На момент написания этой статьи в мире было зарегистрировано почти три с половиной миллиона подтвержденных случаев COVID-19. Количество смертей приближается к 250 000. Во всем мире страны стремятся увеличить свои возможности тестирования вируса – как проводятся эти тесты и как они работают?
Тесты, которые в настоящее время используются для идентификации коронавирусной инфекции, известны как тесты ПЦР. ПЦР означает «полимеразная цепная реакция», и это ни в коем случае не новый метод тестирования – тесты ПЦР используются с 1980-х годов и имеют целый ряд применений, включая диагностику инфекционных заболеваний. Тесты позволяют копировать небольшое количество ДНК миллионы раз, чтобы было достаточно для обнаружения и подтверждения инфекции.
Для тестирования на вирус требуется образец. Сначала берут мазок, обычно из носа пациента или сзади его горла. Затем мазок помещают в надежный контейнер и отправляют в лабораторию для дальнейшего анализа. Анализ должен быть проведен в течение нескольких дней после взятия пробы.
ДНК составляет наш генетический материал и материал некоторых типов вирусов. Но вирус, вызывающий COVID-19, SARS-CoV-19, содержит не двухкомпонентную ДНК, а однокомпонентную РНК. Поскольку ПЦР-тесты могут делать только копии ДНК, нам необходимо сначала преобразовать РНК в ДНК.
РНК вируса извлекается из образца мазка. Затем его нужно очистить от человеческих клеток и ферментов, которые в противном случае могут помешать ПЦР-тесту. Часто для этого в лабораториях используются комплекты, изготовленные поставщиками химикатов специально для этой цели.
Очищенная РНК смешивается с ферментом под названием обратная транскриптаза. Этот фермент преобразует одноцепочечную РНК в двухцепочечную ДНК, чтобы ее можно было использовать в тесте ПЦР.
Затем ДНК вируса добавляется в пробирку, к которой также добавляются следующие компоненты:
Грунтовки: это короткие участки ДНК, предназначенные для связывания с характерными частями ДНК вируса. Поэтому они не будут связываться с ДНК, которая не является частью вируса.
Нуклеотиды: это строительные блоки, которые составляют ДНК.
Фермент, создающий ДНК: это делает копии ДНК.
Машина ПЦР нагревает смесь. Это приводит к распаду двухцепочечной ДНК, и тогда праймер может связываться с ДНК, когда она охлаждается. После того, как праймеры привязаны к ДНК, они служат отправной точкой для фермента, создающего ДНК, чтобы помочь скопировать ее. Этот процесс продолжается путем многократного нагрева и охлаждения до тех пор, пока не будут созданы миллионы копий ДНК.
Это объясняет, как ПЦР усиливает генетический код вируса, но не то, как он обнаружен. Вот где флуоресцентные красители, добавленные в пробирку во время копирования ДНК, поступают. Они связываются с скопированной ДНК, что усиливает их флуоресценцию, заставляя их излучать больше света. Именно этот свет позволяет нам подтвердить наличие вируса.
Флуоресценция увеличивается по мере того, как появляется больше копий ДНК вируса. Если флуоресценция пересекает определенный порог, установленный выше ожидаемого фонового уровня, то тест положительный. Если вирус не присутствовал в образце, то ПЦР-тест не будет делать копий, поэтому порог флуоресценции не достигается – тест отрицательный.
Несмотря на то, что они могут показаться сложными, ПЦР-тесты – довольно надежный способ тестирования на инфекционные заболевания, поэтому они широко используются для тестирования на COVID-19. Однако некоторые страны столкнулись с проблемами при попытке расширить свои возможности тестирования.
Одной из причин этого является просто тот факт, что для тестирования требуется время. Для получения результатов может потребоваться несколько часов; в сочетании с возможностями лабораторий по тестированию это накладывает ограничение на то, сколько тестов может провести одна лаборатория в день. Небольшая исследовательская лаборатория может проводить около 80 тестов в день; гораздо большие лаборатории с несколькими машинами могут работать в диапазоне 1000-2000.
Другим ограничением является наличие реагентов, необходимых для проведения тестов. Ранее мы упоминали, что некоторые компании продают наборы для извлечения РНК на этом этапе процесса. Глобальный спрос на эти тесты после пандемии привел к дефициту, ограничив количество проводимых тестов.
В некоторых случаях тесты функционировали не по назначению. Тесты, первоначально предусмотренные для диагностики в США, содержали различные наборы праймеров для различных целей. В их число входила та, которая в качестве одной из форм контрольного теста была нацелена на генетическую последовательность, обнаруженную во всех коронавирусах. Эта часть теста не функционировала правильно; хотя она не останавливала их от использования, она вызывала путаницу в отношении того, были ли результаты положительными или нет, замедляя диагностику.
Загрязнение или деградация также могут вызывать проблемы. Это может привести к ложноположительному результату (когда у кого-то нет вируса, но тест говорит, что есть) или ложноотрицательному (когда у кого-то есть вирус, но тест говорит, что его нет).
Последним большим ограничением такого типа тестирования является то, что оно может сказать вам, есть ли у кого-то вирус во время тестирования. Он не может сказать нам, был ли у него вирус, но впоследствии восстановился перед тестированием. Это довольно полезно знать, как если бы у кого-то был вирус, и он восстановился, он будет иммунитетом, чтобы поймать его снова (по крайней мере, на некоторое время).
Тип теста, который может сказать нам, был ли у кого-нибудь ранее вирус, является тестом на антитела. Ваш организм вырабатывает антитела для борьбы с инфекциями. Эти антитела остаются в крови в течение некоторого времени после инфекции, и тесты могут их обнаружить. В настоящее время некоторые компании работают над тестами на антитела для вируса SARS-CoV-2, и ожидается, что они будут быстро развернуты, как только станут доступны.
Существуют и другие тесты, которые могут оказаться полезными. Другой тип ищет специфические белки на поверхности вирусов. Они быстрее, чем ПЦР-тестирование, но и менее чувствительны, поэтому больше шансов на неточный результат.
Всемирная организация здравоохранения подчеркнула важность тестирования как части глобального ответа на пандемию COVID-19. Существует значительная вариативность в количестве тестов, проводимых в разных странах. Меньшее количество тестов означает, что труднее отслеживать распространение инфекции, а также изолировать и отслеживать контакты инфицированных.
До тех пор, пока возможности тестирования не увеличатся и не станет доступно больше типов тестов, страны советуют своим гражданам самоизолироваться, если они считают, что у них могут быть симптомы вируса. Некоторые могут знать наверняка, что вирус появился у них только после того, как станут доступны тесты на антитела, но следовать этим советам и на социальном дистанцировании – лучший способ предотвратить его распространение.
Помните, что, хотя вы можете быть не в одной из групп, наиболее подверженных риску серьезных осложнений или смерти от вируса, ваши действия могут помешать вам передать его кому-то другому. И на самом деле, пребывание в вашем доме в течение нескольких недель кажется небольшой ценой, которую нужно заплатить, чтобы спасти жизнь.