Тесты на коронавирус
ПЦР: понять, простить
В России уже проведены десятки миллионов тестов на COVID-19, но до сих пор не все понимают, в чем разница между ними и почему их результаты могут противоречить друг другу. Давайте разбираться вместе.
Коронавирус: начало
Многие задаются вопросом, зачем для коронавируса создается так много систем анализов и почему результаты так часто бывают ложными. Далеко не во всем следует винить некачественные тесты, заговор производителей и скрывающие статистику правительства. Многие ответы кроются в особенностях разных этапов течения болезни.
На этих графиках показаны изменения концентрации частиц коронавируса и вырабатываемых в ответ на них антител. Анализ с поиском вирусных частиц покажет, заражен ли пациент в данный момент, а проверка антител помогает определить не только инфицированного (по прошествии некоторого времени), но и уже переболевшего человека (Siouxsie Wiles&Toby Morris/Wikipedia).
Симптомы начинают проявляться примерно через неделю с момента заражения, когда число вирусных частиц максимально возрастает. В этот период человек заразнее всего. Через неделю после начала симптомов достигает пика концентрация антител подтипа IgM, которые начинают производиться в ответ на бурное размножение вирусных частиц.
Антитела IgG начинают вырабатываться примерно одновременно с IgM, но их концентрация растет медленнее. Максимальные показатели можно увидеть примерно через две недели после начала симптомов. Однако если антитела IgM, сработавшие как отряд быстрого реагирования, через три недели после первых признаков болезни уже практически не засечь, уровень IgG, пусть и позже заступивших на пограничную службу, сохраняется относительно долгое время после выздоровления.
Поиск вируса
Обнаружить вирусные частицы можно при помощи метода ПЦР, или полимеразной цепной реакции. SARS-CoV-2 относится к РНК-вирусам, а это значит, что он хранит свою генетическую информацию — инструкции по сборке нужных белков для своего каркаса-капсида — в молекуле РНК, а не в ДНК, как все нормальные люди (и большинство живых организмов). Сам вирус копировать свои РНК и собирать белки не умеет, поэтому он нападает на клетку и эксплуатирует ее производственные мощности. Но чтобы заставить клетку делать белки под заказ, сначала надо «перевести» свои генетические инструкции на подходящий «язык», то есть в ДНК. Этот процесс называется обратной транскрипцией, потому что при обычной транскрипции, используемой гораздо чаще, все происходит наоборот: для производства белка по «лекалам» ДНК синтезируется РНК, на основе кода которой будет собран белок. При анализе обратную транскрипцию тоже приходится делать, поэтому разновидность такого теста, используемого в том числе для коронавируса, называется ОТ-ПЦР (то есть ПЦР с обратной транскрипцией).
Вообще, ПЦР — стандартный лабораторный метод, очень точный и широко применяющийся. Разрабатывая конкретный тест, исследователи изучают геном вируса и выбирают фрагменты, по которым можно его распознать. Но в пробах концентрация кусочков генома будет достаточно низкой, и, чтобы обнаружить их, делается множество копий (амплификация). Для этого используется механизм, которым размножают копии ДНК и живые организмы. Обратную транскрипцию при анализе на COVID-19 надо делать, поскольку так создавать многочисленные копии ДНК проще.
Схема ОТ-ПЦР: на «хвост» РНК, состоящий из аденинов, ставится затравка (праймер, обозначенный желтым цветом). Затравка нужна для подсоединения других «букв» генетического кода. На основе РНК синтезируется одна спираль ДНК, где каждому нуклеотиду подбирается его пара. Затем к цепи достраивают вторую (раскрашенную на рисунке синим цветом). Потом этот участок ДНК многократно копируется (Jpark623/Wikimedia Commons).
Для анализа на коронавирус часто используются наборы для так называемых ОТ-ПЦР в реальном времени — более быстрая и автоматизированная версия, позволяющая определить количество новых копий после каждого цикла. ПЦР-тесты на коронавирус длятся в среднем от 40 минут до 2–3 часов. В качестве участка для распознавания они используют ген N, ген E и другие фрагменты вирусного генома (обычно это несколько участков, чтобы снизить вероятность ошибок).
Лже- и лже-
Для проведения ПЦР может послужить разный биологический материал, который относительно легко собрать: мазок из носоглотки, горла, слюна или мокрота. Считается, что слюну собирать проще всего: плюнуть в пробирку человек может и без участия врачей и лаборантов, что делает их работу безопаснее. Для самих пациентов, в том числе людей на карантине, этот подход может быть более удобным. Однако у ученых есть сомнения, что в слюне концентрация частиц коронавируса будет достаточной для анализа (хотя есть и данные в пользу того, что тесты со слюной даже точнее). Но в течение болезни их концентрация в носоглотке и горле тоже меняется. После первой недели вирус в основном переходит в легкие и уже не так интенсивно будет размножаться там, откуда обычно берут образцы.
Из-за этого у анализа, взятого в первые дни появления симптомов, точность такого теста будет выше 94%, так как количество вирусных частиц, как мы помним из графика, будет высоким (105–106 на миллилитр), и даже не самые высокочувствительные системы для анализа смогут их обнаружить. Более того, и при бессимптомном течении болезни вирусных частиц будет достаточно много для обнаружения. Но уже к десятому дню точность резко падает: вероятность ложноотрицательного диагноза достигает 33%! Неудивительно, что перед выпуском из карантина больных проверяют три-четыре раза.
Помимо ПЦР в реальном времени есть и более срочные варианты, например на основе петлевой изотермальной амплификации (LAMP). Как можно понять из названия, он тоже основан на размножении копий нужных фрагментов. Но если в классических версиях ПЦР нужна строго определенная температура для каждого этапа этого копирования (и весь процесс проходит в специальном приборе — термоциклере), при экспресс-тестах все проходит при одной температуре, что и сокращает время.
Также различают такие понятия, как чувствительность и специфичность тестов. Первое означает, что анализ четко показывает наличие вируса. Так, чувствительность в 90% будет означать, что 10% инфекций не будет обнаружено (ложноотрицательный результат). Специфичность же подразумевает, что тест избирателен и не спутает искомый фрагмент вируса ни с чем другим. Эти случаи станут ложноположительными результатами. Низкоспецифичные тесты будут иметь низкую положительно прогностическую значимость, особенно если в популяции мало больных. Так, если заболевших будет всего 5%, то протестировав 100 человек с ошибкой в 5%, мы получим 5 действительно больных и 5 ложноположительных результатов и среди наших 10 диагнозов лишь половина будет верна.
Опираясь на эти знания, можно сказать, что для людей без симптомов будет лучше использовать наборы с высокой чувствительностью, тогда как при наличии симптомов количество вирусных частиц обычно выше, и засечь их могут даже менее чувствительные методы.
Самым чувствительным считается ПЦР в реальном времени. Однако его почти безупречные результаты в лабораторных условиях увы, не согласуются с точностью в реальных клиниках, которая падает до 88 или даже 66%.
А что у нас?
В России еще в апреле стали доступны восемь вариантов ПЦР-тестов, прошедших ускоренную регистрацию. Это изменило ситуацию с монополией ГНЦ «Вектор», поначалу поставлявшего наборы с невысокой чувствительностью (105 молекул на миллилитр), требующие для обратной транскрипции дополнительных реагентов. Новые наборы стали более чувствительными (от 500 до 10 000 молекул на миллилитр в образце), в них есть внутренний контрольный образец (молекула, которая помогает обнаружить, что реакция прошла не так при ошибке лаборанта). Лидерами рынка с самым масштабным производством (кроме ГНЦ «Вектор») стали ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора, «Вектор-Бест» (не путать с ГНЦ «Вектор) и «ДНК-Технологии». Очень высокая заявленная точность также и у теста от Центра стратегического планирования Минздрава.
Частные компании «Гемотест» и «Хеликс» используют анализ от «Вектора». «Инвитро» делает более точные тесты с «Вектор-Бест», но попасть к ним на анализ просто так нельзя: они принимают только образцы в контейнерах от государственных клиник. LabQuest предлагает тесты «ДНК-технологии», «Литеха» и экспресс-тест от «Генериума», а тест ЦНИИ эпидемиологии делают в компании CMD, выезжающей на дом с курьером. Лаборатории, одобренные Роспотребнадзором, можно найти здесь.
Проблема с российскими тестами состоит в том, что мы не располагаем независимыми данными по их сравнительной проверке. Так что приходится доверять лишь их заявленной чувствительности, держа в уме, что в целом есть риск ложноотрицательных результатов из-за несовершенства доступных нам методов, которые лучше всего выявляют коронавирус в первые дни проявления симптомов. А поскольку сдать анализ по своему желанию в поликлинику не так-то просто и быстро, а услуги частных компаний недешевые, то можно понять, почему раннее тестирование — это идеал, но не всегда достижимый. Вариант с получением биоматериала прямо из легких не назовешь удобным и легко масштабируемым (хотя в некоторых тестах используется мокрота, что уже точнее, чем слюна).
К счастью, как мы уже упоминали, есть и другие тесты и диагностические методы, которые помогут обнаружить не вирусные частицы, а различные проявления болезни. Для этого делаются, например, анализы на антитела и компьютерная томография, о которой мы поговорим во второй части статьи.
Продолжение следует.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru