Геном вируса – диагностика COVID-19
Mar 10, 2020

Контроль распространения вспышки заболевания требует точного понимания природы его возбудителя, механизма передачи, профилей пациентов и доступных вмешательств. Необъяснимые вспышки респираторных инфекций, в том числе недавняя вспышка болезни COVID-19, ранее называемая новым коронавирусом 2019 года (2019nCoV), начались с группы случаев пневмонии в Ухани. Новый тип коронавируса, который теперь называется SARS-CoV-2, теперь выделяют у инфицированных пациентов с начала января 2020 года.

Новизна возбудителя
Через пять дней после того, как вирус был выделен, ученые из Ухани опубликовали полную последовательность генома SARSCoV-2. Эта общедоступная информация помогает международному сообществу участвовать в разработке инструментов, позволяющих остановить прогрессирование вспышки заболевания - от диагностических инструментов до предварительной разработки вакцин. Благодаря этим усилиям, то, на что потребовалось почти шесть месяцев при  вспышке атипичной пневмонии, завершено всего за несколько недель для COVID-19.

По анализу генома SARS-CoV-2 распознается как сестра коронавирусов с тяжелым острым респираторным синдромом (SARS-CoV) и относится к роду Betacoronavirus, подрод Sarbecovirus, вида тяжелого острого респираторного синдрома, связанного с коронавирусом. Родство SARS-CoV-2 с MERS-CoV (2012, бета-коронавирус, подрод Merbecovirus) и SARS-CoV (2002, бета-коронавирус, подрод Sarbecovirus) очень помогает в развитии диагностики и терапии.

Организация генома

Рисунок 1. Геном (организация SARS-CoV-2, 29,7 кб), источник изображения: GISAID Геномная эпидемиология SARS-CoV-2

Как и другие коронавирусы, РНК-ген с положительной цепью SARS-COV-2 состоит из открытых рамок считывания (ORF), соответствующих предсказанным белкам, необходимым для патогенности вирусов, включая полимеразу 1a, 1b (РНК-зависимая РНК-полимераза, RdRP), поверхностные белки - белок шипа (S), белок мелкой мембраны (E), белок мембраны (M), нуклеокапсид (N) и другие вспомогательные белки, необходимые вирусу для заражения клеток.

В связи с постоянным добавлением полноразмерных последовательностей генома, публикуемых в сети, образцы показывают различия и некоторые мутации от общего предка, которые могли возникнуть в период с ноября по декабрь 2019 года. Устойчивая передача от человека человеку позволяет продолжать мутацию вируса; это также наблюдается для РНК-вирусов. Несмотря на это, разнообразие наблюдается только в избранных областях генома, включая ORF1a, ORF3a и ORF8. Это позволяет разрабатывать основанные на ПЦР праймеры и зонды против консервативных областей генома.

Разработка диагностических наборов

Благодаря быстрой публикации полной последовательности генома, научно-исследовательские лаборатории, а также диагностическая отрасль вскоре приступили к срочной разработке диагностических наборов для подтверждения COVID-19.

Наборы для ПЦР в реальном времени были разработаны на основе дифференциации областей (связанных с коронавирусами) в геноме SARS-CoV-2. Первая статья (Zhu et al.), описывающая вирус, использовала ген S для анализа. Ученые из Агентства по науке, технологиям и исследованиям (A * Star) также разработали предварительно упакованный диагностический набор (одобренный Управлением по здравоохранению) для коронавируса, который был распространен в местных больницах и лабораториях, а затем 10 000 единиц были отправлены в Китай.

ВОЗ распространила наборы, разработанные Дростеном и его командой, которые основали наборы праймеров и зонды для ПЦР в реальном времени на 3 генах, причем ген RdRP использовали для дифференциации SARS-CoV в SARS-CoV-2.

Идентификация Pan-CoV также включена в некоторые разработанные наборы для облегчения классификации коронавирусов, а также для выявления возможных мутаций вируса. В связи с этим разрабатываются несколько вариантов, в том числе возможность мультиплексирования для выявления присутствия бета-коронавируса и дифференциации различных штаммов коронавируса.

Решения для диагностики и исследований

Рабочий процесс ПЦР для диагностики SARS-CoV-2 обычно включает экстракцию РНК, подготовку мастермикса и амплификацию. Диагностика SARS-CoV-2 должна проводиться в лаборатории 2 уровня биобезопасности (BSL-2) в соответствии с руководящими принципами, установленными Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC). Компания Esco предлагает широкий ассортимент качественной продукции для лабораторий, занимающихся диагностикой SARS-CoV-2.

Рисунок 2. Продукты Esco для ПЦР

Оборудование Esco для ПЦР гарантирует медицинским работникам и исследователям точные результаты ПЦР, меньшее перекрестное загрязнение и защиту от вреда.

Усилия мирового сообщества по предотвращению распространения вспышки включают разработку быстрых диагностических наборов и расширение диагностических возможностей (предоставление тестовых наборов и обучение технических специалистов для проведения ПЦР). Необходимы более короткие сроки выполнения работ, так как методы проверки в некоторых аэропортах включают в себя тестирование аэропортов с высоким уровнем риска - с недавней историей поездок в Китай.

Мы вносим свой вклад в усилия международного сообщества, предоставляя оборудование, позволяющее использовать новейшие технологии для предотвращения дальнейшего распространения COVID-19. Мы обеспечиваем наличие запасов - так как у болезни нет перерывов, и у нас тоже!

Источники:

1. Gorbalenya, A. et al. Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus – The species and its viruses, a statement of the Coronavirus Study Group. bioRxiv https://doi.org/10.1101/2020.02.07.937862 (2020).
2. European Center for Disease Prevention and Control (2020). Factsheet for health professionals on Coronaviruses. Last accessed 20 February 2020. Retrieved from https://www.ecdc.europa.eu/en/factsheet-health-professionals-coronaviruses
3. Sheridan. Coronavirus and the race to distribute reliable diagnostics. Nature Biotechnology. doi: 10.1038/d41587-020-00002-2 (2020).
4. World Health Organization (2020). Novel Coronavirus - China. Last accessed 20 February 2020. Retrived from https://www.who.int/csr/don/12-january-2020-novel-coronavirus-china/en/
5. The Strait Times (2020). Coronavirus: Made-in-Singapore diagnostics test rolled out at some hospitals here. Last accessed 25 February 2020. Retrieved from https://www.straitstimes.com/singapore/health/coronavirus-made-in-singapore-diagnostics-testimplemented-at-hospitals-here
6. World Health Organization (2020). Novel Coronavirus - China. Last accessed 20 February 2020. Retrieved from https://www.who.int/csr/don/12-january-2020-novel-coronavirus-china/en/
7. Zhou, P. et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature https:// doi.org/10.1038/s41586-020-2012-7 (2020).