Бороться с коронавирусом помогут "электронные носы"

Определять коронавирус можно будет в 8 раз быстрее благодаря новому поколению тестов, которые разработали российские ученые. Например, сдать анализ и получить его результаты станет возможным сразу на приеме у врача в поликлинике. А на вокзалах, стадионах и в местах массового скопления людей установят специальные приборы - "электронные носы" для определения вируса в воздухе. Устройство разрабатывают в Центре постгеномных технологий при Федеральном медико-биологическом агентстве. Об этом "Российской газете" рассказал руководитель центра Герман Шипулин.

По его словам, большая часть научных достижений в борьбе с COVID-19 и другими заболеваниями сегодня связаны с молекулярной диагностикой, технологии которой в России развивают с начала 90-х годов. Сейчас в этом направлении отечественные ученые на 5-10 лет опережают своих зарубежных коллег. Индустрия молекулярной диагностики - одна из самых импортозамещенных в стране.

Герман Александрович, что такое "электронный нос" и чем он поможет в борьбе с коронавирусом?

Герман Шипулин: "Электронный нос" - так называется проект. Для того, чтобы противостоять росту заболеваемости COVID-19, ученые нашего центра разрабатывают технологию обнаружения коронавируса за 10-20 секунд в воздухе.

Доказано, что пациенты, которые инфицированы ковидом, выдыхают особые соединения. И если поставить такие "электронные носы" вдоль аэропорта, стадионов, на вокзалах, то можно будет определять инфицированных и формировать свободные от коронавируса пространства.

Как работают новые тесты и чем они отличаются от тестов ПЦР?

Руководитель Центра постгеномных технологий при Федеральном медико-биологическом агентстве Герман Шипулин. Фото: Пресс-служба ФМБА

Герман Шипулин: ПЦР или метод полимерно-цепной реакции уже устаревает. Казалось бы, результат за полтора-два часа - скорость бешеная. Но уже сейчас эпидемия COVID показала, что этого недостаточно. По поручению руководителя ФМБА России Вероники Игоревны Скворцовой, ученые нашего центра придумали, как ту же реакцию проводить за 10-15 минут по технологии lamp - изотермической амплификации нуклеиновых кислот. В отличие от доступных сегодня экспресс-полосок, определяющих коронавирус, наш быстрый тест максимально точный, потому что технология lamp, как и ПЦР, относится к молекулярной диагностике. Точно также в биоматериале мы находим вирус, выделяем его РНК. Но отправлять анализ в лабораторию и долго ждать результата больше не нужно. Любой врач сможет выполнить этот тест самостоятельно в присутствии пациента.

Кроме этого, у нас почти готов еще один тест нового поколения NGS - next generation sequencing, что переводится, как секвенирование следующего поколения. Он поможет определить вирус или инфекцию, если пациент заболевает неизвестной болезнью. Пациент лежит в больнице, его лихорадит. Мы понимаем, что это инфекционная болезнь, но не можем определить, какая. Если брать метод ПЦР, то он направлен на поиск в геноме патогена определенного участка, то есть, такой тест поможет ответить на вопрос: есть, коронавирус или его нет. Но если человек болен, а вирус не обнаружен, то придется искать другой патоген, использовать для этого другой тест, другие реагенты. А вот NGS сразу подскажет, что человек заражен и каким вирусом.

Допустим. Но сколько существует вирусов и бактерий? Разве возможно определить их все с помощью одного теста?

Герман Шипулин: Может, это непростая задача, но мы над ней сейчас работаем. Нужно просто выбрать минимальное количество стартовых участков, которые встречаются в геномах максимального количества известных вирусов. В дальнейшем при секвенировании мы сможем для начала определить семейство, к которому вирус относится - маловероятно, что новый патоген будет непохожим ни на какой известный. А дальше, если начинать читать геном со знакомых участков, можно прочитать - отсеквенировать - и геном неизвестного возбудителя.

Например, когда возник SARS-CoV-2, его достаточно легко было определить, потому что коронавирусы - хорошо изученное семейство вирусов.

На самом деле, вирусов и бактерий, действительно, гораздо больше, чем нам известно. Считается, что только один процент бактерий расшифрован из тех, что есть в природе. Сколько существует вирусов, неизвестно.

Один наш коллега - директор Центра инфекций и иммунитета - профессиональный "охотник за микробами" Ян Липкин из Колумбийского университета рассказывал, как человек из Австралии поехал в Хорватию ловить рыбу, его там кто-то укусил, он вернулся в Австралию и умер. Поскольку он завещал свое тело для трансплантации, его органы и ткани пересадили шести пациентам, и все шесть человек умерли. Липкин расшифровывал этот случай, и выявил до тех пор никем не описанный аренавирус. Это очень опасные вирусы, которые переносятся грызунами, к ним относится, например, вирус лихорадки Ласса. Кто же мог ожидать, что в Хорватии встретится совершенно новый вирус этого семейства.

Будут ли новые тесты доступны для массового потребителя, появятся они в аптеках?

Герман Шипулин: В будущем технологии молекулярной диагностики, возможно, и будут доступными для простого потребителя. Например, тест на коронавирус по технологии lamp мы пытаемся воплотить в виде кружки-робота индивидуального пользования. Пока в аптеках эти тесты не появятся, также, как нет сегодня в продаже ПЦР-тестов. Да, некоторые аптеки сегодня пишут у себя на витрине, что продают ПЦР-тесты, но это от неграмотности некоторых аптечных работников. То, что они продают, к ПЦР не имеет отношения. ПЦР делается только в лаборатории, с помощью специальных приборов.

Как новые технологии будут использоваться в лечении?

Герман Шипулин: Например, для того, чтобы быстро подобрать правильное лечение пациенту. С помощью таких технологий за гораздо более короткое время можно проанализировать геном бактерии, понять, какой антибиотик ее убьет, и назначить больному именно этот антибиотик. Сегодня лекарственную чувствительность определяют гораздо дольше, это делают с помощью посева: получают от пациента бактерии, высевают на среды с антибиотиками и так выясняют, какой антибиотик подавляет рост. Это долго, и бывает, что не высевается ничего. Микроорганизмы из крови, например, плохо растут на средах. Наш метод не требует культивирования, и позволяет почти сразу выявит устойчивость к тем или иным препаратам.

Определять коронавирус станет проще. Любой врач сможет выполнить тест самостоятельно и при пациенте 

В дальнейшем можно будет прийти в поликлинику с ангиной и выбрать наилучший антибиотик против того стрептококка, который в горле. Понятно, что для ангины это сначала будет дороговато, но расшифровку внутрибольничной инфекции в будущем мы видим таким образом. И это будет не только диагностика пациентов, но и расследование эпидемических вспышек. Мы сможем сказать по геномным маркерам, как патоген попал в больницу, и направить больничных эпидемиологов на борьбу с конкретным возбудителем, который циркулирует в клинике или принесен случайным пациентом. В будущем молекулярная диагностика может полностью вытеснить бактериологию.

Вы работаете над созданием вакцины от ВИЧ. Когда она появится?

На самом деле, никому еще не удалось сделать вакцину против ВИЧ в прямом понимании этого слова. Самая удачная попытка была в свое время в США, но эффективность той вакцины не превышала 30%. Ученые нашего центра пошли другим путем. По сути, у нас получилось создать лечебный препарат, который тоже основан на иммунных взаимодействиях. Почему вакцина не сработала, а он будет работать? Просто ВИЧ мутирует быстрее, чем появляются антитела, человеческий организм не успевает за ним. Но искусственно мы можем управлять эффективностью антител, потому что знаем, какие из них хорошие. Мы сразу заполняем организм антителами высокой эффективности, смешиваем несколько разных видов, чтобы справиться со всеми вариантами ВИЧ. К тому же есть антитела, которые снижают клеточное депо и разрушают инфицированные ВИЧ клетки. Если эти антитела плодить с одновременной миостимуляцией клеточного деления, то вполне возможно полное излечение от ВИЧ.

Сегодня мы исследуем два способа доставки таких антител в организм. Во-первых, генно-инженерный: его идея в том, чтобы заставить клетки организма постоянно вырабатывать такие белки, по сути, создать новый иммунный орган, который продуцирует антитела против ВИЧ.

Второй способ менее эффективный, но более простой. Он может стать дополнительным способом лечения ВИЧ-инфицированных наряду с химиотерапией и другими - это уколы с коктейлем антител. Во-первых, они кратковременно понизят вирусную нагрузку, облегчая тем самым состояние пациента. Во-вторых, у нас есть надежда, что такой коктейль будет действовать не только на ВИЧ в крови, но и на ВИЧ-инфицированные клетки.

Также в ФМБА России будет построен виварий: мы запускаем проект по созданию гуманизированных мышей для изучения ВИЧ. Испытания кандидатных лекарств на обезьянах - это дорого и сложно. Мыши - удобная модель, но они ВИЧ-инфекцией не болеют. Чтобы сделать их чувствительными к этому патогену, у мышей убивают клетки костного мозга и пересаживают им клетки костного мозга человека. Уже год как у нас есть такая линия мышей.

Сколько лет еще может потребоваться, чтобы победить ВИЧ?

Если бы мы знали, через сколько лет победим ВИЧ, то готовили бы Нобелевскую лекцию. О победе говорить пока преждевременно. Можно говорить о больших выигранных битвах.

Обсуждается возможность создания универсальной вакцины против коронавируса и гриппа. Это реально?

Сейчас предпринимаются попытки сделать одну вакцину против коронавируса и гриппа, скажем, такую, которая содержит компоненты обоих вирусов. Но вопрос в том, от какого коронавируса взять компоненты и от какого вируса гриппа. Они ведь разные! Известно, что против новых штаммов коронавируса снижается эффективность вакцин, которые сделаны против старых штаммов. А вирус гриппа обладает на порядок более высокой вариабельностью, чем SARS-CoV-2. Вакцины от него обновляют каждый год с учетом рекомендаций ВОЗ о том, какие штаммы будут циркулировать в новом сезоне. И не секрет, что противогриппозные вакцины не всегда получаются эффективными. Поэтому, прежде чем создать универсальную вакцину против гриппа и коронавируса, нужно для начала сделать универсальную вакцину против всех штаммов гриппа, а для этого нужно найти те эпитопы, которые эволюционируют очень медленно. Двадцать из них у нас уже есть, и мы пробуем с ними различные комбинации. Сейчас мы отобрали эпитопы для всех разновидностей вируса гриппа - H1N1, H3N2, вируса гриппа B и даже H5N1, высокопатогенного птичьего гриппа.

Доклинические исследования первой универсальной вакцины против гриппа мы начали. Эффективность ее составляет 70%. Это ниже, чем у специализированной вакцины против сезонного гриппа. Но ее эффективность падает, как только вирус мутирует, и тем более - если появляется новый субтип. А эффективность универсальной всегда остается 70% и не опускается ниже.

Когда уйдет коронавирус и ждать ли новых пандемий?

Герман Шипулин: Коронавирус скорее всего остается и станет сезонным заболеванием. Раз в год от него нужно будет делать прививку. А самый главный урок сегодняшней пандемии заключается в том, что мы должны заранее готовиться к следующим, которые неминуемо случатся. Есть только один простой путь подготовиться к ним - это создание коллекций патогенных микроорганизмов и заблаговременная разработка новых средств диагностики, профилактики и лечения еще не проявившихся, но в то же время потенциально опасных инфекций.