13 апреля 2021

«Интересных штаммов будет всё больше и больше». Как в НИИ Пастера ищут изменения в структуре коронавируса — и как SARS-CoV-2 мутирует в Петербурге

С начала 2021 года в НИИ Пастера ищут случаи заражения новыми штаммами коронавируса. За почти три месяца в Петербурге официально не выявили ни одного. При этом специалисты уверены: штаммы уже циркулируют в популяции, а в будущем их будет больше.

«Бумага» поговорила с руководительницей проекта секвенирования генома SARC-CoV-2 Анной Гладких и сотрудницей института Елизаветой Рогачевой о том, как и из-за чего мутирует вирус, почему за долгое время удалось расшифровать не более 200 геномов и как за время пандемии менялись штаммы, распространившиеся на Северо-Западе.

Анна Гладких

руководитель проекта секвенирования генома коронавируса в НИИ Пастера, старший научный сотрудник группы молекулярной генетики патогенных микроорганизмов отдела эпидемиологии

Как мутирует коронавирус и почему до недавнего времени не было слышно о различных штаммах

— Почему вообще появляются новые штаммы?

— Коронавирус [SARC-CoV-2] — это одноцепочечный РНК-вирус. Попадая в клетку, он многократно умножается, чтобы распространиться. У коронавируса нет системы репарации, то есть системы для исправления ошибок в своей собственной нуклеиновой кислоте. В результате многократного умножения происходят изменения последовательности РНК. Они и являются мутациями.

— Как понимаю, таких мутаций достаточно много, но не все они влияют на свойство вируса?

— Да. То, что мы часто слышим о британском, южноафриканском, бразильском, нигерийском штаммах, — это результат их известности. Они считаются наиболее эпидемически опасными, поэтому о них и говорят.

На самом деле других штаммов коронавируса в природе очень много. Но не все они делают вирус более агрессивным или влияют на его распространение. Поэтому об этих штаммах и не говорят.

— Почему одни штаммы влияют на биологию вируса, а другие — нет?

— Нужно сказать, что геном вируса состоит из нескольких генов, кодирующих белки, и некодирующих областей. Если мутация происходит в некодирующей области, то она не влияет на какой-либо белок. Есть ряд мутаций, которые не приводят к изменению кодируемой аминокислоты (так называемые silent mutation), — соответственно, они никак не влияют на производимый ею белок.

Сейчас больше говорят о тех мутациях, которые каким-то образом изменяют характер связи с рецептором клетки человека. Если сродство к рецептору усиливается, то эти штаммы и считают более агрессивными.

— Возможно ли проследить примерную хронологию мутации коронавируса в мире? Почему до конца 2020-го почти ничего не было слышно об этих штаммах?

— Первый штамм коронавируса возник в китайском Ухане в конце 2019 года, именно он стал распространяться по всему миру. При этом уже тогда он начал меняться. Штаммы, которые затем выявлялись в Европе, уже имели точечные мутации. Когда штаммы попали в Россию, они уже были не идентичны первому штамму из Уханя.

Британский вариант выявили в сентябре 2020 года. Сначала о нем накапливалась информация, параллельно он получал распространение в Британии. Британский штамм — один из вариантов коронавируса, в котором сразу возникло очень много мутаций, по сравнению с другими распространенными на тот момент штаммами.

— Корректно ли говорить, что лишь в конце 2020 года появились такие массовые мутации, влияющие на свойства вируса?

— Думаю, к этому времени просто накопилась статистика по секвенированию. Ученые по всему миру стали массово получать эти последовательности и анализировать их.

Почему в Петербурге скорее всего есть британские и южноафриканские штаммы коронавируса, хотя их не находили

Примечание: НИИ Пастера исследует коронавирус на территории Северо-Западного региона. Ученым поступают образцы из 11 субъектов РФ, в том числе Петербурга.

— На Северо-Западе выявляли британские, южноафриканские, бразильские штаммы коронавируса?

— Британских и южноафриканских у нас не выявлено. Пока мы можем сказать, что штаммы Северо-Западного региона неоднородны, есть определенная вариабельность их геномов.

— Как вы думаете, почему так? Это отражает реальную ситуацию?

— Думаю, что на данный момент выявлены не все штаммы, которые реально циркулируют на территории. У нас нет таких мощностей, чтобы стопроцентно секвенировать штаммы от всех пациентов, заболевших коронавирусной инфекцией.

Я полагаю, что интересных штаммов со временем будет выявляться всё больше и больше. Пока нельзя сказать, насколько они распространены, сколько процентов они составляют в структуре заболеваемости. Прошло слишком мало времени.

— А о чем говорит то, что в России выявлено всего несколько десятков британских штаммов из тысяч проанализированных образцов?

— Я не могу делать заявления о том, какова доля британского штамма в общем числе выявленных случаев заболевания коронавируса в России и как они будут распространяться в дальнейшем.

Но то, что их больше, чем выявлено, — это понятно. Потому что охват секвенирования — выборочный. Дальше — больше. Будут ли они дальше распространяться в геометрической или линейной прогрессии — не знаю.

— Как вы думаете, эти штаммы уже присутствуют, например, в Петербурге, хотя их не выявили?

— Вероятно, да. Если они выявлены в других регионах (например, в Москве), то рано или поздно они появятся и у нас в Петербурге, потому что население у нас мобильное: люди путешествуют, ездят в другие страны.

— Известно, изменился ли штамм, который был наиболее распространен на Северо-Западе в начале пандемии?

— Когда первый штамм был выявлен, секвенирование еще масштабно не проводилось. То, что он изменился, — однозначно. Постоянно происходят какие-то мутации.

— Можно сказать, какой сейчас штамм наиболее распространен по Северо-Западу?

— Штаммов много. Точечные мутации возникают. Сказать, что один штамм превалирует, я не могу: это требует дополнительных исследований.

Фото: Евгений Курсков

Как происходит расшифровка геномов коронавируса и в чем сложность этого процесса

— Зачем вообще нужно секвенирование ковидных штаммов?

— Секвенирование — расшифровка последовательностей либо части генома, либо полного генома. Оно предоставляет кладезь информации: мы можем узнавать, как устроен геном, сравнивать его с имеющимся геномом, изучать структуру генов, а соответственно, и белков. И, в частности, искать какие-то уникальные генетические события, характерные именно для новых штаммов. На основании расшифрованных последовательностей можно проследить родство штамма, был ли он завезен или он местный.

Я перечислила только некоторые аспекты. На самом деле данные полного генома можно использовать для множества других анализов.

— Какое практическое применение у секвенирования? Могут ли полученные знания помогать эпидемиологам, медикам?

— То, что мы сейчас проводим в НИИ Пастера (как одном из учреждений Роспотребнадзора), — и есть практическое применение. Нам, как и ряду других институтов, было поручено секвенировать и искать известные, считающиеся более опасными штаммы коронавируса.

По факту, мы проводим мониторинг: есть ли в Северо-Западном регионе штаммы британского, южноафриканского и бразильского типов. Конечно, если мы выявим эти штаммы, это поможет медикам и эпидемиологам — они смогут точнее прогнозировать, как будет распространяться вирус, представлять развитие эпидемии и степень вариабельность вируса. Секвенирование также дает понимание биологии вируса, его изменчивости, хода его эволюции.

Мы [в НИИ Пастера] занимаемся этим с начала 2021 года, когда был издан приказ Роспотребнадзора по осуществлению непрерывного мониторинга штаммов SARS-Cov-2 методами секвенирования. Согласно нему мы и проводим нашу работу. В НИИ Пастера мы имеем возможность осуществляем два вида секвенирования: фрагментное (участков генома) и полногеномное. Для этого мы применяем две разные технологии и два разных прибора.

— Давайте проговорим: ваша задача — из 30 тысяч нуклеотидов генома коронавируса найти несколько — один-два знака, — которые отличаются от исходного варианта? Это и есть расшифровка штамма?

— В целом вы правы, но порой их не один-два, а гораздо больше. Геном коронавируса состоит из чуть менее 30 тысяч нуклеотидов. Для британского, южноафриканского, бразильского вариантов известен ряд замен либо делеций (то есть выпадения нуклеотидов) по отношению к референсному штамму. Их мы и ищем в геноме. Нахождение этих замен или делеций говорит о том, что этот штамм принадлежит к тому или иному варианту.

Секвенирование — это сложный, многостадийный процесс, который требует соответствующей квалификации. Нужно внимательно относиться к получаемым данным, чтобы не дать ложноположительных или ложноотрицательных результатов. Мы не можем расходовать реактивы зря, делая ошибки и набивая шишки. То есть каждый запуск должен быть эффективным.

Полногеномным секвенированием по всему миру — в том числе и в России — занимаются только специалисты высокого уровня, владеющие современными методами молекулярной биологии и хорошо понимающие этот процесс.

Процесс это долгий. Подготовка «библиотек» (фрагментов нуклеиновой кислоты для секвенирования генома), например, занимает несколько дней. Есть протокол, по которому мы работаем: он включает много этапов, много различного оборудования (помимо самого секвенатора). Время полногеномного секвенирования зависит от степени сохранности клинического материала, который к нам поступает. Если он сильно деградирован или из него по какой-то причине сложно амплифицировать геном, то это требует больше времени, чем если материал свежий или хорошей сохранности. То есть время и сложность дополнительных манипуляций варьируется в зависимости от качества материала, и нам приходится варьировать методику практически в каждом случае.

Почему в России расшифровывают меньше геномов коронавируса, чем в Европе

— По последним данным, в России с начала 2021 года расшифровано 9 тысяч геномов коронавируса, из них выявили несколько десятков случаев британского штамма и единицы южноафриканского. Кажется, что это не очень большие цифры.

— Я считаю, что это серьезные цифры. И это то, что опубликовано — а что находится в работе, мы не знаем. Базы постоянно пополняются. Ведь чтобы выявить один британский вариант, нужно обработать сотни образцов.

Расшифровка 9 тысяч геномов — большая работа еще и потому, что, по сравнению с той же Великобританией, наши мощности сиквенсных центров намного меньше. И эти мощности, и количество задействованных специалистов несопоставимы. Так что те цифры по секвенированию, которые мы сейчас имеем — это хороший результат. Будем стремиться к большему.

— Ученые из Дании вообще расшифровывают код вирусов в половине выявленных случаев заражения. Это значит, что в России не хватает мощностей?

— Мне сложно оценить, насколько их не хватает. Могу сказать, что у нас мощности другого порядка, нежели в институтах Европы.

Когда у нас такие задачи возникли, наши мощности — по-возможности — стали очень быстро наращиваться. Мы в институте Пастера делаем всё, что можем.

— Какие мощности в НИИ Пастера? Они отличаются от центров Европы?

— У нас один прибор, который мы используем для полногеномного секвенирования. Полагаю, что в сиквенсных центрах в Европе их десятки. Можно сразу предположить, сколько мы можем получить данных с одного прибора, даже если он будет работать непрерывно. Плюс, как я уже сказала, надо подготовить «библиотеки», сами образцы проанализировать, оценить их качество, подходят ли они для секвенирования, и так далее.

— Подытоживая: основная проблема — нехватка технологических мощностей, а не кадров, например?

— Я говорю за институт Пастера. Но у нас один прибор. Мы делаем максимум из того, что можем делать. Но да, наши мощности значительно уступают.

При этом стоит отметить, что мы научно-исследовательский институт. Наши задачи — не только секвенировать. Хотя на это и брошено много ресурсов.

— Что могло бы дать массовое секвенирование, если бы оно было?

— Чем больше данных, тем лучше. Мы бы лучше понимали, как эпидемия развивается на территории России: сколько у нас собственных штаммов, как изменяется вирус. Плюс лучше бы понимали, как происходят заносы, в том числе повторные. Думаю, это бы позволяло и лучше прогнозировать, как эпидемия будет развиваться дальше.

— Что происходит после того, как вы секвенировали геном? Вы отправляете это в Роспотребнадзор?

— В России сейчас формируется собственная база данных геномов вирусов. Мы ее пополняем своими данными.

— В общемировой дискурс ваша работа как-то вписывается?

— Пока это российская база, она закрыта для мирового сообщества. Будет ли она в открытом доступе или нет, решит руководство Роспотребнадзора.

Какие результаты получил НИИ Пастера с начала 2021-го и кто работает над секвенированием

Елизавета Рогачева
председатель совета молодых ученых НИИ Пастера, младший научный сотрудник лаборатории медицинской бактериологии

— В НИИ Пастера было сделано несколько запусков полногеномного секвенирования. Один запуск — это 96 проб.
После запуска, то есть окончания непосредственно секвенирования, мы собираем геномы, смотрим на корректность результата, проводим дальнейший анализ. Если есть какие-либо «дыры», мы «закрываем» их с помощью капиллярного секвенатора. И только после всех тщательных проверок и анализов мы можем нести информацию в массы: говорить, нашли мы что-то необычное или не нашли.
По технологическим мощностям у нас есть всё. Есть любого типа амплификаторы разных производителей, есть достаточно оборудования для выделения РНК и ДНК (даже робот, который выделяет нуклеиновые кислоты).
Вектор развития в нашем институте задают два человека — наш директор Арег Артемович Тотолян и его заместитель по научной части Владимир Георгиевич Дедков. Руками и головой у нас работают Анна Гладких — руководитель этого проекта, а также Ольга Канаева, Валерия Сбарцалья — они занимаются приемом проб, выделением РНК и различными этапами пробоподготовки. Я вместе с ними занимаюсь постановкой полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией.
Перед секвенированием мы смотрим, действительно ли положительны образцы, которые нам привезли. Дальше у нас идет большая работа по первичной оценке качества проб, мы ставим ПЦР, затем этап фореза. И только потом мы начинаем пробоподготовку для секвенирования.

Читайте, как петербургский эпидемиолог изучал в Ухане происхождение COVID-19 и что удалось выяснить. Это интервью с участником миссии ВОЗ Владимиром Дедковым.

«Бумага» рассказывала, что антитела к коронавирусу есть у половины жителей Петербурга, это показало исследование. Значит ли, что эпидемия закончилась? Возможна ли третья волна? Читайте интервью с эпидемиологом.

Если вы нашли опечатку, пожалуйста, сообщите нам. Выделите текст с ошибкой и нажмите появившуюся кнопку.
Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить
Все тексты
Коронавирус в Петербурге
Как растут заболеваемость, госпитализации и смертность из-за коронавируса. Графики эпидемии в Петербурге
«Эта волна будет выше летней». После открытия школ в Петербурге растет заболеваемость ковидом
В Петербурге растет число детей, госпитализированных с коронавирусом. Средний возраст заболевших — год и два месяца
Введут ли в школах дистанционное обучение с 1 сентября? Отвечает Роспотребнадзор
Инфекционист Боткинской больницы рассказал о новых симптомах COVID-19. Среди них — сильная слабость
Мобилизация
Каким IT-специалистам могут дать отсрочку от мобилизации, как ее получить и какие риски
В Петербурге зарегистрировали первый иск об оспаривании мобилизации
«Дальше — всеобщая, потом — ядерное оружие». Что российские чиновники говорят о «частичной мобилизации»
Более 8 тысяч петербуржцев получили повестки о мобилизации. План выполнен на треть, сообщили в военном комиссариате
Норвегия может «при необходимости» закрыть границу для россиян. В стране усилили контроль на российской границе
Визовые ограничения
Helsingin sanomat: финскую границу закроют для российских туристов сегодня ночью
Финляндия скоро запретит въезд всем российским туристам. Что об этом известно
«Они должны выступить против войны». Что говорят о бегущих от мобилизации россиянах в других странах. Обновлено
Сейм Латвии запретил продлевать ВНЖ россиянам, не владеющим латышским языком, а также выдавать рабочие визы
Латвия решила не выдавать гуманитарные визы россиянам, «уклоняющимся от мобилизации»
Давление на свободу слова
Петербургская прокуратура потребовала признать движение «Весна» экстремистской организацией и запретить ее деятельность
В Ленобласти возбудили уголовное дело против жены активиста Правдина. Ранее его задержали из-за плаката «Русские, вы нелюди»
В Кремле подпишут «договоры о вхождении новых территорий» в состав России. На церемонии выступит Владимир Путин
Активиста Егора Скороходова приговорили 3 годам и 8 месяцам лишения свободы. Вот что нужно знать о его деле
«Имея предубеждение — неприязненное чувство…». Саше Скочиленко предъявили обвинение
Свободу Саше Скочиленко
«Имея предубеждение — неприязненное чувство…». Саше Скочиленко предъявили обвинение
«Вы совершили тяжкое преступление против государства». Как прошла встреча Саши Скочиленко и омбудсмена Агапитовой — две версии
Саша Скочиленко рассказала про типичный день в СИЗО — с обысками, прогулками в крошечном дворе и ответами на письма
Саше Скочиленко, арестованной по делу о «фейках» про российскую армию, срочно нужно обследование сердца
«На прошлой неделе Саше принесли чай с тараканом». Адвокат Саши Скочиленко — об ухудшении ее здоровья и об условиях в СИЗО
Экономический кризис — 2022
Россияне все чаще покупают криптодоллары, чтобы вывезти деньги из страны. Вот что нужно знать об этом финансовом инструменте
Курс евро на Мосбирже опустился ниже 52 рублей впервые за шесть лет. Что происходит?
Акции «Яндекса» и Ozon с начала войны подешевели на 73 %. Почему российский фондовый рынок уже неделю падает, а рубль нет?
Российский фондовый рынок продолжает падение на фоне новостей о мобилизации. Доллар также растет к рублю
На Мосбирже происходит обвал акций. «Тинькофф» и VK потеряли по 14 %
К сожалению, мы не поддерживаем Internet Explorer. Читайте наши материалы с помощью других браузеров, например, Mozilla Firefox или Chrome.