Цепная реакция. Как работают тесты на коронавирус?
Как выглядят тесты на COVID-19, как они устроены, насколько точны и насколько доступны российским врачам? Об этом СПИД.ЦЕНТР поговорил с научной журналисткой, заместителем главного редактора портала PCR.news и профессиональным биологом Еленой Клещенко.
— Первый вопрос: а как вообще выглядит тест на коронавирус? Экспресс-тест на ВИЧ мы все видели: белая лопаточка с ручкой и пробирка с реагентом. Через 15 минут готов результат. Новый коронавирус тестируется по методу полимеразной цепной реакции (ПЦР). Насколько вообще его сложно производить?
— Выглядит тест на коронавирус как пробирки с прозрачными жидкостями в коробочке или пакетике, как-то так. Но чтобы провести саму реакцию и получить результат, нужно еще специальное оборудование.
Производить тест умеренно сложно, это высокие технологии, но очень хорошо отлаженные за много лет. Ограничения — как на любом производстве: реагенты и материалы, производственные мощности и должная культура производства — не надо объяснять, что будет, если чихнуть в пробирку, — плюс кадры. Каких объемов реально достигнуть — зависит от того, какие мощности будут задействованы: если, например, какие-то линии, которые сейчас производят ПЦР-тесты для других инфекционных заболеваний, волевым решением перебросить на SARS-CoV-2, производство возрастет.
— Почему сейчас тестируют коронавирус именно по методу ПЦР, а не иммуноферментного анализа, например, как ВИЧ? С ИФА диагностика была бы быстрее, дешевле? Или это вообще не имеет значения?
За подробностями лучше обратиться к специалистам в области молекулярной диагностики. Но, на мой взгляд, ПЦР с обратной транскрипцией, а именно он используется в случае с COVID-19, — хороший метод. Для ПЦР-тестов характерна высокая чувствительность. В их основе лежит амплификация нуклеиновой кислоты, то есть даже при малом количестве копий в образце можно получить хороший сигнал. Кроме того, для разработки таких тестов нужен, по большому счету, только геном вируса или часть генома.
— По факту ПЦР-тесты для COVID-19 появились почти сразу после того, как китайцы опубликовали расшифровку генома вируса. То есть для того, чтобы начать их разработку, не нужно было никаких образцов, хватило журнальной публикации и специалистов, способных быстро разработать технологию.
— Да. В том и прелесть ПЦР-теста, что для него достаточно генома вируса. Зимой, как только первый геном был опубликован, специалисты во всех странах начали заказывать синтез генетического материала nCoV-19. Зная нуклеотидную последовательность генома, в лаборатории можно получить участок этого генома и дальше экспериментировать уже с ним. В частности, проверить чувствительность и специфичность теста, используя вместо клинических образцов растворы ДНК.
В январе у ученых большинства стран вообще и не было другого выхода, настоящие пациенты имелись только в Китае. К такому методу могут быть претензии. Например, если чувствительность теста проверяется по растворам кДНК, не учитываются потери при обратной транскрипции. Тут разные другие тонкости. Но в целом ученые сработали очень оперативно.
КАК УСТРОЕН МЕТОД ПЦР?
ПЦР (полимеразная цепная реакция) — это метод тестирования, который способен находить генетический материал вируса непосредственно в крови пациента, слюне или любой другой жидкости, изобретенный в 1983 году американским биохимиком Кэрри Муллисом.
Он основан на многократном копировании (амплификации) определенных участков вирусной ДНК в лабораторных условиях. По факту, чтобы «засечь» вирус в организме, с помощью специального фермента, собирающего из нуклеотидов по образцу вирусной ДНК ее копию, ученые дублируют фрагменты генетического материала вируса, пока их число не станет настолько большим, что будет возможно зафиксировать его присутствие с помощью флуоресцентных меток.
Как это работает?
Сначала вирусную ДНК выделяют из материала, представленного в лабораторию, денатурируют: на этом этапе двухцепочечную ДНК-матрицу нагревают до 94—96 °C, чтобы цепи ДНК разошлись. Затем добавляют так называемые праймеры — начальные звенья цепочки, которые необходимы для старта синтеза новой копии, и так называемую полимеразу — тот самый фермент, который и будет заниматься репликацией ДНК.
Как правило, для лабораторной ПЦР используются ДНК-полимеразы из термофильных бактерий, поскольку в течение реакции смесь многократно охлаждают и нагревают. На следующем этапе в смесь из ДНК, полимеразы и праймеров добавляются нуклеотиды — то есть строительный материал для воспроизводства, после чего емкость с нею нагревается до 37°C, и процесс запускается.
На последующей стадии элонгации полимераза начинает синтез на каждой из двух цепочек разделенной ДНК недостающей пары. Происходит это по принципу комплементарности: фермент присоединяет напротив каждого нуклеотида, из которых состоят ДНК, противоположный. По завершении реакции цикл неоднократно повторяется (см. видео ниже).
В случае с вирусами, содержащими не «двойную» ДНК молекулу, а «одинарную» РНК (а это коронавирусы, или, например, ВИЧ), ученым приходится сначала провести обратную транскрипцию РНК с помощью фермента обратной транскриптазы, а уже потом производить амплификацию по той схеме, что была указана выше. Именно так, собственно, поступает и сам вирус, попадая в клетку, перед тем как встроить свою ДНК в человеческую и приступить к синтезу собственных белков, из которых состоит его «тело» (то есть не генетического материала, а самих вирусных частиц, при ПЦР же, наоборот, копируется генетический материал, а не новые частицы вируса).
Ингибиторы обратной транскриптазы — одни из самых распространенных видов лекарств от ВИЧ-инфекции. К ним относятся, например, зидовудин и ламивудин — самые первые препараты АРВТ, разработанные еще в 80-х.
Производится ПЦР на специальных приборах, амплификаторах, или так называемых термоциклерах (Thermal cycler).
Наглядно, как работает метод ПЦР, можно посмотреть на приведенном ниже видео.
— Что касается ИФА-тестов для коронавируса, их разработать так и не успели?
— Почему? Тесты на определение антител к антигенам SARS-CoV-2 в крови существуют. У теста на антитела свои преимущества. Но я бы сказала так: они с ПЦР-тестом дополняют друг друга. Тест на антитела лучше работает на поздних стадиях. Антитела в крови сохраняются и тогда, когда вирус исчезает из организма, то есть с помощью такого теста можно узнать, кто переболел COVID-19 в прошлом.
— Даже если у пациента не было выраженных симптомов и дело обошлось без госпитализации?
— А что за организации, кто в нашей стране занимается этими тестами? Роспотребнадзор?
— Роспотребнадзор — это очень обширная структура. Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» в нее входит, он и разработал тесты, которыми пользуются в лабораториях Роспотребнадзора. То есть производит тесты «Вектор», а проводят тестирование региональные центры Роспотребнадзора. Также на данный момент зарегистрирована тест-система от ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Минздрава России (ЦСП).
У каждого теста есть погрешность. При низкой заболеваемости ложноположительных результатов может быть намного больше, чем выявленных реальных пациентов, даже если тест вполне хороший.
О разработке своих тестов заявили и некоторые другие организации — Научно-исследовательский институт микробиологии Минобороны РФ совместно с компанией СИНТОЛ, НИЦ эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи Минздрава России (НИЦ им. Н. Ф. Гамалеи), компания «ДНК-технология». Производство собственных тест-систем планирует запустить Центр молекулярной диагностики CMD (ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора). И это хорошо, когда есть разные тест-системы, их можно сравнить, проверить результаты одной с помощью другой.
На первом заседании координационного совета по борьбе с коронавирусом вице-премьер РФ Татьяна Голикова сказала, что правительство ждет от регионов предложений о том, на базе каких еще лабораторий можно будет проводить эти исследования. Частные компании тоже смогут делать тесты на коронавирус на платной основе. Возможно, в самом скором времени будет новая информация о том, как все это будет происходить.
— На 15 марта появилась информация, что в России было произведено почти 110 тысяч тестов на коронавирус. Это много для наших масштабов или мало?
— По поводу возможности произвести достаточное количество тестов — тут много вопросов: производственные мощности, которыми мы располагаем, количество реагентов, которые понадобятся, наконец, лаборатории с необходимой техникой и обученным персоналом, где эти тесты проводить. Мало нам будет пользы и от миллиона тестов, если не хватит рук, чтобы эти тесты запускать. Все эти вопросы надо исследовать.
— Российских тестов несколько. В чем их принципиальные отличия? Почему государство выбрало именно те, что сделали в «Векторе»?
— Пока в России зарегистрировано три теста — два от «Вектора» и один от ЦСП. У тест-системы ЦСП чувствительность указана выше, есть внутренний контроль — РНК, которую добавляют в образец. Если эта РНК исчезнет в процессе, не даст сигнала, значит, что-то пошло не так. Это знак, что могла исчезнуть и вирусная РНК, а стало быть, отрицательный результат следует считать ложноотрицательным. Про остальные тест-системы поговорим, когда они получат регистрационные удостоверения.
Почему государство выбрало именно «Вектор» для выполнения этого задания, мне неизвестно. Наверное, могли бы выбрать и, например, ЦНИИ эпидемиологии того же Роспотребнадзора. «Вектор» знаменит тем, что в нем работают с опасными патогенами, а «уханьский коронавирус» на тот момент выглядел очень пугающе: и по смертности среди заболевших, и по инфекционности были прямо страшные оценки. Может быть, в этом причина, может быть, в чем-то другом, это надо узнавать у тех, кто принимал решение.
Что такое соскоб на коронавирус
ПЦР (полимеразная цепная реакция) — это вид теста на инфекционные заболевания, который определяет, находится ли в данный момент вирус в организме. Для сравнения, ИФА — определяет, есть ли в организме антитела к данному возбудителю. Для определения заражения вирусом COVID-19 ПЦР — самый предпочтительный вариант теста.
Почему ПЦР-тестирование — лучший метод для COVID-19
Так как метод реагирует именно на РНК вируса, он покажет положительный результат в самом начале заболевания, когда антитела ещё не сформировались. И наоборот, он не будет давать положительный результат сразу после болезни, когда антител в крови полно, а самого вируса уже нет. Следовательно, ПЦР наиболее подходит для определения, болеет ли человек COVID-19 в данный момент и является ли он заразным для окружающих.
Этапы ПЦР
Проверяемое вещество (слизь, слюна и др.) помещают в пробирку и подготавливают к циклическому нагреву. Реакция ПЦР проходит в три этапа, которые поочерёдно повторяются 30 или 40 раз. Автомат быстро нагревает и охлаждает пробирки, выдерживая их в заданном состоянии нужное количество времени. Для каждого этапа нужна своя особая температура.
Как проходит процедура?
Для ПЦР теста на COVID-19 используется образец слизи из носа или горла или слюна. Лучше всего брать длинный мазок со слизистой носа. Медицинский работник забирает материал из носа пациента с помощью гибкой палочки с ватным тампоном. Если мазок берется из горла, то могут быть неприятные рвотные позывы. Тампон на несколько секунд оставляют на слизистой, потом поворачивают и с небольшим нажимом извлекают. После этого его герметично упаковывают в пробирку для отправки на анализ.
Почему возможен ложный результат?
Чаще всего причинами ложных результатов исследования оказываются случайные загрязнения во время забора материала. Также возможно попадание посторонних примесей в реагенты или перекрёстная реакция с другими вирусами.
Как подготовиться к взятию мазка
За 4 часа до забора материала пациент не должен есть, жевать жвачку, пить что-то, кроме воды, чистить зубы и полоскать рот гигиеническими ополаскивателями. Пациенты боятся, что врач увидит нечищенные зубы, естественно, в этом мало приятного, поэтому почистить их нужно за 4 часа до исследования, но не позже.
Типы анализов на коронавирус
Сегодня наиболее актуальной задачей общественного здравоохранения является обеспечение безопасности населения Российской Федерации. С этой целью проводится массовое тестирование населения на коронавирусную инфекцию. Оно позволяет выявить как заболевших на ранней стадии, так и бессимптомных носителей. В настоящее время существует три вида исследований, у каждого из которых свои цели и назначения.
Этот тест предназначен для диагностики коронавирусной инфекции и проводится тем, у кого есть симптомы респираторного заболевания или тем, кто имел контакты с возможным источником инфекции. Для этого берется мазок из носа и ротоглотки и методом ПЦР выявляется наличие или отсутствие генетического материала вируса (РНК коронавируса) в биологическом материале человека. Отсутствие генетического материала возбудителя означает, что человек не инфицирован на момент взятия анализа. Для подтверждения или исключения наличия инфекции тест выполняется повторно через 10 дней после первичного взятия мазка. Также повторное тестирование необходимо при выписке больных COVID-19 из стационара – для этого необходимо получение двух отрицательных результатов с промежутком не менее суток.
Применяемые сегодня тест-системы отличаются высокой точностью. Однако возможны и отрицательные ответы (даже при наличии симптомов, схожих с COVID-19). Причины этому могут быть следующие: небольшая вирусная нагрузка (малое количество вируса в биоматериале), поздние стадии заболевания (вирус уже «спустился» в лёгкие из верхних дыхательных путей), человеческий фактор (нарушения при заборе биологического материала).
Анализ на антитела (IgM и IgG)
Тест позволяет оценить коллективный иммунитет населения нашей страны к COVID-19. Пройти его может любой, кто желает как можно скорее узнать свой иммунный статус по отношению к новой коронавирусной инфекции и при этом не имеет симптомов заболевания и контактов с инфекцией. Полученные результаты могут служить не только для определения антительного иммунного ответа у конкретного человека, но и для оценки количества переболевших в разных группах населения. Тест на антитела методом иммуноферментного анализа крови (ИФА) еще и определяет титр – количество выявленных антител.
Экспресс-тест выявляет наличие или отсутствие антител. Для исследования используется капиллярная или венозная кровь.
Анализ на вирусные антигены
Вирусные антигены – это белки, входящие в состав вируса, которые распознаются иммунной системой. Анализ на вирусные антигены – это еще один тест для диагностики коронавирусной инфекции, в том числе у тех, кто контактировал с ней. Но если анализ на антитела исследует наличие их в крови, то этот тест выявляет вирусные антигены в мазке из носа.
Отсутствие вирусных антигенов означает и отсутствие у человека инфекции. Но, как и во всех остальных тестах, результат актуален лишь на момент сдачи анализа и не гарантирует, что человек не мог заразиться позже, уже после проведения исследования. Тест на антигены достаточно прост, может быть проведён непосредственно на приёме у врача. При этом существенным ограничением его применения является невысокая аналитическая чувствительность.
Сдача ПЦР теста на Ковид-19
Коронавирус проникает в организм через органы дыхания. После попадания на слизистую носа и ротоглотки он начинает активно размножаться в клетках эпителия. Данный процесс происходит наиболее активно в конце латентного периода и начале проявления клинических симптомов.
Для ПЦР исследования лучше всего подходит биологический материал в виде мазка с поверхности миндалин, небных дужек, задней стенки ротоглотки и носоглотки. Дальнейший анализ помогает подтвердить наличие или отсутствие фрагментов вируса во взятом материале. Сдача мазка на коронавирус – простой и доступный способ узнать об инфицировании, но не единственный.
Содержание статьи:
Принцип ПЦР исследования
ПЦР с наибольшей вероятностью выявляет возбудителя. Исследованию подлежат различные биологические материалы:
Полученные образцы подлежат дальнейшей обработке химическим веществом. Данная процедура позволяет выделить фрагменты генетического материала возбудителя. Следующий этап исследования – выявление чужеродных нуклеиновых кислот с помощью компьютера.
Сдача мазка на ковид позволяет получить точный результат, даже если микрочастиц возбудителя содержатся мало, и отсутствуют клинические симптомы. ПЦР помогает ответить на главный вопрос: имеется ли заражение. Выяснить, когда контактировал организм человека с вирусом, а также стадию заболевания не представляется возможным. Для этого используются другие лабораторные методы.
Кому нужно пройти ПЦР диагностику на коронавирус?
Взятие мазков на коронавирус потребуется в следующих случаях:
Как берут мазок?
Техника взятия мазка проста и состоит из следующих этапов:
Как подготовиться?
Подготовка к процедуре заключается в том, что не следует за час до нее выполнять определенные действия:
За сутки необходимо не употреблять спиртные напитки.
Неправильная подготовка может привести к получению ложноотрицательного результата.
Как транспортируют биоматериал?
Записаться на сдачу мазка на Ковид-19
Данная запись является предварительной и не гарантирует забронированную дату.
Пожалуйста дождитесь звонка оператора для подтверждения записи.
Перенос или отмена записи: +7 (495) 109-70-70
Часто задаваемые вопросы
Что лучше сдать – мазок или кровь?
С помощью мазка удается обнаружить вирус в 90% случаев, при этом у человека могут быть выражены симптомы или отсутствовать. После выздоровления ковидная инфекция не обнаруживается в мазках.
В крови в процессе исследования ищут антитела, которые представлены иммуноглобулинами. С их помощью удается с максимальной точностью узнать стадию заболевания. В начале инфицирования (первые 7 дней) метод неэффективен. Антитела обнаруживаются в крови длительное время после выздоровления.
Особенность проведения экспресс-теста на антитела:
Особенности проведения ПЦР:
Опасно ли взятие мазка на коронавирус для здоровья?
Чтобы правильно сделать мазок, следует ввести зонд в носовой ход не менее, чем на 8–10 см, чтобы он достиг места, где носовая полость переходит в горло. Именно здесь вирусные частицы присутствуют в большом количестве.
Манипуляция не представляет опасности для здоровья человека. Отрицательный момент заключается в том, что многие пациенты во время процедуры испытывают неприятные ощущения в виде жжения, боли, позывов на рвоту. Взятие материала длится несколько секунд, после чего дискомфорт проходит.
Можно ли сдать анализ коллективно?
В крупных населенных пунктах диагностические центры проводят единовременное тестирование сотрудников предприятий, организаций с целью выявления источника инфекции и определения последующих действий, например наложение карантина, проведение лечения. Медицинские работники самостоятельно выезжают и на месте проводят взятие мазков.
Если забирает скорая с подозрением на ковид, то они делают анализ?
Основное предназначение скорой медицинской помощи – проведение безотлагательных мероприятий, устраняющих нарушения функционирования жизненно важных органов. К обязанностям сотрудников скорой помощи не относится обследование на коронавирусную или иную инфекцию.
Если у человека проявляются симптомы ковида, которые сопровождаются одышкой, высокой температурой, ухудшением общего самочувствия, то его госпитализируют в инфекционное отделение.
Что делать, если тест на ковид положительный, а симптомов нет?
Не всегда инфекционный процесс заканчивается развитием клинических симптомов заболевания. То же самое следует сказать про коронавирусную инфекцию. После проникновения в организм возбудителя у некоторых людей хорошая иммунная защита не дает проявиться характерным признакам.
В тоже время вирусные частицы присутствуют в организме, что подтверждает результат теста. В данном случае человек является носителем и одновременно источником инфекции, представляя опасность для окружающих. Все, что нужно делать в такой ситуации – остаться дома на самоизоляции на время, пока тест не покажет отрицательный результат.
Где пройти ПЦР тест на коронавирус? Можно ли дома?
Мазок на коронавирусную инфекцию можно сдать бесплатно. Но в данном случае без направления врача не обойтись. Взятие биологического материала может происходить в поликлинике, стационаре, а также в домашних условиях. К данному мероприятию имеют отношение сотрудники Роспотребнадзора, которые подключили к этому государственные лабораторные центры.
Если нет желания долго стоять в очереди, чтобы взять направление, а потом пройти исследование, можно обратиться в частную клинику «Чудо Доктор».
К основным преимуществам учреждения, кроме отсутствия очереди, относятся:
Специалисты клиники выезжают для взятия мазка в пределах МКАД.
Можно ли сделать самостоятельный забор мазка?
Самозабор мазка на ковидную инфекцию не исключен. К данному способу имеет смысл прибегать лишь в крайнем случае. Следует помнить, что не все лаборатории принимают полученный подобным образом материал. Непрофессионал не сможет провести процедуру качественно, как врач, что отразится на результате.
Перед самозабором необходимо ознакомиться с инструкцией. Не следует вводить зонд глубоко, поскольку можно травмировать слизистую оболочку, а также спровоцировать рвоту, чихание. Передавая или принимая полученный материал, важно придерживаться мер, снижающих распространение инфекции.
Сколько раз берут мазок?
Мазок на коронавирус SARS-CoV-2 берется дважды. Первый раз – на первый день, а второй – на 3 день при условии, что клинические симптомы не проявляются. Если приходится постоянно контактировать с ковидными больными (например, медицинским работникам), то ПЦР-диагностика проводится раз в неделю.
Наличие симптомов – кашля, одышки – обязывает сдавать анализы не менее 3 раз. Точка отсчета – день обращения человека к специалисту. Любые сомнительные случаи являются поводом для проведения дополнительного тестирования.
Через какое время будут готовы результаты?
Результаты исследования зависят от его вида. Как правило, удается ознакомиться с полученными данными спустя 5–7 суток, а при экспресс-тестировании – через 1 сутки. Результаты последнего имеют погрешности и требуют дополнительной проверки.
Где и как узнать результаты?
Если мазок был сдан бесплатно, то результат следует узнавать у врача поликлиники. При отрицательном тесте информация подается в статистический центр. При положительном результате данные передаются Роспотребнадзору, в том числе, если исследование проводилось в частной клинике.
Материал с положительной ПЦР доставляется в эпидемиологический центр, где анализируется мазок. В связи с высокой загруженностью результат может быть получен спустя несколько дней.
Если анализ был сдан в клинике «Чудо Доктор», то результат отправляется на электронную почту, а также с ним можно ознакомиться в личном кабинете на сайте.
