«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.

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.

Это данные на февраль, тогда в стране выявлялось до 600 случаев заболевания в сутки.

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.