Sekvenování (čtení genetické informace) může být klíčovou zbraní proti šíření nového koronaviru, říká mikrobiolog z univerzity v Cambridgi Ewan Harrison. Britská varianta, která se na podzim objevila v Anglii, podle něj obsahuje mutace, které jí pomáhají se šířit mnohem snáz. O vědeckém postupu proti nákaze Harrison mluvil v exkluzivním rozhovoru pro Českou televizi.
Jak se vám podařilo objevit novou variantu viru?
Na začátku prosince došlo k nárůstu počtu nakažených, a to zejména v jihovýchodní části Anglie. V rámci programu monitorujícího covid v Anglii rutinně sekvenujeme virus ze vzorků z celé populace, ale také ze vzorků z nemocnic.
Analytici z anglického úřadu veřejného zdraví se začali zabývat případy, u kterých byl známý genom spojený s oblastí, kde byl zaznamenán nárůst případů. Při bližším zkoumání sekvencí viru objevili, že všechny tyto viry mají určitou sadu mutací – jsou jedinečné ve 23 různých mutacích, z nichž 14 způsobuje změny funkce proteinu i viru samotného. Následně začala velmi rychlá druhá kontrola a testovací centra z celé Británie začala hlásit, že jeden z cílů, které vyhledává diagnostický test, S protein, začal tak trochu zlobit. Dvě části testu byly pozitivní, ale jedna část byla negativní, což se nazývá výpadek genu S.
My jsme následně zkoumali, jestli je výpadek genu S spojen s přítomností těchto mutací. Tohoto zjištění jsme využili pro testování napříč celou Anglií a zjistili jsme, jaké je zastoupení této varianty v populaci – a že narůstá. Následně jsme tato zjištění obratem hlásili anglickému Úřadu veřejného zdraví, vláda to zveřejnila a potom nahlásila WHO.
Jaké jsou známé vlastnosti této varianty?
Z dat, která v tuto chvíli máme, víme, že existuje několik mutací, jedna z nich se pravděpodobně snadněji váže na receptor lidských buněk napadených virem. Jiná, která budí obavy, je spojena s pacienty s oslabenou imunitou, kteří mají velmi dlouhé průběhy infekcí. Tato mutace se vyvinula, aby unikla imunitnímu systému. Informace, které jsme získali z našich dat, se shodují s matematickými modely a ukazují, že tato varianta viru je potenciálně mnohem více přenosná. Rozšiřuje se rychlejším tempem a v Británii postupně nahrazuje jiné varianty viru.
O kolik procent rychleji se tento virus šíří? O čtyřicet, padesát nebo šedesát procent rychleji než předchozí varianta?
Jedná se o odhady založené na našich datech, která ukazují asi o čtyřicet procent efektivnější přenos. Nicméně pořád se jedná o odhady, v současné době probíhají experimenty za účelem zjištění, jak se virus chová po proniknutí do lidské buňky a jak se liší od původní varianty. My pochopitelně sledujeme tento virus dlouhodobě a průběžně odhady zpřesňujeme. Počáteční odhad byl čtyřicet procent.
Těch čtyřicet procent je nejlepší odhad, který teď máme, protože čekáme na více dat. Je to tak?
Ano, samozřejmě vzniká větší množství dat, která mohou být revidovány oběma směry.
Ve vaši databázi máte velké množství genomu. Jak vybíráte vzorky pro sekvenování?
V Anglii jsme osekvenovali asi dva a půl tisíce případů a zaměřili jsme se na dva cíle. Prvním cílem je dohled, v rámci kterého se snažíme zachytit virus ve Velké Británii z náhodného vzorku populace, tudíž testujeme běžnou populaci, pokud možno rovnoměrně v celé zemi.
Důvodem je nová linie koronaviru. Pokud se objeví něco nového, máme velkou šanci odhalit to včas. Současně také sbíráme vzorky od nakažených, kteří jsou hospitalizováni, snažíme se získat vzorky od pacientů v nejvážnějším stavu.
Nyní se zaměřujeme na potenciální reinfekce, případy selhání vakcíny, zajímají nás také pacienti s oslabenou imunitou, kteří mohou být pozitivní po velmi dlouhou dobu. Jsme také součástí několika vládních studií, které se věnují vzorkování konkrétní části populace. Jednu z těchto studií vede národní ústav pro statistiku, který týdně náhodně testuje v podstatě celou populaci, takže lze odhadnout frekvenci infekce napříč celou Velkou Británií. My se nyní snažíme tyto vzorky sekvenovat, protože skvěle ukazují, jak se situace den ode dne vyvíjí.
Objev britské mutace je vynikající pokrok
Ve Velké Británii jste osekvenovali přes 200 tisíc vzorků. Mohl byste porovnat tohle číslo k počtu osekvenovaných vzorků ve světě?
V tuto chvíli disponuje Velká Británie zdaleka největším počtem virových sekvencí, také Dánsko má ale velký program věnující se virové genomice, dále Kanada nebo Island. Množství států, které sekvenují, roste.
Myslím, že jsme vytvořili nejvíce vzorků, ale zároveň myslím, že některé země mají o něco vyšší podíl vzorků, které jsou sekvenovány, my sekvenujeme asi šest procent všech našich případů. V současné době zjevně dochází k velkému nárůstu lidí věnujících se sekvenování virů, zejména pak této nové variantě, která byla poprvé nahlášena ve Velké Británii, v Brazílii a také v Jižní Africe. K velkému rozmachu virové genomiky dochází globálně.
Mohl byste to shrnout a jasně vysvětlit, proč je tak důležité sekvenovat koronavirus SAR-CoV-2?
Má to hned několik důvodů. Objev nové varianty je skutečně „fantastický“, protože nám umožňuje sledovat pohyb viru v globálním měřítku, což mimo jiné umožňuje zemím, aby včas přijaly dostatečná opatření, která by šíření této nové varianty zastavila. S naší znalostí viru nám to navíc umožňuje sledovat u této varianty viru vznik dalších mutací a jejich vliv na biologii viru.
To je nyní, když se rozjela celosvětová produkce vakcín, myslím ještě důležitější. Pokud se totiž objeví varianta viru, která bude schopná překonat nebo obejít vakcinací vzniklou imunitu, budeme schopni šíření takové varianty sledovat a v zasažených oblastech případně zavést preventivní opatření.
Navíc nám tato metoda pomůže zjistit, s jakou frekvencí jednotlivé mutace vznikají, zda některé vznikají opakovaně, a s těmito znalostmi pak navrhnout složení budoucích vakcín tak, aby byly schopné tyto mutované kmeny viru eliminovat.
Takže v tuhle chvíli je pro nás prospěšné, abychom dokázali kontrolovat pandemii. Je to tak?
Ano. Kontrola průběhu pandemie a prevence přenosu. Až se počty nakažených sníží opět pouze na malá čísla. Je důležité porozumět nejen tomu, zda se virus přenáší na pracovištích nebo ve školách, ale také tomu, jakým způsobem se pohybuje mezi jednotlivými státy a jak je typicky importován.
První vlna infekce byla do Británie skutečně importována a my jsme schopni jednoznačně určit, ze kterých zemí. To je důležitá informace zejména pro správné nastavení opatření na hranicích nebo pro délku karantén příchozích cestujících. Virová genomika nám tedy poskytuje jasné odpovědi, které můžeme využít pro pochopení a následné zastavení šíření nákazy.
Sekvenování je věda
Jak vlastně vypadá testování a sekvenování ve Velké Británii?
V Británii tvoří základy genomického programu dva typy testování. Jednak je to testování v nemocnicích národního zdravotnického systému NHS, které se nachází ve všech částech země a které vyhodnocují primárně pacientské vzorky. Druhým typem je rozsáhlé komunitní testování, ze kterého jsou vzorky odesílány do velkých, továrnám podobných testovacích zařízení provozovaných firmou Whitehouse labs. Pět těchto zařízení posílá denně vzorky k sekvenaci do Wellcome Sangerova institutu. Zbytek vzorků je odesílán do šestnácti nemocnic NHS, kde jsou následně sekvenovány.
Vzorky přichází v 96jamkových destičkách, které obsahují pozitivní i negativní vzorky, z nich musíme vybrat pozitivní vzorky, které chceme sekvenovat. Přicházejí ale také vzorky v podobě nosních výtěrů a ty je potřeba ještě dodatečně zpracovat.
Naše práce spočívá v tom, že z těchto vzorků izolujeme genetický materiál, tedy v případě koronaviru RNA. V dalším kroku je nutné konvertovat RNA na DNA pomocí speciální enzymatické reakce, následuje její samotná sekvenace.
Naše genomické oddělení je velké a disponuje velkým množstvím sekvenačních technologií. Technologie, kterou používáme k tomuto účelu, je velmi rychlá, ale samozřejmě je také mnohem nákladnější.
Také jsme významně rozšířili naše výpočetní centrum, jehož základy byly z rozpočtu britské vlády postaveny ještě před začátkem pandemie. Všechna sekvenační data se nahrávají do centrálního počítače, jinými slovy na cloudové uložiště, kde provádíme kontrolu kvality dat a analýzy samotné, a pak data ukládáme do veřejně přístupné databáze, kde se k nim mohou dostat vědci z celého světa. Data jsou volně dostupná. Dodáváme je také britským zdravotnickým agenturám, univerzitám, vládě v podobě pravidelných sdělení, ale také místním úřadům odpovědným za kontrolu šíření infekce.
Je to drahé?
Z hlediska nákladů jsme zaznamenali značný pokles ceny sekvenace. Zatímco na začátku pandemie stálo sekvenování jednoho vzorku asi 60 eur, může se dnes cena sekvenace pohybovat až kolem 15 eur za vzorek. Cena ale vždy závisí na použité technologii. Čím rychlejší sekvenace, tím dražší. V průměru je to však kolem 35 eur za vzorek.
Podívejte se na celý rozhovor v angličtině:
