С тех пор, как 11 января была опубликована первая полная последовательность генома нового коронавируса SARS-CoV-2, ученые просеквенировали около 32 000 вирусных геномов со всего мира и обменялись этими данными друг с другом. Такой огромный объем данных позволил исследователям проследить происхождение вспышек COVID-19 в своих странах и точно определить, когда происходила передача в тех или иных районах.
Теперь страны, которые успешно подавили эпидемию, вступают в следующую фазу пандемии COVID-19, которая грозит появлением новых случаев из-за послаблений в социальных ограничениях. Ученые утверждают, что геномика будет иметь решающее значение для быстрого отслеживания и контроля этих вспышек. Исследования уже показывают, что вспышки, как правило, оказываются короче и слабее при использовании геномики для отслеживания контактов.
«Когда таких случаев немного, геномика может очень быстро показать, с чем мы имеем дело, и, следовательно, направлять наши действия так, чтобы они были точными», - говорит Гитис Дудас (Gytis Dudas), консультант по биоинформатике в Гетеборгском Глобальном Центре Биоразнообразия (Gothenburg Global Biodiversity Centre) в Швеции.
В некоторых странах перспективы для такой работы особенно радужные, поскольку они инвестировали в секвенирование генома в самом начале пандемии и имеют относительно небольшое количество случаев. Исследователи в Новой Зеландии и, по крайней мере, в одном штате в Австралии решили, что они попытаются просеквенировать большинство геномов коронавируса в своей стране или штате.
Когда SARS-CoV-2 распространился по всему миру, начали формироваться различные линии, поскольку вирусы, циркулирующие в разных регионах, постепенно эволюционировали. Сравнивая эти последовательности, исследователи могут быстро исключить возможные линии передачи, если они не совпадают, и связать вместе случаи, которые совпадают.
Ученые в Соединенном Королевстве, Соединенных Штатах и других странах также активно секвенируют геномы SARS-CoV-2, но поскольку эпидемии в этих странах все еще продолжаются, а количество случаев остается высоким, геномика используется для мониторинга распространения и помогает определить источник некоторых случаев, когда отследить контакты не удается. Но для успеха таких мер необходима широкая выборка, и поэтому в тех местах, где диагностическое тестирование ограничено, есть пробелы в геномных данных.
Без промедлений
Ещё до того, как первый зарегистрированный случай заболевания был завезен в Австралию из Ухани 19 января, ученые в лаборатории в Мельбурне, которая занимается исследованием вспышек болезней пищевого происхождения, начали готовиться к секвенированию геномов SARS-CoV-2 в штате Виктория.
«Мы решили просеквенировать все положительные случаи», - говорит Торстен Симанн (Torsten Seemann), биоинформатик из Лаборатории общественного здравоохранения микробиологической диагностики при Институте инфекции и иммунитета им. Питера Доэрти в Мельбурне (Microbiological Diagnostic Unit Public Health Laboratory based at the Peter Doherty Institute for Infection and Immunity in Melbourne).
К данному моменту команда Симанна просеквенировала три четверти из примерно 1700 случаев в штате, что можно считать самым полным в мире охватом секвенирования для вспышки инфекционного заболевания. Для сравнения, исследователи, работавшие над эпидемией Эболы в Западной Африке в 2014–16 годах, определили последовательность 5% (1610 образцов) всех случаев за 3 года.
Полученные данные помогли установить истинный источник заражения для медицинского работника, показав, что он заразился вирусом на неофициальной встрече, а не от пациента в больнице. «Без геномики с помощью одного лишь опроса вы никогда не смогли бы сказать, как произошло заражение», - говорит Симанн. Эта информация предотвратила необходимость расследования возможной вспышки болезни в больнице, поясняет ученый.
Границы вновь открываются
Команда Симанна готовится использовать геномные данные, чтобы помочь определить вероятное происхождение новых случаев, которые возникают из-за ослабления ограничений на социальные контакты в Виктории. Представители общественного здравоохранения смогут принимать решения по борьбе со вспышками гораздо быстрее, чем это было возможно в первые несколько недель пандемии, когда было меньше просеквенированных геномов для сравнения, говорит он.
Геномные данные будут особенно важны, когда возобновятся региональные поездки. Границы всех штатов в Австралии были закрыты с марта, но ожидаются новые случаи, когда они вновь откроются. Исследователи утверждают, что за последние два месяца вирусные геномы мутировали настолько, что стало возможным определить, пришли ли они из-за пределов штата. «Как только мы получаем последовательность, мы можем определить, перешла ли она через границу или нет», - говорит Симанн.
Ученые в Новой Зеландии к настоящему моменту просеквенировали 25% из 1154 зарегистрированных случаев заболевания в стране. Они нацелены на секвенирование более чем 70%, чтобы получить настолько полную картину, насколько это возможно, утверждает Джоэп де Лигт (Joep de Ligt), ведущий биоинформатик в Институте экологических наук и исследований близ Веллингтона (Institute of Environmental Science and Research), проводящий секвенирование случаев заболевания в стране. С каждой добавленной последовательностью ученые, скорее всего, смогут все точнее определять, откуда пришел новый случай.
Но данные о последовательностях уже оказываются полезными для реагирования на вспышки, говорит он. Геномные данные позволили выявить связь между случаями, которая была пропущена при традиционной регистрации контактов, и распутали два кластера, которые считались одним.
Локальное распространение
В Великобритании, где зарегистрировано гораздо больше случаев заболевания, в марте был создан британский консорциум COVID-19 Genomics, в состав которого входят исследовательские центры и университетские лаборатории. До сих пор там было просеквенировано 20 000 вирусных геномов, что составляет почти 10% лабораторно подтвержденных случаев в стране, говорит Ник Ломан (Nick Loman), биоинформатик из Университета Бирмингема (University of Birmingham), который является частью консорциума. Он был одним из тех, кто впервые применил инструменты быстрого геномного наблюдения во время вспышки вируса Эболы, которые сейчас используются во время пандемии COVID-19.
По словам Ломана, их команда не ставит такой цели, как Новая Зеландия, отчасти потому, что в Соединенном Королевстве зарегистрировано очень заболевших - по состоянию на 27 мая число подтвержденных случаев достигло 265 000. Вместо этого они стремятся создать репрезентативную выборку последовательностей со всей территории Соединенного Королевства, которая позволит провести эпидемиологические исследования.
Остается незамеченным
Но использование геномики как способа реакции на вспышку инфекции имеет свои ограничения, говорит де Лигт. Люди, зараженные SARS-CoV-2, но без симптомов заболевания, вряд ли пройдут тестирование, говорит он. «Существует реальный риск, что что-то останется незамеченным».
По словам Ломана, геномное наблюдение также опирается на широко распространенное диагностическое тестирование для выявления последовательностей. Великобритания была переполнена новыми случаями и медленно наращивала диагностическое тестирование. «Всегда есть вероятность, что вы не проанализировали часть случаев», - говорит он.
Ломан отмечает, что глобальное геномное наблюдение будет иметь важное значение, когда возобновятся международные поездки.
Однако использование геномного анализа для отслеживания контактов в основном ограничено странами с высоким уровнем дохода, говорит Меру Шил (Meru Sheel), эпидемиолог из Австралийского национального университета в Канберре (Australian National University in Canberra). Ей бы хотелось, чтобы геномика рассматривалась в качестве инструмента для реагирования на вспышки в Азиатско-Тихоокеанском регионе и в странах с ограниченными ресурсами, как это было в Демократической Республике Конго, Сьерра-Леоне и Гвинее во время вспышки Эболы.
Источник перевода: www.nature.com
Научный редактор: Ольга Хрущова
