Исследователи обнаружили, что варианты SARS-CoV-2 могут уклоняться от праймеров и рекомендуют для надежности включать в диагностические анализы несколько мишеней.
Изменения в геноме SARS-CoV-2, включая некоторые из тех, которые встречаются в циркулирующих в настоящее время вариантах, могут негативно повлиять на обнаружение вируса методом обратной транскрипции (RT) ПЦР, согласно исследованию, опубликованному 26 апреля в Journal of Clinical Microbiology. Исследователи предполагают, что мутации в локусах, распознаваемых праймерами, могут снижать амплификацию вирусных сиквенсов и, как следствие, потенциально препятствовать обнаружению вируса в образцах от COVID-19-позитивных людей.
По словам авторов, этот вывод не является поводом для полномасштабной паники. "Мы думали, что это может быть более распространенным явлением. Но оказалось, что на самом деле это довольно редкое явление", - говорит соавтор исследования Дэвид Ванг, вирусолог из Вашингтонского университета. Ванг и его коллеги рекомендуют, чтобы диагностические тесты включали более одной мишени для правильного обнаружения SARS-CoV-2. Хотя ряд продуктов уже включает несколько генетических мишеней, некоторые тесты COVID-19 RT-PCR, разрешенные для экстренного использования, проверяют только одну.
Праймеры, используемые для анализа методом RT-PCR, были разработаны в самом начале пандемии, когда SARS-CoV-2 был впервые секвенирован. Основываясь на информации о других коронавирусах, исследователи разработали праймеры для ПЦР для амплификации последовательностей в вирусном геноме, которые считались относительно стабильными. Этот подход был использован с большим успехом, обнаруживая SARS-CoV-2 в образцах мазков из носоглотки, слюны и даже сточных вод.
В Вашингтонском университете лаборатория молекулярной диагностики больницы Барнс-Джевиш использует тест Roche cobas SARS-CoV-2 для анализа образцов пациентов. Он ищет вирусный ген ORF1ab, а также ген E, который кодирует белок оболочки. Для каждого конкретного образца эти мишени должны пройти примерно одинаковое количество циклов ПЦР, чтобы быть обнаруженными - это значение известно как порог цикла.
"Если у вас высокое значение одного гена, то у вас высокое значение другого гена, и наоборот", - говорит соавтор исследования Биджал Парих. Хотя большинство образцов, обработанных его командой, имели схожие пороговые значения циклов для двух целей, некоторые образцы отклонялись от ожидаемой корреляции: иногда ген E не амплифицировался в той же степени, что и ORF1ab.
Несмотря на этот любопытный результат, тесты по-прежнему правильно определяли SARS-CoV-2-позитивные образцы на основе сигнала ORF1ab. Чтобы выяснить, что происходит с геном E, исследователи провели секвенирование нескольких образцов вируса. Они обнаружили, что три образца имеют общую мутацию в гене E, которая не присутствует ни в одном из распространенных вариантов, циркулирующих в настоящее время среди населения. Исследователи предполагают, что мутация влияет на связывание праймера ПЦР и мешает амплификации.
К сожалению, они не смогли подтвердить эту гипотезу, поскольку сиквенсы праймеров и зондов для этого анализа не опубликованы в открытом доступе. Однако мутировавший участок находится в сиквенсе, на которую нацелены праймеры, используемые в широко распространенном анализе гена Е, разработанном исследователями из Берлинского университета Шарите в Германии.
Stephen Tahan et al."Вариант гена E гена SARS-CoV-2 изменяет аналитические характеристики чувствительности при обнаружении вируса с помощью коммерческого анализа RT-PCR". Аннотация статьи.
Диагностические анализы для выявления SARS-CoV-2 необходимы для ведения пациентов, профилактики инфекций и ответных мер общественного здравоохранения. Эффективность и надежность этих анализов имеют первостепенное значение как для отслеживания, так и для контроля распространения вируса. Анализы RT-PCR в реальном времени полагаются на фиксированную генетическую последовательность для праймеров и зондов связывания. Мутации могут потенциально изменить точность этих анализов и привести к непредсказуемым аналитическим характеристикам и ложноотрицательным результатам.
В настоящем исследовании мы выявили трансверсию G-to-U (нуклеотид 26372) в гене E вируса SARS-CoV-2 в трех образцах с пониженной эффективностью обнаружения вируса с помощью широко доступного коммерческого анализа. Дальнейший анализ открытого репозитория GISAID позволил выявить еще 18 геномов с этой мутацией, которые отражают пять независимых мутационных событий. Данная работа поддерживает использование двухцелевых анализов для снижения количества ложноотрицательных результатов ПЦР.
В другом исследовании, опубликованном в сентябре в Journal of Clinical Microbiology, были получены аналогичные результаты: мутации на другом участке гена E, на который нацелен набор праймеров-зондов Шарите, также мешали проведению RT-PCR в тесте Roche cobas SARS-CoV-2. А в декабре 2020 года Эмили Кроуфорд, биохимик из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, и ее коллеги сообщили в журнале Journal of Clinical Microbiology об аналогичной находке: мутации в гене N SARS-CoV-2, который кодирует нуклеокапсидный белок вируса, снижают чувствительность теста RT-PCR, мешая связыванию праймеров.
"Мы все еще изучаем, какие регионы вируса являются наиболее, а какие - наименее консервативными", - говорит Кроуфорд. "Пока мы не определимся с этим, мы должны быть начеку и быть готовыми к тому, что мутация может появиться где угодно".
Научному сообществу необходимо больше подобных исследований, говорит Шанталь Фогельс, вирусолог из Йельской школы общественного здравоохранения, которая возглавляла исследование, опубликованное в июле 2020 года в Nature Microbiology, в котором анализировались чувствительность и эффективность наборов праймеров для SARS-CoV-2. Исследователи обнаружили, что несоответствие между одним праймером и его целевым сиквенсом приводило к снижению чувствительности теста.
ПЦР-тесты для выявления эволюционирующего вируса
Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) признало, что мутации вируса SARS-CoV-2 могут помешать проведению тестов COVID-19, и продолжает отслеживать варианты и оценивать потенциальное влияние на диагностические тесты. Агентство также дало рекомендации производителям по разработке тестов таким образом, чтобы вирусные мутации имели минимальную возможность уклонения, например, путем включения нескольких генетических мишеней. FDA также советует разработчикам следить за мутациями, которые могут изменить результаты теста, и четко информировать об ограничениях теста.
"С самого начала мы очень внимательно следили за всеми различными вариантами", - говорит Палани Кумаресан, руководитель отдела исследований и разработок компании Roche Diagnostic Solutions. На данный момент компания не планирует менять свой тест. Сигнал гена Е является пансарбековирусом, подродом вируса, который включает как SARS-CoV, так и SARS-CoV-2. Специфический для SARS-CoV-2 сигнал исходит от Orf1ab. "Когда мы объединяем эти два сигнала, мы не видим никакого влияния", - говорит Кумаресан. Тем не менее, компания "Рош" отслеживает варианты коронавирусов на предмет снижения эффективности и запустила отдельный вариант теста на SARS-CoV-2 для исследовательских целей.
Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) регулярно отслеживают праймеры и зонды для своей диагностической панели COVID-19 и мультиплексного теста на грипп и COVID-19. CDC также активно отслеживает и характеризует варианты коронавируса в рамках геномного надзора.
"Пока вирус продолжает изменяться - что вполне естественно - необходимо продолжать мониторинг", - говорит Фогельс. "Наличие таких исследований, которые изучают этот вопрос, только улучшает наши тесты".
