Секвенирование вируса у трети ВИЧ-положительной популяции Орловской области поможет бороться с эпидемией в регионе
Учёные из Сколтеха, ИППИ РАН, ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора и Орловского областного центра по профилактике и борьбе со СПИД провели первое подробное геномное исследование эпидемии ВИЧ-1 в России. Коллектив секвенировал клинически значимую часть генома вируса из образцов, взятых у примерно трети всех заражённых лиц в Орловской области. Исследователи рассчитывают, что полученные ими данные помогут усовершенствовать меры профилактики и борьбы с распространением ВИЧ-инфекции в регионе и за его пределами. Работа опубликована в журнале Virus Evolution.
Глобальная эпидемия ВИЧ/СПИД началась в 1981 году, и до сих пор является серьезной проблемой здравоохранения. Для эффективного противодействия распространению ВИЧ необходимо учитывать характерные особенности эпидемии в каждом отдельно взятом регионе. Например, определение преобладающих путей передачи инфекции на основе недавно зарегистрированных случаев помогает медикам и властям устанавливать самые уязвимые на настоящий момент группы населения и адаптировать свою стратегию.
В некоторых странах структуру эпидемии отслеживают с особой точностью за счёт привлечения генетических данных, сбор которых регулярно производится для мониторинга мутаций устойчивости к лекарствам. Такого рода «молекулярная эпидемиология» позволяет учёным эффективно обнаруживать растущие кластеры передачи инфекции, ранжировать их по темпам роста, подразделять по путям передачи и полам и выявлять распространение резистентных штаммов.
В России ежегодно регистрируется 100 тыс. новых случаев ВИЧ-инфекции; в общей сложности заражён каждый сотый взрослый. Молекулярная эпидемиология может помочь в борьбе с этой значимой угрозой здоровью общества, но на сегодня её методы мало применимы, поскольку генетические данные доступны лишь для 1% известных случаев ВИЧ-инфекции в России.
Научная группа во главе с профессором Сколтеха Георгием Базыкиным исследовала российскую эпидемию ВИЧ-инфекции «в миниатюре», просеквенировав клинически значимые участки генома вируса из образцов, взятых у одной трети зарегистрированных ВИЧ-положительных пациентов в Орловской области.
Геном ВИЧ состоит из девяти генов. Один из них, называемый pol, кодирует три белка, на которые воздействуют антиретровирусные медикаменты. Как следствие, этот ген имеет особое клиническое значение, и именно мутации в нём могут вызывать устойчивость вируса к лекарственным препаратам. Таким образом, внимание учёных как правило сконцентрировано на этих примерно 30% генома ВИЧ; в своей работе исследователи из Сколтеха и их коллеги секвенировали примерно половину этого участка.
Есть два типа вируса иммунодефицита человека, но в большинстве случаев речь идёт о так называемом ВИЧ-1 — именно он преобладает по всему миру. Описано четыре случая передачи этого вируса человеку от животных. К ним восходят основная группа M и ещё три сравнительно редкие группы, на которые подразделяют все штаммы вируса.
В рамках основной группы, которая ответственна за глобальную эпидемию ВИЧ, выделяются субтипы A, B, C и др. Исторически сложилось, что они неравномерно распространены в мире. Например, преобладающий в США и Западной Европе субтип B не играет столь важной роли в России, где движущей силой эпидемии является субтип A. Сосуществующие на одной территории субтипы время от времени порождают так называемые рекомбинантные, смешанные формы. Опознать субтип или рекомбинант ВИЧ можно довольно точно по анализу фрагмента всё того же гена pol.
Как оказалось, эпидемия ВИЧ-1 в Орловской области представлена в первую очередь тремя генетическими вариантами — субтипами A (87%) и B (2%) и так называемой циркулирующей рекомбинантной формой 63 (CRF63, 7%), которая возникла при рекомбинациимежду субтипом A и другим генетическим вариантом. Анализ субтипов позволяет исследователям связывать генетические варианты с преобладающим путём передачи вируса. Скажем, субтип A связан с гетеросексуальным каналом передачи и нарушением гигиены при инъекции наркотиков, что хорошо согласуется с официальной информацией о том, что в России в эпидемию ВИЧ вовлечена в основном гетеросексуальная популяция. Традиционно связываемый с гомосексуальными контактами субтип B, в свою очередь, действительно оказался значимо насыщен пациентами, которые сообщали о гомосексуальности.
Учёные также исследовали, сколько раз и когда вирус проникал в Орловскую область. Для этого орловские последовательности вируса рассмотрели в филогенетическом контексте собранных за пределами Орла образцов. В результате выявились орловские образцы, которые восходят к другим образцам, собранным за пределами области (рисунок 1). По оценкам авторов работы, за последние 20 лет ВИЧ был ввезён в Орловскую область более 300 раз. Из них 80 случаев породили наблюдаемые цепочки распространения инфекции. На основании наблюдаемых случаев проникновения в область субтипа A коллектив оценил репродуктивное число R, характеризующее субэпидемию этого преобладающего варианта. (Метрика R отражает, скольких людей в среднем заражает один инфицированный.)
«По нашим оценкам, одна первичная инфекция порождает 2,8 вторичных инфекций, что свидетельствует об умеренно растущей эпидемии», — прокомментировала результаты первый автор статьи, младший научный сотрудник Сколтеха и ИППИ РАН Ксения Сафина.
Рисунок 1. Определение цепочек передачи инфекции (transmission lineages) и изолированных случаев (singletons) в Орловской области, порождаемых при завозе вируса в регион. Источник Ксения Сафина/Сколтех и ИППИ РАН
«Рост числа инфекций, который мы видим в России, приводит к тому, что масштабы эпидемии продолжают расти. В первую очередь это связано с недостаточным обеспечением противовирусной терапией. ВОЗ стремится к так называемой “стратегии 95-95-95”, согласно которой не менее 95% людей, у которых диагностирована ВИЧ-инфекция, должны получать антиретровирусную терапию. В России же эта доля до сих пор остается низкой. Терапия не дает вирусу передаваться, а её отсутствие приводит к тому, что заражается все больше людей», - комментирует Базыкин.
В основе определения случаев «завоза» вируса в область лежит идея филогенетического древа (рисунок 1): группы родственных орловских образцов, восходящие к образцам за пределами области, свидетельствуют как минимум об одном эпизоде завоза вируса. Единичные орловские образцы, которые не входят в состав ни одной цепочки распространения, признаются следствием такого завоза, который не повлёк наблюдаемого распространения вируса в регионе.
Особый интерес представляет один из случаев весьма недавнего проникновения в регион рекомбинантной формы CRF63. Для исследователей стало неожиданностью, что этот эпизод оказался ответственным за огромное количество заражений (см. рисунок 2). Сравнение наиболее распространённого субтипа A с рекомбинантом CRF63 говорит о том, что последний, по всей видимости, распространяется быстрее. Точные причины этого непонятны — есть ряд возможных объяснений, и соответствовать действительности могут одновременно несколько из них.
С одной стороны, может отличаться сама биология вируса: рекомбинант может действительно оказаться заразнее. Прежние исследования уже показывали различия между вариантами ВИЧ с точки зрения вирусной нагрузки, реакции на терапию и скорости течения болезни. CRF63 — сравнительно молодой вариант, который пока не изучен экспериментально, поэтому такое объяснение не исключено.
В то же время быстрый рост кластера может объясняться не собственно биологическими, а эпидемиологическими различиями между субтипом A и CRF63. Последний появился в Орловской области позже, чем имело место большинство эпизодов проникновения субтипа A, и потому рекомбинант в среднем «моложе». А хорошо известно, что в среднем ВИЧ-положительные лица передают инфекцию значительно чаще в первые месяцы после заражения. Это тоже может объяснять, почему сравнительно «молодой» рекомбинант распространяется быстрее. Относительно небольшая доля носителей рекомбинантного вируса проходит терапию, и это тоже указывает на то, что данная инфекционная волна началась недавно: во многих случаях болезнь еще не дошла до той стадии, когда большинство ВИЧ-положительных лиц вынуждены обратиться за медицинской помощью.
Кроме того, процент наркоманов среди носителей рекомбинантного вируса выше, чем в случае с магистральным субтипом A. Это тоже может отчасти объяснять различие в скорости распространения.
Рисунок 2. Вопреки своему недавнему проникновению в регион рекомбинантная форма CRF63 неожиданно сильно в нём представлена. На графике — зависимость количества орловских образцов в трансмиссионной линии (по вертикали) от предполагаемой даты завоза (по горизонтали). Красная точка в правом верхнем углу соответствует эпизоду проникновения рекомбинантной формы примерно в 2014 году. Источник: Ксения Сафина и др./Virus Evolution
Научный коллектив надеется, что результаты исследования помогут СПИД-центрам более эффективно бороться с эпидемией. «Каковы бы ни были факторы его распространения, ясно, что рекомбинантный кластер CRF63 может оказать значительное влияние на эпидемиологическую ситуацию в Орловской области и за её пределами. Необходимо пристально следить за ним и прерывать цепочки распространения инфекции», — заявил Базыкин.
Исследователи сообщили о быстро растущем кластере CRF63 в СПИД-центр Орла. Они также собираются продолжить изучать эпидемиологическую ситуацию, опрашивать ВИЧ-положительных лиц из данного кластера и реконструировать круг их контактов. Коллектив планирует собирать и анализировать новые образцы из Орловской области практически в режиме реального времени и сообщать о новых растущих кластерах в СПИД-центр. Если этот проект будет успешен, он станет первым в своём роде в России и сможет продемонстрировать пользу молекулярно-эпидемиологического подхода для борьбы с ВИЧ.
Освещённое в этом пресс-релизе исследование было профинансировано Российским научным фондом (проект № 21-74-20160).
*****
Сколтех — негосударственный международный университет. Созданный в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом, институт готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: искусственный интеллект и коммуникации, науки о жизни и здоровье, прорывная инженерия и передовые материалы, энергоэффективность и ESG, фотоника, перспективные исследования. В 2019 году Сколтех единственный от России вошёл в первую сотню молодых университетов рейтинга Nature Index, самого престижного в сфере науки. Сайт: https://www.skoltech.ru/.
