Биологическое оружие: как работают тесты на коронавирус
С чего все началось
Первая тест-система в России была создана Государственным научным центром вирусологии и биотехнологии «Вектор», расположенным под Новосибирском — одним из самых продвинутых центров по изучению вирусов в мире. Туда отправляли первые образцы вируса, забор которых осуществлялся там, где была выявлена инфекция. Напомним, что первые случаи заражения были отмечены в Забайкалье и Тюменской области — это были граждане Китая.
К сожалению, на первых этапах специалистам пришлось работать с очень ограниченным объемом информации, поэтому первую тест-систему пришлось несколько раз модернизировать. С ростом нагрузки на референтную лабораторию стали подключать и другие лаборатории в Москве и некоторых других городах России.
Какие тесты существуют
Есть два принципиальных подхода к диагностике SARS-CoV-2. Первый — это поиск самого вируса, а точнее его генетического материала. Он считается самым точным. Есть несколько методов такого обнаружения вируса в биологическом образце человека: наиболее стандартным является ПЦР с обратной транскрипцией в реальном времени.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) — метод молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определенных фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологической пробе. Исходно образцов нуклиотидов в образце очень мало, и впрямую сказать, что именно это их количество находится в образце, невозможно. Поэтому нужно умножить это количество инструментальным образом, чтобы потом его было легко обнаружить.
Поскольку коронавирус — это РНК-вирус, то ПЦР, которое делается с ДНК и умножается с ДНК, впрямую сделать невозможно: сначала надо сделать обратную транскрипцию, то есть сделать копию ДНК с РНК вируса. Фактически проводятся две реакции: сначала делается обратная транскрипция, а потом с полученным транскрибированным куском делается ПЦР этого ДНК-куска. Так становится возможным распознать именно этот заданный кусочек вируса.
Именно такая тест-система была впервые разработана «Вектором» и на сегодняшний день является самой массовой в нашей стране. Подобные тесты также производят еще примерно 19 компаний, в том числе выпускает серийно «Система-БиоТех», которая поставляет их в основном в Москву и еще несколько городов России.
Есть и другие методы выявления вируса: изотермическая петлевая амплификация (LAMP). Это своего рода вариация на тему ПЦР, но делается он немного по‑другому. Зачем нужно два метода? У каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Если мы говорим о ПЦР-тесте, то его основное преимущество в высокой точности. По словам Дмитрия, точность результата достигает 100%, однако есть сложности с его применением: требуется молекулярно-генетическая лаборатория и персонал, который способен этим заниматься. Таких лабораторий, увы, немного, к тому же сейчас все они перегружены. Кроме того, ПЦР-метод слишком долгий по времени с точки зрения определения наличия или отсутствия вируса: сначала надо взять биологический образец, потом выделить из него РНК, провести обратную транскрипцию этой РНК, затем сделать ПЦР и интерпретировать результаты. В общем в сумме на это уходит от 5 до 9 часов непрерывной работы специалиста.
Если использовать метод изотермической петлевой амплификации, то вы выигрываете во времени, но точность падает, могут появиться ложно-положительные образцы: то есть тест-система может определять наличие вируса там, где его нет физически. При этом важно, чтобы система не давала ложно-отрицательного ответа, так как при таком ответе велика вероятность дальнейшего распространения вируса при контакте с заболевшим. Зато вы можете получить результат за полчаса и для этого не нужно использовать сложное оборудование. Именно поэтому обе тест-системы важны: LAMP используется для первичного анализа, а ПЦР — для точного. Сейчас новые тесты «Система-БиоТех» по методу изотермической петлевой амплификации находятся в стадии лабораторных испытаний.
Принципиально иной подход — находить не сам SARS-CoV-2, а наличие антител на этот вирус, то есть ответную реакцию вашего организма на него. Антитела вырабатываются не сразу, а появляются через несколько дней — четыре-пять, в зависимости от того, как реагирует организм. Антитела некоторое время сохраняются в свободном кровотоке. Причем сначала у человека вырабатывается один спектр этих антител — белок имунной системы иммуноглобулин M (IgM), потом можно распознать другой — белок иммуноглобулин G (IgG). Данный тест отвечает на вопрос: находится ли человек на поздней стадии заболевания или сталкивался ли с вирусом в недавнем прошлом.
Какой тест делать, решает врач. У вас может не быть явных признаков заболевания, но вы можете быть носителем вируса. У человека также могут быть явные признаки болезни COVID-19, однако некоторые тест-системы могут давать неопределенные результаты. При поступлении больных в стационар необходимо определить потенциальных заболевших COVID-19 и изолировать их в индивидуальные боксы, для этого удобнее использовать тесты LAMP, а подтверждать наличие вируса SARS-CoV-2 уже с помощью высокоточных ПЦР-тестов.
Почему даже точные тесты не могут определить вирус у больного?
Наверняка многие слышали, что у некоторых больных COVID-19 даже многократное высокоточное тестирование дает отрицательный результат. На то есть несколько причин.
Во-первых, пациент может действительно болеть совершенно другой болезнью, не связанной с SARS-CoV-2. Как известно, симптомы COVID-19 схожи с ОРВИ, гриппом, ОРЗ и так далее. Осложнения в виде пневмонии также встречаются и после других заболеваний, а отличия выявляются только при помощи компьютерной томографии. Но если все указывает на «Ковид», а вирус не обнаружен?
Вторая причина кроется в людском факторе: медики те же люди, и им свойственно ошибаться, например, во время забора анализа. Так, медсестра не слишком глубоко погружает тампон в носоглотку, из-за чего не собирает то необходимое количество биоматериала, нужное для корректного определения вируса тест-системой.
В третьих, и этого нельзя исключать, у разных тест-систем разная точность. Именно потому обычно делают несколько тестов, чтобы исключить ложные данные. «ПЦР-тесты «Системы-БиоТех» имеют точность 97−100%, за других производителей говорить не буду, но чувствительность бывает ниже, — говорит Дмитрий. — Мы добиваемся этого с помощью того, что вся рабочая смесь находится в одной пробирке, и в этой же пробирке осуществляется внутренний эндогенный контроль прямой и обратной транскрипции, а также качества забора биоматериала. Некоторые компании предпочитают делать экзогенный контроль, так как он технологически проще, но дает больше ошибок».
Вообще определение COVID-19 — это целый комплекс мероприятий, в который входит осмотр врача, анализ на вирус, компьютерная томография и так далее. Что здесь первично — на самом деле не так важно, гораздо важнее проведение всех этих мероприятий в комплексе, чтобы врач имел полную картину. Если вирус не найден, но на самом деле он есть, то либо это какая-то очень ранняя стадия заболевания, либо образец был взят некорректно, либо он был загрязнен — такое тоже бывает.
Что нас ждет дальше?
Сейчас сложно предположить, насколько долго SARS-CoV-2 останется с нами. По одним предположениям, будет изобретена вакцина и коронавирус исчезнет (когда-то же мы победили победить «испанку»). По другим, человечество выработает коллективный иммунитет, и COVID-19 превратится в сезонную болезнь.
Одно можно сказать, экспресс-тесты для домашнего использования наподобие тех, что покупают для определения беременности, ждать не стоит, их точность оставляет желать лучшего. Для использования же существующих «быстрых» тест-систем на коронавирус нужна определенная квалификация. «Сделать генетический анализ в домашних условиях — очень сомнительная перспектива просто потому, что не все люди пока еще генетики», — поясняет Дмитрий.
За время пандемии благодаря мутациям в одной только Москве появилось уже три новых вариации SARS-CoV-2. Однако у вирусов есть участки, которые мутируют очень часто, но есть и высококонсервативные участки, которые отвечают за те белки вируса, которые ему жизненно необходимо оставлять неизменными, без них он просто не сможет существовать. Тест-системы стараются выявлять либо основные функциональные участки генома — наиболее экпрессируемые, либо высококонсервативные. Например, тесты «Система-БиоТех» направлены именно на ультраконсервативные участки коронавируса, которые, по заявлению компании, не изменятся ни в текущих вариантах всех серотипов, ни в любом будущем варианте, так как в противном случае вирус просто не сможет размножаться в клетке и в принципе существовать.
Сейчас главная проблема — это острая необходимость в тест-системах по всей стране. И дело даже не в том, что производство не поспевает за запросами, а в пропускной способности лабораторий, дополнительно организовать которые гораздо сложнее, чем создать производство тестов. Хотя и с последним тоже пока есть сложности: все силы сейчас брошены на производство тестов на SARS-Cov-2, и временно это негативно сказывается на производстве тест-систем для выявления других видов вирусов.
