Фонд для инновационных и новых диагностических средств (FIND) в Женеве, Швейцария, постоянно дополняет растущий глобальный список тестов COVID-19, в котором по состоянию на 3 апреля их количество приблизилось к 400. И, чтобы помочь нашим читателям разобраться в этом непрерывном потоке тестов, мы хотим объяснить простым языком, как они работают.
Диагностика COVID-19 обычно делится на две широкие категории: тесты, выявляющие белки, связанные с вирусом, известные как иммуноанализы, и тесты, выявляющие генетический код вируса, известные как ДНК или молекулярные тесты.
Тесты на основе нуклеиновых кислот являются наиболее чувствительными и отлично подходят для раннего обнаружения инфекции, поэтому они широко используются во время пандемии COVID-19. Эти тесты, как правило, основаны на методе, насчитывающем десяток лет, и называется он полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР).
Сначала берут пробу из носовых ходов или горла. Чтобы найти доказательства наличия вируса, исследователи используют ПЦР для копирования и усиления любых сегментов вирусного генетического кода, обнаруженных в образце, что облегчает его обнаружение. Обычно этот процесс включает в себя добавление реагентов и ферментов, а также повышение и понижение температуры смеси, так называемое термоциклирование — говоря простым языком, создание идеальной среды для размножения вируса.
Затем, когда число копий сегментов вирусного генетического кода превышает пороговое значение, специальные программы определяют, присутствует ли в пробе новый коронавирус, и в какой концентрации. Ученые знали и отслеживали изменения в генетическом коде вируса в течение нескольких месяцев, и эта информация позволила ученым разработать необходимые компоненты для анализа методом ОТ-ПЦР.
Подготовка образцов для ПЦР.
ПЦР является золотым стандартом в вирусной диагностике. «Поскольку этот метод имеет максимальную чувствительность, это лучший механизм сбора копий вируса на самых ранних стадиях инфекции», — говорит Пол Ягер, биоинженер, специализирующийся на разработке диагностики в Университете Вашингтона в Сиэтле. «Даже если у кого-то нет симптомов, то есть его не лихорадит и нет кашля, вы все равно можете получить положительный результат».
Разработчики диагностических программ и лаборатории по всему миру адаптировали свои ПЦР-тесты для обнаружения нового коронавируса. Многие из доступных термоциклических машин находятся в больших централизованных лабораториях, которые принимают образцы по почте. Однако ожидание результатов может занять дни из-за логистических задержек при доставке образцов в лабораторию.
При этом стоит понимать, что сам ПЦР-анализ в большинстве медицинских лабораториях, имеющих термоциклические машины, обычно проходит за несколько часов. Более того, новейшие тесты на нуклеиновые кислоты могут дать результаты вообще за считанные минуты, и некоторые из них можно настроить на обнаружение SARS-CoV-2.
Например, у гиганта здравоохранения Abbott есть устройство под названием ID NOW размером с тостер. Оно появилось в 2014 году и проводит тесты на грипп, стрептококк и респираторно-синцитиальный вирус, сообщая результат за считанные минуты. В прошлом месяце компания быстро собрала анализ для тестирования COVID-19, который совместим с ее платформой ID NOW. По словам компании, положительные результаты могут быть получены через пять минут.
27 марта компания Abbott объявила, что получила разрешение на экстренное использование этого устройства от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) — по сути это зеленый свет для продажи теста во время нынешней чрезвычайной ситуации в области общественного здравоохранения. На этой неделе компания предоставит доступ к тесту в учреждениях неотложной медицинской помощи в Соединенных Штатах, где используется большинство аппаратов ID NOW, и в скором времени он будет доступен по всему миру.
Что такое иммуноанализ?
Другой основной способ проверить наличие COVID-19 — это иммуноферментный анализ. Вместо того, чтобы анализировать генетический материал, эти тесты обнаруживают белки, производимые либо самим вирусом, либо иммунной системой организма в ответ на вирус. Эти тесты могут выявить признаки прошлых или текущих инфекций.
Вирусы покрыты белковыми структурами, называемыми шипами, которые являются уникальными для каждого вируса. Когда иммунная система организма включается в борьбу с инфекцией, она вырабатывает свои уникальные белки, называемые антителами, которые прикрепляются к белковым структурам вируса.
Уникальная связь между антителами и их соответствующими вирусными белками, или антигенами, делает обе стороны хорошими мишенями для диагностики. На этом и базируется иммуноанализ: антитела и антигены используются в качестве приманки для захвата своих соответствующих партнеров.
Образец — кровь, плазма или сыворотка — проходят тест, обычно в формате иммунохроматографического анализа. Антитела в образце крови распознают и связываются с антигенами в тесте. Аналогично, вирусные антигены в образце крови будут связываться с антителами в тесте. Любое связывание, которое имеет место быть, указывает на положительный результат теста.
Иммуноанализ не так чувствителен, как тесты на нуклеиновые кислоты, особенно в первые дни после заражения. «Проблема в том, что вам нужно очень много образцов вируса, чтобы увидеть положительный сигнал», — говорит Ягер. Но иммуноанализы, как правило, проще в использовании, они портативны и быстры — важные преимущества для использования в загруженном отделении неотложной помощи. Экспресс-тесты особенно полезны в качестве инструментов сортировки, поскольку они могут быстро сообщить медицинским работникам, должен ли пациент отправиться в карантинное отделение больницы, или же может пойти в общую палату.
Излечившийся от коронавируса пациент жертвует плазму для ускорения разработки иммуноанализа на COVID-19.
Некоторые типы иммуноанализов, так называемые серологическими анализами, можно использовать через несколько недель после заражения, чтобы подтвердить, что у человека был вирус и он выздоровел. Для коронавируса они пока что находятся в стадии разработки. Например, Университет Миннесоты и Клиника Майо говорят, что готовят такой тест, который может быть полезен для определения того, какие медицинские работники обладают иммунитетом к коронавирусу.
В настоящий момент все диагностические тесты на COVID-19, получившие разрешение FDA на экстренное использование, являются тестами на основе нуклеиновых кислот. Но многие иммуноферментные анализы находятся в стадии разработки. Почти половина будущих тестов на COVID-19 в глобальном списке FIND — это иммуноанализы.
Чего действительно не существует, так это домашнего чувствительного одноразового теста на COVID-19, похожего на тест на беременность. «На данный момент для COVID-19 нет ничего подобного», — говорит Ягер. Еще 20 марта ВОЗ предупредила о наличии на рынке большого числа «неавторизованных мошеннических тестовых наборов, которые продаются для тестирования на COVID-19 в домашних условиях».
В итоге на данный момент тесты на коронавирус, которые принимают различные лаборатории, основаны на нуклеиновых кислотах. Возможно, через некоторое время к ним добавятся иммуноанализы, которые смогут проводить даже врачи скорой помощи. Но ожидать домашних тестов, которые можно купить в ближайшей аптеке, пока что точно не стоит.
