«Это универсальный тест»: российские учёные работают над ДНК-биочипом для выявления коронавируса
С января 2020 года ФБУН «Нижегородский институт эпидемиологии и микробиологии им. академика И.Н. Блохиной» Роспотребнадзора начал активную работу по лабораторной диагностике новой коронавирусной инфекции. Как в середине июля рассказали в Роспотребнадзоре, среди многочисленных исследований и разработок, связанных с новым вирусом, усилия учёных направлены на создание биочипа для индикации актуальных возбудителей внебольничных пневмоний, в том числе вирусом SARS-CoV-2.
— Олег Владимирович, расскажите, пожалуйста, что из себя представляет чип и как он выявляет штаммы коронавируса?
— Чип — это пластина с кремниевой подложкой размером 25 × 75 мм и рабочей зоной — совокупностью платиновых наноэлектродов. По USB порту, подобно флешке, чип подключается к компьютеру. При нанесении пробы биоматериала на рабочую зону происходит реакция. Информация об этой реакции, её интенсивности, параметрах поступает в компьютер. Далее программа помогает исследователю определить, содержит ли изучаемый биоматериал конкретный вирус и его штамм.
— Чем этот способ принципиально отличается от обычных ПЦР-тест-систем?
— Обычный тест ПЦР отвечает только на один вопрос: присутствует или нет в пробе вообще какой-то патоген. Если нет информации о конкретном микроорганизме, вызвавшем заболевание, следует провести несколько диагностических тестов, подтверждающих предположение врача. В этом случае может произойти ситуация, когда не все предполагаемые возбудители болезни могут быть учтены, и тогда существует вариант «неполной» лабораторной диагностики заболевания.
Разрабатываемый нами чип, по сути, представляет собой универсальный тест, позволяющий идентифицировать сразу множество из существующих ныне вариантов возбудителей заболевания.
— Этот чип — ваше изобретение?
— В общем виде эта технология существует давно — она разработана одной из американских компаний. Представляет собой принтер для печати чипов и соответствующее программное обеспечение. Один чип может использоваться несколько раз с выдачей определённых параметров согласно поставленной задаче. А вот установить их соответствие конкретным особенностям пробы — как раз предмет исследований, который мы запланировали в своей работе.
Мы планируем с помощью создаваемого чипа выявлять актуальных возбудителей внебольничных пневмоний, в том числе вируса SARS-CoV-2. Кроме того, мы разрабатываем собственный алгоритм пробоподготовки. Следует понимать, что и в пробирку при обычном ПЦР-тесте, и на чип наносится не сама слюна или иной биоматериал, а выделенная из него нуклеиновая кислота, подготовленная определённым образом. В варианте с чипом используются импортные, довольно дорогие реагенты. Наш вариант пробоподготовки ожидается примерно в 2,5 раза дешевле. Более того, мы определили необходимые параметры чипа, оптимальные именно под поставленные задачи.
— Полученными вами параметрами может воспользоваться весь мир, все остальные владельцы принтеров с чипами или это ноу-хау?
— Этими данными учёные делятся свободно. Наши коллеги будут сами пробовать, перепроверять, подтверждать. А вот технология пробоподготовки биоматериала, вероятнее всего, будет относиться к категории результатов интеллектуальной деятельности.
— Возможно ли уже в ближайшее время проводить тесты с помощью чипов?
— Теоретически да. Предполагается, что принтеры возможно установить в отдельных крупных медицинских учреждениях, а в лаборатории на местах привозить готовые чипы, которые возможно использовать несколько раз. Пока себестоимость классических ПЦР-тестов значительно ниже. Но технологии развиваются и не стоят на месте. Полагаем и надеемся на доступность этого анализа в обозримом будущем.
— То есть тут история как с томографами. Сначала уникальный прибор в одном федеральном центре, а через несколько лет и во всех районных поликлиниках?
— Да, аналогия вполне уместна, поскольку технологии со временем дешевеют. Вот, в частности, наша пробоподготовка в перспективе существенно снизит себестоимость для более массового применения. Раньше чипы использовали исключительно для научных исследований. Хотя, в принципе, их можно использовать и для других генетических анализов, проводимых сегодня в рутинных исследованиях и медицинских, и научных учреждений страны.
Роспотребнадзор сообщил об инновационном биочипе для тестов на коронавирус
В Роспотребнадзоре сообщили о ведении российскими учеными работ по созданию биочипа, предназначенного для тестирования на актуальные возбудители воспаления легких. Об этом сообщается на сайте ведомства, где опубликованы итоги комплексного изучения коронавируса Нижегородским институтом эпидемиологии и микробиологии им. Блохиной.
«Ведутся работы в направлении создания прототипа биочипа для индикации актуальных возбудителей внебольничных пневмоний, в том числе вирусом SARS-CoV-2. Планируется охарактеризовать региональные особенности этиологической структуры внебольничных пневмоний, с учетом которой будет разработан прототип ДНК-биочипа», — говорится в сообщении.
По сути, биочип представляет собой экспресс-тест, который может быстро выявлять тысячи аллергенов, онкогенов и биологически активных веществ. Биочип выглядит как небольшая пластина, с размером стороны в 5-10 мм, являясь матрицей, на которую можно нанести несколько тысяч самых разных микротестов. Их, в свою очередь, создают из биологических макромолекул – ДНК, белков и ферментов.
Если действие компьютерного чипа позволяет лишь подтвердить или опровергнуть наличие определенного патогена, то биочип дает возможность выбрать единственно верный вариант из миллионов возможностей. Чип для тестов на заболевания не планируется вживлять в организм человека, это, по сути, — умная «лакмусовая бумажка».
Этиологическая структура – это совокупность причин, лежащих в основе возникновения той или иной болезни. Характеристика региональных особенностей этиологической структуры, которую планируют в НИЭМ им. Блохиной, представляет собой, по-видимому, классификацию различных пневмоний по условиям их возникновения в зависимости от регионов мира.
«В лабораториях института выполняются научные исследования, связанные с изучением COVID-19, оценка популяционного иммунитета к вирусу SARS-CoV-2 населения Нижегородского региона в условиях пандемии COVID-19, мониторинг заболеваемости новой коронавирусной инфекцией в субъектах Приволжского федерального округа», — отмечается в сообщении.
Биочип для индикации коронавируса разрабатывают также в Инжиниринговом центре микротехнологии ЛЭТИ в Санкт-Петербурге. Там ученые изучают инновационную систему лечения COVID-19 и выявления заболевания с помощью пептидов, которые, «как замок к ключу», подходят к шипу коронавируса. Если испытания будут пройдены успешно, то эта система может стать первой в России, которая способна всего за 10 минут выявить коронавирус в организме человека.
Кроме биочипа, в Нижегородском ИЭМ им. Блохиной ведутся исследования для разработки прототипа новой вакцины от коронавируса.
«Разрабатываемый прототип базируется на использовании авторской молекулярной платформы, представляющей собой вирусоподобные частицы на основе белков норовируса человека. Для создания вакцины они были модифицированы белками SARS-CoV-2», — говорится в сообщении Роспотребнадзора.
Эта вакцина может быть интраназальной, в форме спрея для носа, и применять ее планируют для профилактики коронавирусной инфекции у детей и пожилых людей.
Отнюдь не революция
Еще в апреле 2020 года Федеральное медико-биологическое агентство (ФМБА) разработало компактные чипы для быстрого выявления коронавируса нового типа, рассказывала глава агентства Вероника Скворцова.
Заявлялось, что новые аппараты смогут определить наличие вируса за 15-20 минут.
В экспозиции были представлены, в частности, биочипы для медицинской диагностики, носители информации на основе 3D микро- и наноструктур.
Вирусолог Чумаков счел «омикрон» искусственным штаммом коронавируса
Вирусолог Петр Чумаков не исключил вероятность того, что штамм «омикрон» был искусственно создан. О своей версии он рассказал в интервью «Радио России».
Петр Чумаков — член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией пролиферации клеток Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН.
«Я считаю, что это так. Что это англичане. Решили прекратить сейчас пандемию, потому что сейчас настала пора решительных каких-то изменений в мире», — сказал Чумаков.
«Это не просто мутация. Это они собрали все мутации, которые были известны, которые встречались в этом вирусе уже спонтанно, то есть когда он эволюционировал. Они собрали все эти мутации в одном штамме, более того, они ввели еще там вставочку из трех аминокислот, которые характерны для сезона коронавируса. Как она могла возникнуть вот так независимо в этом штамме — это никто не может объяснить», — пояснил свою позицию вирусолог.
По его мнению, это могло бы объяснить то, что штамм оказался «суперослабленным». Чумаков предположил, что это могло быть сделано с «аналитическими» или иными целями. «Сейчас просто такой момент настал, когда по каким-то политическим соображениям решили быстренько завернуть пандемию», — говорит вирусолог.
С версией Петра Чумакова не согласились эксперты, опрошенные РБК. Директор НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Г. П. Сомова Роспотребнадзора Михаил Щелканов заявил, что не видит доказательств того, что штамм может быть искусственно создан. «Это нормальный ход развития событий, когда вирус накапливает мутации, потихоньку ослабляется. Не вижу я там никакой человеческой руки. Любой вирус так или иначе существует в форме множества вариантов. С течением времени начинают селектироваться те или другие варианты. Естественно, через два-три десятилетия вирус должен адаптироваться в человеческой популяции. Вот, мы видим, вариант качнулся в сторону адаптации к человеческому организму», — объяснил он. Щелканов отметил, что большинство мутаций в геноме вирусов связано именно с «выключением патогенности». «У всех коронавирусов в силу ряда особенностей репликации очень легко формируются вставки и делеции в несколько аминокислотных остатков. В этом тоже нет ничего удивительного и ничего нового», — заключил он.
Вирусолог, профессор МГУ, доктор биологических наук Алексей Аграновский также не считает, что может идти речь об искусственном происхождении «омикрона». По его словам, появление все новых вариантов SARS-CoV-2 — это скорее подтверждение версии о его естественном происхождении, поскольку такое развитие событий подтверждает изменчивость вируса.
«Вирус появился в Южной Африке. Южная Африка не находится на фронтире биотехнологических исследований. Кто там мог создать такой вирус? Я полагаю, что это не так. Он, скорее всего, мог появиться естественным путем за счет накопления множественных мутаций, но не сразу, а по одной в организме у человека, который был иммунологически скомпрометирован, например больного вирусом иммунодефицита человека. Иммунитет [у такого человека] слабый, вирус там болтается месяцами. Предположим, что у многих таких людей происходили подобные процессы, но только в одном организме, возможно, создался вариант с этим набором свойств и мутаций», — так Аграновский описывает возможность естественного происхождения «омикрона».
Брат Петра Чумакова, ведущий научный сотрудник и начальник лаборатории Отдела исследований и анализа вакцин Управления по надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) Константин Чумаков в интервью телеканалу РБК отмечал, что «омикрон» вызывает намного более слабые симптомы заболевания. «Может быть, даже и хорошо, что этот вирус прокатится по земному шару и пандемия закончится, — сказал он в программе «ЧЭЗ», — Когда люди болеют «омикроном», по крайней мере по опыту Южной Африки, они не нуждаются в кислороде, у них не возникает воспаление легких, они выздоравливают за два-три дня». Он согласился с точкой зрения, что «омикрон» можно сравнить с «живой вакциной» от COVID-19, но предложил для того, чтобы делать окончательные выводы, подождать полных данных.
Главный научный сотрудник ВОЗ Сумья Сваминатан в начале декабря отмечала, что точных данных о том, является ли местом происхождения «омикрона» Южная Африка, где были зафиксированы первые случаи заражения, нет. «Процесс мутации вируса и возникновение новых вариантов — это явления, которые мы не можем предсказывать. Многое в этих вопросах остается неясным. Тот же омикрон-штамм мог возникнуть где угодно, в том числе в стране с недостаточно продвинутыми методами секвенирования генома. Мы можем никогда не узнать, где возник этот штамм», — говорила эксперт.
Версии об искусственном происхождении коронавируса появлялись на начальном этапе пандемии. В частности, сторонником этой гипотезы был президент США Дональд Трамп, заявлявший о наличии доказательств происхождения вируса из лаборатории в китайском Ухане у американской разведки.
Ряд опрошенных РБК экспертов, однако, отрицали такую возможность. Инфекционист, доктор медицинских наук Николай Малышев указывал на то, что человечество неоднократно сталкивалось с ранее неизвестными заболеваниями по мере проникновения в неосвоенные территории с дикой природой — например в Юго-Восточной Азии. Он отметил, что те люди, которые придерживаются версии об искусственном происхождении COVID-19, начинают искать доказательства этого, приводят аргументы о наличии фрагментов РНК у вируса, которые не могут появиться естественным путем. «Но природа разнообразна и может удивлять так, что может быть все что угодно», — добавил эксперт.
Роспотребнадзор раскрыл механизм работы чипа для тестирования на COVID-19
МОСКВА, 19 июл – РИА Новости. Биочип для выявления возбудителей внебольничных пневмоний, включая коронавирус SARS-CoV-2, будет работать, как экспресс-тест, сообщили сообщили РИА Новости в Нижегородском институте эпидемиологии и микробиологии имени академика Блохиной Роспотребнадзора.
«Он выглядит как небольшая пластина, размером 25×75 мм, на котором искусственно синтезированы короткие олигонуклеотидные зонды, позволяющие определять «генетический портрет» возбудителей внебольничных пневмоний», — пояснили в институте.
Специалисты обратили внимание, что биочип не будут вживлять в человека.
В рамках исследования у пациента будут брать образцы биоматериалы и направлять его в лабораторию, где при помощи биочипа определят наличие в нем вируса, уточнили в ведомстве.
«Обнаружить их смогут в мокроте, крови, бронхоальвеолярном лаваже и слюне», – добавили эксперты.
Отмечается, что испытания новой разработки должны пройти в 2023-2024 годах.
Ранее Роспотребнадзор сообщил, созданием подобного биочипа занимается и Инжиниринговый центр микротехнологии и диагностики петербургского университета ЛЭТИ. Там уже несколько лет развивается направление исследований и разработок мультимодальных биосенсоров для экспресс-определения биомаркеров, вирусов и микроорганизмов, включая биомаркерную диагностику острого инфаркта миокарда и стресса, а также экспресс-диагностику коронавируса SARS-CoV-2 с помощью пептидов.
Самые эффективные экспресс-тесты на коронавирус
В России снова фиксируется рост заболеваемости COVID-19. Опыт пандемии показал, что сдерживать распространение инфекции помогает своевременное тестирование. Однако существующие экспресс-тесты имеют серьезные недостатки, и ключевой из них — довольно большой процент ложных результатов. Разбираемся в распространенных изъянах тест-систем и выясняем, удается ли производителям их устранить
Тесты на определение антигена SARS-COV-2
Тесты на антиген выявляют белок вируса в крови человека. Среди их преимуществ можно отметить высокую скорость получения результата (5–15 минут) и простоту использования. Основные недостатки — недоказанная точность результатов у недавно инфицированных людей и, как правило, более низкая чувствительность по сравнению с ПЦР-тестами (приблизительно 85–97,6%). Результаты теста на антиген с 2021 года на законодательном уровне приравняли к результатам ПЦР-теста.
Один из наиболее популярных экспресс-тестов на антиген — BIOCREDIT Covid-19 Ag производства Южной Кореи. Его используют для определения антигена у людей с клинической симптоматикой респираторного заболевания и подозрением на инфекцию COVID-19.
Чувствительность BIOCREDIT Covid-19 ничем не уступает анализам, проведенным при помощи ПЦР-метода. Клинико-лабораторные испытания выявили: чувствительность теста составляет 96%, а диагностическая специфичность — 100%.
Принцип действия максимально прост: после забора мазка биологический образец нужно поместить в тест-систему, на мембранную полоску которой уже нанесены антитела, специфические к антигену коронавируса. При наличии вируса по линии T проявится полоса черного цвета. Время получения результатов — 5–8 минут.
Высокой точностью и простотой использования также отличается тест SGTI-flex Covid 19 Ag. Чувствительность к белку вируса — 96%, диагностическая специфичность — 100%. Ошибочные результаты при использовании SGTI-flex Covid 19 Ag крайне редки.
Другой корейский тест, широко распространенный на фармацевтическом рынке, — Nowcheck Covid-19 Ag. По сравнению с предыдущими вариантами он имеет чуть более низкую чувствительность (89%) и специфичность (97%). Принцип действия аналогичен, время получения результата — от 15 минут.
Тесты на наличие антител IgM и IgG к коронавирусу
Тесты на антитела направлены на обнаружение в организме иммуноглобулинов, которые борются с вирусом. Этот метод помогает установить, был ли у человека контакт с заболевшим, и точнее выявить скрытых носителей инфекции и переболевших Covid-19.
Один из наиболее качественных экспресс-тестов — CAREUS Covid-19 IgM/IgG от корейского производителя: он выявляет сразу два вида антител и помогает в подтверждении диагноза, а также определении переболевших. Кроме того, он прост в использовании. Если антитела к SARS-Cov-2 присутствуют, после добавления капель крови в тест-систему они будут связываться с золотыми наночастицами — на тесте появятся фиолетовые полоски. Чувствительность теста составляет 93,6%, диагностическая специфичность — 98%. Время получения результата — 10 минут.
Также высокое качество имеет корейский тест Rapid Bio Covid-19 IgM/IgG. Его точность выше, чем у предыдущей системы, — 96%. Специфичность составляет 99%. Однако ожидание результата может занять немного больше времени — от 10 до 20 минут. Кроме того, для анализа потребуется больше биологического материала — 20 мкл крови (в первом случае — 10 мкл).
Другой корейский тест SGTi-flex Covid-19 IgM/IgG уступает по показателям двум упомянутым конкурентам: его чувствительность достигает 94%, специфичность — 97%. При этом он так же прост и удобен в использовании.
RBD-тесты
RBD-тесты позволяют выявить антитела к S-белку коронавируса — особенно к его рецептор-связывающему домену (RBD), что напрямую указывает на наличие иммунитета к инфекции. Такие тесты используются перед вакцинацией, чтобы проверить наличие или отсутствие антител и тем самым удостовериться в необходимости прививки.
RBD-тесты также позволяют достоверно определить наличие антител после вакцинации. В отличие от большинства других экспресс-тестов на антитела на рынке, которые предназначены для выявления антител к живому вирусу, этот метод диагностики подходит для работы с поствакцинальными антителами. Даже в случаях, когда антительный тест предыдущего поколения указал бы на отсутствие иммуноглобулинов, новая система дает корректный результат.
Среди RBD-тестов одним из самых надежных считается корейский SGTI-flex-19 IgG. Показатели чувствительности и специфичности составляют 92,4% и 99,15% соответственно.
10 мл биологического материала — цельной венозной крови, плазмы или сыворотки — переносятся в специальное углубление на поверхности тестовой кассеты. Затем в кровь добавляют три капли буферного раствора. Если результат положительный, в области тестовой линии появятся фиолетовые полоски. Время получения результата — 10 минут.
Российский тест, отличающийся высокой точностью, — экспресс-ВАК SARS-CoV-2-ИХА, первая и на данный момент единственная отечественная тест-система для экспресс-анализа на наличие вируснейтрализующих антител. Чувствительность теста и его специфичность составляют 95%. Реагенты проверены на вакцинах, в первую очередь на «Спутнике V». В комплект входят спиртовая салфетка, стерильный ланцет и пипетки для переноса биообразца. Принцип использования аналогичен корейскому тесту. Единственное отличие — любой оттенок цвета полосок следует считать положительным. Результат проявляется также через 10 минут.
С какой периодичностью рекомендуется делать тесты на коронавирус
Повторный тест на коронавирус стоит сдать вне зависимости от того, каким видом скрининга вы пользовались, поскольку любая тест-система может показать ложноотрицательный или ложноположительный результат. При наличии симптомов заболевания после первого отрицательного анализа неэффективно сразу же делать повторный. Интервал между тестированием должен составлять не менее суток, чтобы успели сформироваться антитела. Если симптомы не наблюдаются, повторить анализ нужно спустя 10–11 дней. На этот же срок (10–11 дней) нужно ориентироваться тем, кто болеет коронавирусом и ждет, когда тест покажет отрицательный результат. Получив отрицательный результат повторного теста, можно успокоиться: вы здоровы.