Навіщо вивчати вірусні зміни

Учені нарахували 22 мутації «британського» штаму коронавірусу. Днями «південноафриканський» штам виявили у Польщі. Крім цих двох штамів, вчені зараховують до нових і більш заразних ще й «бразильський». Які саме із цієї когорти штамів (і не тільки) є в Україні? Точно вам ніхто не скаже, бо за мутаціями коронавірусу майже на фіналі року пандемії у нас ніхто не стежить. Лише у середині січня ми відправили зразки для виявлення нового штаму коронавірусу в одну з лабораторій ВООЗ у Німеччині.

Як заявляв нещодавно голова парламентського медичного комітету Михайло Радуцький, Україна досі не отримала інформацію з лабораторії, чи розповсюдились на нашу країну нові штами коронавірусної хвороби. «Власної лабораторії, яка б проводила секвенування (виявлення нових штамів), у нас немає. У той же час ситуація з поширенням «британського» та «південноафриканського» штамів вірусу вкрай напружена. Ми бачимо, що в ЄС зачиняють кордони, продовжують жорсткий карантин, щоб подолати спалахи мутацій вірусу. Особливо турбує те, що ефективність вакцинування пацієнтів з мутаціями вірусу нижча, ніж громадян з більш традиційними штамами СOVID-19», — зазначав Радуцький.

Він правий у тому, що у нас не існує лабораторії, котра б стежила за мутаціями коронавірусу, але це не означає, що в Україні нема такої можливості взагалі. Так, Інститут молекулярної біології і генетики неодноразово робив публічні заяви, що готовий досліджувати мутації коронавірусу. В ІМБГ кажуть, що на базі закладу є можливість проводити моніторинг та аналіз мутацій коронавірусу методом секвенування нового покоління.

«Від весни 2020 року науковці нашого інституту провели біоінформативний аналіз десятків штамів коронавірусу, виявлених в інших країнах, послуговуючись відкритими даними в наукових базах. Жоден з дотеперішніх штамів коронавірусу, геноми яких було анотовано у відкритих наукових базах даних, не показував такої високої зміни проникності та імунологічних властивостей. Простіше кажучи, виявлений у Великій Британії штам може означати, що коронавірус зазнає більш загрозливих для людства мутацій, ніж дотепер», — пояснював директор Інституту молекулярної біології і генетики академік Михайло Тукало, таким чином наголошуючи, що стежити за змінами вірусу — це нагальна потреба сьогодення.

«Віруси постійно мутують, і «британець» — далеко не останній у довгій низці змін коронавірусу. З огляду на це Україні вкрай необхідно налагодити постійний моніторинг та аналіз мутацій коронавірусу», — додають в одній із заяв Інституту молекулярної біології та генетики. Це можна розцінювати як заклик до усіх зацікавлених сторін — МОЗ, парламентського комітету, Центру Громадського здоров’я — починати діалог та пошук рішень.

До речі, ні Михайло Радуцький, ні інші чиновники не зверталися до установи з пропозицією співпраці. По суті, все, що треба Інституту для початку моніторингу та аналізу мутації коронавірусу, — це зразки та кошти. Ні те, ні інше заклад не може роздобути без державної підтримки та здолання деяких бюрократичних перепон. Як зрушити камінь з місця і запустити в Україні моніторинг за мутаціями коронавірусу, детальніше про це «День» розпитав кандидата біологічних наук Інституту молекулярної біології і генетики Наталію ГРИЩЕНКО.

«ЧИМ БІЛЬШЕ ДОСЛІДЖЕНЬ, ТИМ ДЕШЕВШИЙ ОДИН АНАЛІЗ МУТАЦІЙ»

— Скільки може коштувати проведення аналізу мутації коронавірсу і чи є в Інституту така фінансова можливість (якщо ні, то які існують варіанти отримання коштів, аби запустити таку програму моніторингу та аналізу)?

— Існують різні варіанти аналізу мутацій: перший — аналіз вже відомих мутацій (знайдених раніше в різних групах хворих), особливо тих, які мають якесь клінічне чи епідеміологічне значення — впливають на перебіг хвороби, потребують специфічного лікування, мають більшу чи меншу контагіозність (заразність), впливають на ефективність вакцинації і т. ін. Другий — пошук невідомих (нових або поширених лише в певних групах населення) мутацій, дослідження їхнього клінічного значення. Такий аналіз дозволить ідентифікувати саме ті мутації, які притаманні нашим хворим, можливо, виявити «український» штам...

У першому випадку — це використання певної тест-системи, яка здатна виявляти визначений перелік відомих мутацій, наприклад, розрізняти «британський» чи «бразильський» штами. Такий аналіз коштує як будь-який ПЛР-тест на коронавірус. При цьому аналізується лише певна ділянка РНК вірусу, яка може містити досліджувану мутацію (200-500 нуклеотидів). Ціна залежить від вартості тест-системи, яка застосовується. Ми вже наголошували, що ІМБГ може і створює такі діагностичні набори для коронавірусу, в т.ч. ці тест-системи можуть бути швидко модифіковані для тестування нових мутованих штамів вірусу.

ФОТО НАДАНО ІНСТИТУТОМ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ І ГЕНЕТИКИ

Пошук нових мутацій відбувається шляхом секвенування («зчитування») всієї нуклеотидної послідовності РНК вірусу, тобто усіх майже 30 тисяч нуклеотидів. Звісно, цей аналіз більш коштовний та потребує спеціального обладнання — секвенаторів. Але такий аналіз потрібно робити не усім хворим на ковід, а лише невеликій їхній частині. Це називається рандомізована вибірка пацієнтів. Зразки для аналізу відбираються певним чином, щоб забезпечити рандомізацію (рівнозначну випадковість представлення кожного пацієнта). Це схоже на екзит-пол на виборах, коли опитують декілька відсотків виборців, щоб спрогнозувати результати виборів у цілому. Так само на правильно підібраній вибірці пацієнтів можна дослідити спектр та частоту різних штамів вірусу у наших хворих. Ціна аналізу залежить від кількості досліджень, чим більше їх, тим дешевший один аналіз. При дослідженні 300 зразків вартість одного секвенсу буде в межах 300 доларів США.

«ПОТРІБНА МІЖГАЛУЗЕВА ДЕРЖАВНА ПРОГРАМА, ЯКА ЗАБЕЗПЕЧИТЬ ПОСТІЙНИЙ МОНІТОРИНГ»

— Якщо моніторинг та аналіз мутацій коронавірусу — це системна робота, на чому наполягає і ІМБГ, і парламентський медичний комітет, то штами вірусів має надавати Центр громадського здоров’я? Чи є така згода Центру та готовність до співпраці з Інститутом? 

— І тому ІМБГ у складі НАН України не має доступу до біологічного матеріалу пацієнтів, географічного походження та даних про перебіг захворювання пацієнтів. Тому і потрібна міжгалузева державна програма, вона повинна забезпечити не одноразовий, а періодичний постійний моніторинг мутацій коронавірусу, швидкості та географії поширеності різних його штамів. На проблемі налагодження співпраці різних міністерств та відомств вже неодноразово наголошувалось (раніше в ІМБГ повідомляли, що проблема не так у складності технології, як в організації процесу, адже для вивчення мутацій потрібні різнопрофільні спеціалісти, які розосереджені по різних інстанціях, міністерствах та академіях).

— Під час форуму «Україна 30», який ініціював Президент Володимир Зеленський, міжнародні партнери підтвердили, що Україна отримає обладнання та реагенти для лабораторії в межах співпраці ЦГЗ та американської CDC — чи відомо інституту щось про такі ініціативи? Хто ще, крім ІМБГ, може запустити на власній базі моніторинг та аналіз мутацій коронавірусу?

— Що стосується ініціативи про співпрацю ЦГЗ та американської CDC, то ми про це дізналися від журналістів. На друге питання можемо лише відповісти про можливості ІМБГ, оскільки важко оцінювати потенціал та можливості інших організацій. Наш інститут має дуже потужний науковий потенціал — вчених молекулярних генетиків, популяційних генетиків, спеціалістів з біоінформатики, потужних молекулярних біологів. Також ми маємо технічні можливості (обладнання) стати базою для створення генетичного центру з моніторингу та біобезпеки. Проте без співпраці з іншими організаціями, як ми вже говорили, це не є можливим.

«МУТАЦІЇ МОЖУТЬ БУТИ БЕЗПЕЧНИМИ І — НАВПАКИ»

— Україна — чи не єдина в Європі, хто не стежить за мутаціями коронавірусу, разом з тим маємо нові спалахи у західних областях. Як наявність даних про мутації вірусу допомогла б у плануванні протиепідемічних заходів та упередженню спалахів?

— Мутації — це результат випадкових подій. Вони трапляються через помилки при реплікації (відтворенні) вірусу. При цьому вірус використовує для власного розмноження організм хазяїна. Отже, справність роботи системи реплікації та корекції помилок залежить від організму людини. Відомо, що різні віруси мають різну швидкість мутаційного процесу. Цей вірус мутує не екстремально швидко, але досить швидко. На сьогодні відомі вже тисячі мутацій вірусу, але вони в рівній мірі можуть призводити як до появи більш агресивного вірулентного штаму, так і до появи ослаблених варіантів. Розповсюдження нових штамів відбувається згідно з еволюційним процесом. Отже, в різних популяціях, особливо, якщо ці популяції є певними ізолятами, або навпаки в них спостерігається значна міграція — може відбуватися поширення певних відмінних від інших штамів вірусу. Саме це є основною причиною відмінностей у швидкості розповсюдження епідемії в певних популяціях, важкості перебігу захворювання, ефективності терапії та вакцинації.

— Чи безпечні-небезпечні мутації коронавірусу загалом для людства і чому за цими змінами треба вести ретельні спостереження, як це робить більшість країн?

— Як я вже зазначила, мутації — це дуже випадковий процес. Вони можуть бути і безпечними і — навпаки. Як цей коронавірус сформував епідемію? Певні мутації призвели до того, що він став заразним для людини. Це серйозна мутація. А наразі вже відомо близько 10 тисяч різних мутацій, але не всі, лише кілька, показують, що вірус став більш заразним.

Ми багато чого не знаємо про взаємодію саме цього вірусу з організмом людини. Крім того, що вірус генетично різний, та й люди генетично різні. Деякі віруси можуть бути більш небезпечними для одних людей і при цьому менш небезпечними для інших. Також ситуація у країні змінюється дуже швидко. Під час зимових обмежень люди все одно мігрували країною, деякі області «пішли» на карантин, імовірно, там будуть розповсюджуватися свої мутовані віруси, тобто будь-яка зміна ситуації призводить до наступних змін у ланцюгу подій. Навіть те, що ЦГЗ передав певну кількість зразків на аналіз мутацій за кордон, не вирішить проблему, бо передавати кудись зразки і чекати результату — це довго, а результат, отриманий через кілька місяців, не буде відображати актуальну ситуацію

Ми повинні моніторити саме ситуацію в Україні. Наша країна одна з найбільших в Європі, при цьому ми маємо одразу декілька географічних та соціальних ізолятів — схід країни, південні регіони, Закарпаття, Прикарпаття та ін. У кожному з цих ізолятів можуть поширюватись різні штами вірусу. Саме тому постійний генетичний моніторинг є необхідним.

Ми багато чого не знаємо про взаємодію саме цього вірусу з організмом людини. Крім того, що вірус генетично різний, та й люди генетично різні. Деякі віруси можуть бути більш небезпечними для одних людей і при цьому менш небезпечними для інших. Також ситуація у країні змінюється дуже швидко. Під час зимових обмежень люди все одно мігрували країною, деякі області «пішли» на карантин, імовірно, там будуть розповсюджуватися свої мутовані віруси, тобто будь-яка зміна ситуації призводить до наступних змін у ланцюгу подій. Навіть те, що ЦГЗ передав певну кількість зразків на аналіз мутацій за кордон, не вирішить проблему, бо передавати кудись зразки і чекати результату — це довго, а результат, отриманий через кілька місяців, не буде відображати актуальну ситуацію.

ПРО ЗВ’ЯЗОК ВАКЦИН ТА НОВИХ ШТАМІВ

— Уявімо, в Україні процес вивчення мутації вірусу запущено, як би виглядав процес доставки зразків до Інституту?

— Аналіз послідовності РНК має два основних етапи. Перший — це взяття матеріалу від пацієнта, це звичайна процедура зараз. Цей матеріал є заразним. Його збирають у лабораторіях медичні працівники, які мають спеціальний захист, і все, щоб цей матеріал зберегти. Після цього із матеріалу виділяють РНК вірусу, після чого він перестає бути заразним. З таким матеріалом можна працювати і не в спеціалізованій медичній установі. Але РНК — це молекула, яка є досить нестабільною, тобто її треба транспортувати у холоді, у рідкому азоті, щоб вона не розпалася. А далі з цією РНК, щоб проаналізувати послідовність, робиться так звана конвертація у ДНК. РНК переводиться у більш стабільну форму, зручну для аналізу. Ця ДНК вже не потребує спеціального холодового режиму. Коли ми розмовляли про процес передачі матеріалу із Центром громадського здоров’я, зазначали, що найбільш простим способом є отримання ось цієї кДНК вірусу. Поперше, вона може довго зберігатися. Наприклад, ЦГЗ зібрав зразки, перевів їх з РНК у кДНК і зберігає у себе до того моменту, як повинні передати нам. Наш Інститут постійно працює з ДНК, тому додаткових дозволів на такі дослідження не потрібно. Єдине, що Центр громадського здоров’я поскаржився на велике навантаження і брак часу.

— В одній із заяв ІМБГ ішлося, що науковці можуть проводити як секвенування коронавірусу, так і повний біоінформативний аналіз отриманих результатів — що це означає?

— Секвенування відбувається автоматично, є, звісно, певна робота, яка виконується вручну, але сам процес «зчитування» робить прилад. Після цього ми отримуємо інформацію, яку треба проаналізувати, за допомогою комп’ютерних програм порівняти послідовність нових вірусів чи не нових, тобто порівняти їх з тими, які відомі, які є у відкритих базах даних. Це робота скоріше наукова, ніж проста практична. Приміром, лікарі зустрілися з уже відомим штамом, їм надсилають результат, що це «британський» чи «бразильський» штам. Мабуть, вони будуть знати, що робити, оскільки з цими штамами вже стикалися в інших країнах, а якщо це буде новий штам? Тобто тут потрібен досвід якраз порівняльного біоінформативного аналізу. У нашому інституті вже дуже давно працюють програми комп’ютерної обробки біомедичних даних, багато науковців працює з порівняннями біомедичних даних, моделюванням білків з новими мутаціями.

— Чи означає кожна нова мутація коронавірусу, що слід розробляти нову вакцину проти нього? Чи удосконалювати?

— Як уже згадувалося, у складі цього типу коронавірусу є 30 тисяч нуклеотидів, кожен з яких може змінитися на інший, або ж певна ділянка може випасти. Але не кожен нуклеотид має однакове значення. Є декілька  генів, які кодують «шипи», тобто це те, завдяки чому прикріплюється вірус до клітин хазяїна. Якщо мутація відбувається у важливих ділянках, це може впливати і на зараження людини, і на вироблення імунітету. Вакцини ж розроблені на підставі даних про ті віруси, які були раніше. Але якщо ця мутація відбувається в іншій ділянці, то треба дослідити її функціональне значення, щоб відповісти на питання, чи треба змінювати вакцину, чи буде вона ефективною. Тобто не всі мутації однакові.