С началом пандемии появилось несколько видов тестов, позволяющих диагностировать новый коронавирус. Как именно они работают, в какой момент нужно сдавать кровь, а в какой — мазок и почему их результаты не всегда стоит воспринимать как истину в последней инстанции, рассказывает Таня Мельник, доцент кафедры медицины Миннесотского университета.
Молекулярные и антигенные диагностические тесты
Диагностические тесты для обнаружения коронавирусной инфекции основаны на выявлении элементов вируса: РНК или белка. В обоих случаях выбирается уникальный элемент SARS-CoV-2, чтобы снизить риск перекрестной реакции со сходными вирусами. Вирион (внеклеточная форма вируса) SARS-CoV-2, как и другие коронавирусы, по своей форме чем-то напоминает мяч с шипами – то самое растиражированное изображение COVID-19. «Шипы» образованы шиповидным белком (S) и отвечают за взаимодействие вируса с клеткой хозяина и проникновение в нее. Шиповидные белки уникальны для каждого вида коронавируса. Оболочка вируса образована липидной мембраной, позаимствованной у клетки хозяина, с включением вирусных белков оболочки Е и М. Именно эти два белка участвуют в образовании вирионов и в поддержании их сферической формы. Внутри вириона находится его генетический материал, молекула РНК, упакованная вместе с белками нуклеокапсида (N). Вместе РНК и белки N образуют структуру, сходную с бусинами на нитке. Это позволяет свернуть длинную цепочку РНК в компактную форму. Генетический код разных видов коронавирусов во многом схож. Например, геномы вирусов SARS и SARS-CoV-2 похожи больше чем на 80%. Но и различий вполне достаточно, они и используются в дизайне диагностических тестов: для теста выбираются уникальные последовательности генома и белки, присущие определенному вирусу.
ПЦР-тест
Этот тест основан на обнаружении генетического материала вируса в биологическом образце методом полимеразной цепной реакции (ПЦР). Метод использует праймеры – короткие цепочки нуклеиновых кислот, специально подобранные для распознавания уникальных мишеней-последовательностей в геноме вируса, и полимеразу – фермент, который создает из праймеров, распознавших участки вируса, более длинные цепочки, копию вирусного гена. Праймеры и полимераза работают вместе только в том случае, если в образце есть генетический материал вируса.
В случае коронавируса в тест-системах используются разные гены по выбору производителя. В некоторых тестах может быть задействовано более одной мишени, что повышает чувствительность и специфичность. Чаще всего в качестве мишеней используются гены нуклеопротеина (N), шиповидного белка (S) или РНК-зависимой РНК полимеразы (RdRP). Уникальные последовательности праймеров для любой из тест-систем были выбраны на основе анализа сходных коронавирусов и являются уникальными для SARS-CoV-2. Это позволяет исключить инфекцию другим коронавирусом как причину положительного теста на ковид. Материал для теста получают при помощи мазка из носоглотки или носа, иногда бронхов. Слюна тоже может быть использована для анализа, но вероятность ложно-отрицательного теста в таком случае выше из-за более низкой концентрации вируса. Вероятность ложноположительного ПЦР теста достаточно низкая и чаще всего связана сo случайным попаданием вируса в образец пациента при заборе материала на анализ. Чувствительность теста в среднем — около 95%, специфичность — около 98%. Чувствительность ПЦР-теста в реальных условиях может быть ниже в определенных тест-системах, а также при низкой вирусной нагрузке, которая зависит как от дня от начала заболевания, так и от индивидуальной реакции пациента на вирусную инфекцию.
Чувствительность экспресс-тестов ниже стандартных лабораторных тестов. В связи с высокой чувствительностью теста генетический материал вируса может быть обнаружендаже спустя несколько недель после острой инфекции. В большинстве случаев выздоровевшие пациенты не заразны после двух недель от начала симптомов, несмотря на положительный тест. Исключение представляют собой пациенты с сильной иммуносупрессией, как, например, при химиотерапии лимфомы. У таких людей вирус может оставаться активным и способным к заражению продолжительное время.
Главный внештатный пульмонолог Минздрава России Сергей Авдеев заявлял, что примерно в 30-40% случаев ПЦР-тест на коронавирус может дать ложноотрицательный результат. Но к качеству тестов в Минздраве претензий нет — ошибки там связывают с тем, как осуществляется забор проб.
Тесты на антигены коронавируса
Тесты на антигены вируса основаны на выявлении частиц вируса в исследуемом материале. Осуществляется это при помощи антител, которые распознают белки вируса – антигены. Большинство тестов на данный момент построено на обнаружении шиповидного белка вируса SARS-CoV-2. Тесты на антиген вируса требуют меньше времени, могут быть сделаны вне лаборатории и стоят дешевле, чем ПЦР-тесты. Но при этом их чувствительность ниже, около 56%, хотя специфичность остается высокой и достигает 98%. Тест на антиген коронавируса может быть сделан по анализу из носа или носоглотки, а также по анализу слюны. Поскольку тест дает быстрый ответ при достаточно низкой чувствительности, его часто комбинируют с ПЦР-тестом, что снижает частоту ложноотрицательного результата у пациента.
Использование диагностических тестов
ПЦР-тест и антигенный тест чаще всего используются для диагностики острой коронавирусной инфекции. Положительный, как и отрицательный результат теста должны интерпретироваться исходя как из истории болезни, так и из клинической картины заболевания. Если у пациента есть симптомы COVID-19 и он контактировал с больным с подтвержденной коронавирусной инфекцией, то отрицательный тест не означает отсутствие у него коронавирусной инфекции. Диагностические тесты (ПЦР и антигенный) также используются для скрининга бессимптомных пациентов, чтобы отследить цепочки заражения и последующей изоляции. В некоторых странах этот тест требуется перед операциями и процедурами, а также химиотерапией.
Серологические тесты — на антитела
Серологические тесты определяют наличие в крови пациента антител — иммуноглобулинов, выработанных в ответ на инфекцию. Насчитывается пять классов иммуноглобулинов. Из них три класса, IgM, IgG и IgА являются основными в иммунной защите организма.
Антитела – это сложные белки с несколькими функциями. Они способны не только распознавать специфические патогены, но и активировать защитные механизмы организма, позволяющие нейтрализовать и уничтожить вирусы и бактерии. Антитела – часть приобретенного иммунитета, поэтому их наличие в крови сигнализирует о встрече с определенным патогеном и подтверждает прошлую инфекцию.
При бактериальной инфекции развитие специфического иммунного ответа достаточно предсказуемо. Первыми на инфекцию реагируют клетки неспецифического иммунитета – нейтрофилы, макрофаги и моноциты. Их задача – найти и обезвредить врага, что они могут сделать и без наводки антител.
Дальше к делу подключается специфический иммунитет, способный распознать чужака и более эффективно его нейтрализовать, а также не дать ему вызвать инфекцию при повторном попадании в организм. За специфический иммунитет отвечают лимфоциты: В- и Т-клетки. Координация работы специфического иммунного ответа сложна и в определенной степени хаотична: организм определяет нужные антитела и клетки путем подбора из множества вариантов в процессе взаимодействия нескольких видов клеток. Те самые иммуноглобулины, которые способны защитить организм в будущем – дело совершенно случайной, но удачной мутации.
В большинстве клеток организма мутация, или изменение генома, не приветствуется. Но лимфоциты – исключение из этого правила. Определенные участки генома этих клеток активно мутируют, чтобы создать целую картотеку рецепторов для возможных врагов. Каждый из этих рецепторов может распознать один эпитоп – участок антигена. У В-клеток в качестве рецептора используется иммуноглобулины М и D, прикрепленные к поверхности клетки. У Т-клеток ту же роль играет белок сходной конструкции с добавочной функцией распознавания хозяина. При встрече с подходящим антигеном В-клетка способна не только распознать его, но и начать запуск антител. Т-клетки необходимы для активации В-клеток, а также для распознавания клеток организма, зараженных бактериями или вирусами.
Производство иммуноглобулинов обычно начинается с иммуноглобулина М, а потом переходит к иммуноглобулину класса G. Переход сопровождается дальнейшей подгонкой иммуноглобулина к эпитопу, в результате чего отбираются В-клетки с иммуноглобулинами, еще более точно распознающими эпитоп и более тесно связывающие его. Способность иммуноглобулина связывать антиген называется аффинностью. С течением инфекции и при повторной встрече с бактерией или вирусом аффинность увеличивается. Таким образом, в самом начале инфекции обычно обнаруживаются антитела класса М, а со временем их вытесняют антитела класса G.
Однако в случае коронавируса ситуация далека от классической. Антитела классов М и G к нескольким эпитопам вируса (нуклеокапсид и шиповидный белок) в отдельных случаях коронавирусной инфекции можно обнаружить уже на четвертый день от начала инфекции.
Антитела IgG и IgM иногда можно обнаружить уже на четвертый день от начала инфекции
В то же время чувствительность серологических тестов в первые две недели от начала симптомов остается крайне низкой, всего около 30%. Чувствительность значительно повышается после второй недели заболевания и достигает 72%. Антитела класса М могут быть обнаружены в крови и спустя несколько недель после острой инфекции, поэтомы не являются индикатором риска заражения. Диагностика осложняется выбором антигенов для анализа: в некоторых тест-системах для определения антител используется нуклеокапсид вируса, в других – шиповидный белок, в третьих – часть шиповидного белка, отвечающая за взаимодействие вируса с клеткой – рецептор-связывающих домен.
Чувствительность теста можно повысить, если использовать сразу несколько антигенов или же включить в тест IgG и IgМ. Во многих странах на рынке уже появились тест-системы самых разных компаний и продолжают появляться новые, что затрудняет интерпретацию серологических тестов без информации о конкретной тест-системе. Уровень антител может определяться как качественно (антитела обнаружены/отсутствуют), так и количественно, с определением уровня или титра антител по шкале, выбранной производителем.
Использование серологических тестов
Серологические тесты не рекомендуется использовать для диагностики острой коронавирусной инфекции, поскольку их чувствительность в первую неделю заболевания слишком низкая. В то же время они могут служить подтверждением недавней коронавирусной инфекции при соответствующей клинической картине и отрицательном ПЦР или антиген-тесте. Делать такой анализ стоит не раньше, чем по прошествии двух недель от начала симптомов, поскольку до этого уровень антител может быть слишком низким для достоверного результата.
Тест на антитела надо сдавать не раньше, чем через две недели после появления симптомов
Серологические тесты должны интерпретироваться с крайней осторожностью в целях определения защитного иммунитета к коронавирусу SARS-CoV-2. Далеко не все тест-системы могут выявить нейтрализующие антитела, то есть антитела, предотвращающие проникновение вируса в клетку. Поэтому стоит уточнить, что именно может определить тот или иной тест перед тем, как сдавать анализ. Иммунный ответ на коронавирусную инфекцию всё ещё недостаточно изучен. На данный момент неизвестно, дают ли антитела долгосрочную защиту, а также какой уровень антител необходим для этого: исследования показали как длительную циркуляцию антител в крови, так и их достаточно быстрое исчезновение. О том, что нейтрализующие антитела позволяют избежать инфекции, можно судить по публикациям о вспышках коронавирусной инфекции, в которых не заболевшими были люди с нейтрализующими антителами.
Повторные случаи инфекции были выявлены, но пока публикаций об этом недостаточно, чтобы понять факторы риска повторного заражения, в том числе, чтобы определить, связаноли оно с падением титра антител. Серологический анализ, доступный в большинстве коммерческих лабораторий, не позволяет определить способность нейтрализующих антител защитить от любого штамма коронавируса. Поэтому серологические тесты на данный момент не дают достоверного представления ни о степени защиты от повторного заражения, ни о времени, в течение которого человек защищен от коронавирусной инфекции, ни о том, что такая защита будет эффективна от другого штамма вируса.
Тесты для диагностики коронавирусной инфекции чаще всего используются для подтверждения клинического диагноза. Результат теста стоит интерпретировать, исходя из вероятности диагноза еще до проведения теста. Эта вероятность конкретно для коронавирусной инфекции определяется клинической картиной, историей инфекционных контактов, а также эпидемиологической обстановкой – заболеваемостью среди населения. Таким образом, отрицательный ПЦР-тест у пациента с кашлем, высокой температурой и одышкой, а также недавним близким контактом с человеком с уже подтвержденной коронавирусной инфекцией, не может полностью исключить COVID-19. В то же время тест на скрининге бессимптомного пациента без известных ему заразных контактов может оказаться ложноположительным.
B оптимальных условиях консультация специалиста поможет определить стратегию тестирования и интерпретацию диагностических тестов c учетом истории инфекционных контактов, симптомов и хода заболевания.
