроме того, недавно вклад в геномную последовательность внесли специалисты из стран Азиатско-Тихоокеанского региона [4]: Бангладеш, Бруней, Китай, Гонконг, Индия [5], Индонезия [6], Филиппины, Южная Корея и Австралия. Некоторые учреждения используют социальные сети, чтобы держать население в курсе событий. Например, Филиппинский геномный центр недавно написал в Twitter: «Вариант SARS-CoV-2 с множественными вызывающими беспокойство мутациями в области шиповидного белка, был впервые обнаружен посредством полногеномного секвенирования в Основном центре секвенирования ДНК, описание его генома было выполнено на Филиппинах, и 3 октября 2021 г. ему было присвоено официальное обозначение «линия P.3».
Страны, секвенирующие репрезентативную часть случаев заболевания COVID-19, предоставляют важную информацию о том, как развивается вирус и какие мутации могут вызывать наибольшую тревогу. Например, вариант B.1.1.7, первоначально обнаруженный в Соединенном Королевстве, и вариант B.1.351, первоначально обнаруженный в Южной Африке, содержат гораздо больше мутаций, чем ожидалось [7] на основании стандартных темпов эволюции SARS-CoV-2. Это привело ученых к предположению, что эти более заразные варианты могли развиваться у пациентов с длительной инфекцией [8]. Большое количество мутаций может свидетельствовать, что вирус ответил на значительное и неоднократное селективное давление со стороны иммунной системы.
В некоторых странах инструменты NGS также применялись для программ общественного контроля, часто анализировались сточные воды [9]. Результаты анализа разнообразия и объема вирусов в сточных водах в конкретном районе часто позволяют спрогнозировать клиническую картину в этом районе через несколько недель. Эта информация может помочь разработать политику в области общественного здравоохранения, особенно в отношении мер по смягчению последствий, таких как региональные карантины.
Отдельно в рамках волонтерского проекта под названием MetaSUB [10] используют метагеномное секвенирование образцов, собранных в общественных местах, таких как транспортные системы в городах по всему миру. В течение прошлого года эти образцы содержали геномы SARS-CoV-2, при этом данные в значительной степени соответствовали клиническим тенденциям, наблюдаемым в этих регионах.
«По мере того как все больше стран будут осуществлять программы секвенирования, появятся новые возможности лучше понять мир новых патогенов и их взаимодействие с людьми и животными в различных климатических условиях, экосистемах, культурах, образе жизни и биомах», — пишет Сильви Бриан (Sylvie Briand), директор отдела по обеспечению глобальной готовности к инфекционным опасностям Всемирной организации здравоохранения, в недавно опубликованном руководстве по использованию геномного секвенирования SARS-CoV-2 [11]. «Ускоренное внедрение геномного секвенирования в практику мирового сообщества здравоохранения выступает обязательным условием, если мы хотим лучше подготовиться к будущим угрозам».
Пандемия COVID-19 показала ценность полногеномного секвенирования и необходимость профилактического эпиднадзора за инфекционными заболеваниями для выявления новых заболеваний до распространения по всему миру. Потребуется вложить соответствующие ресурсы и создать инфраструктуру эпиднадзора, чтобы лучше подготовиться к следующей пандемии.
Геномный надзор и эпидемиология — это лишь один из примеров того, как лабораторная диагностика способствует лечению пациентов с COVID-19. Чтобы узнать больше о полном спектре возможностей, ознакомьтесь с документом «Критическая роль диагностики в лечении пациентов с COVID-19», новым докладом Азиатско-Тихоокеанской ассоциации медицинских технологий (APACMed).
Список литературы
[1] База данных GISAID
[2] Sequencing COVID-19 at the Sanger Institute, The Sanger Institute Blog
[3] The Critical Role of Diagnostics in COVID-19 management, APACMed
[4] Genomic epidemiology of novel coronavirus – Asia-focused subsampling, Nextstrain
[5] “Coronavirus: India hunts for new strains as Covid wave looms”, BBC
[6] “Indonesia ramps up efforts to spot elusive COVID variants”, Nikkei Asia
[7] “The most worrying mutations in five emerging coronavirus variants”, Scientific American
[8] “‘An accelerated cauldron of evolution’: Covid-19 patients with cancer, HIV, may play a role in emergence of variants”, The Washington Post
[9] “Tracking COVID-19 with wasterwater”, Nature Biotechnology
[10] Консорциум MetaSUB
[11] Рекомендации Всемирной организации здравоохранения по геномному секвенированию SARS-CoV-2
