Wielka Brytania opracowuje genetyczny system wczesnego ostrzegania przed przyszłymi pandemiami

Respiratory Virus i Microbiome Initiative ma na celu wykorzystanie technologii sekwencjonowania DNA do wykrywania nowych chorób. Fot: Alejandro Miranda/Alamy

Brytyjscy naukowcy opracowują przełomową technologię monitorowania zmian genetycznych w wirusach oddechowych, które krążą po świecie. System ma być wykorzystywany do wskazywania niebezpiecznych nowych wariantów w miarę ich pojawiania się i działać jako system wczesnego ostrzegania przed nowymi chorobami i przyszłymi pandemiami.

Zespół, którego siedziba znajduje się w Wellcome Sanger Institute w Cambridgeshire, zamierza uczynić technologię tanią, łatwą w użyciu i możliwą do rozbudowy w celu zapewnienia globalnego nadzoru nad szeroką gamą wirusów. Cele obejmowałyby wirusy grypy, wirusy syncytialne układu oddechowego (RSV), koronawirusy i wcześniej nieznane patogeny.

Ostatecznym celem projektu - Respiratory Virus i Microbiome Initiative - jest stworzenie systemu, który wykorzystywałby technologię sekwencjonowania DNA do identyfikacji wszystkich gatunków wirusów, bakterii i grzybów w jednej próbce pobranej z wymazu z nosa od pacjenta.

„Wielka Brytania znajdowała się na czele nadzoru genomicznego Covid-19 i była odpowiedzialna za około 20% wszystkich genomów Sars-CoV-2, które zostały zsekwencjonowane na całej planecie podczas pandemii” – powiedział Ewan Harrison, który kieruje w Sanger Institute, wiodącym na świecie centrum badań genetycznych i sekwencjonowania DNA.

„Wiedza i dane, które wygenerowaliśmy, pozwoliły nam śledzić – z niespotykaną szybkością i dokładnością – Sars-CoV-2, wirusa odpowiedzialnego za Covid-19, i monitorować jego zmiany. Była to wspaniała pomoc w walce z chorobą. Teraz chcemy przyczynić się do stworzenia globalnego nadzoru genomicznego dla wszystkich wirusów układu oddechowego. To w końcu czynniki, które najprawdopodobniej wywołają nowe pandemie” – dodał Harrison.

Ilustracją zagrożenia przyszłymi pandemiami są koronawirusy. Trzykrotnie w ciągu ostatnich 20 lat pojawił się nieznany wcześniej koronawirus, który zarażał ludzi: Sars w Chinach i krajach sąsiednich; Mers na Bliskim Wschodzie; oraz Covid-19, który dotknął całą planetę.

Jednak to wykorzystanie badań genomowych podczas pandemii Covid ujawniło niezwykły potencjał tej technologii. W grudniu 2020 roku, kiedy nastąpił nagły wzrost liczby przypadków Covid w południowo-wschodniej Anglii, technologia wykazała, że ten gwałtowny wzrost został wywołany przez pojawienie się nowego, bardziej zakaźnego wariantu. Znany pierwotnie jako szczep Kent, został później przemianowany na wariant Sars-CoV-2 Alpha.
 

Sekwencjonowanie DNA pozwoli zidentyfikować gatunki wirusów, bakterii i grzybów. Fot: Frank Augstein/AP

„Odkrycie zmieniło zasady gry” – powiedział John Sillitoe, lider jednostki nadzoru genomicznego Instytutu Sangera. „Bardzo szybko wygenerowaliśmy dane genomowe i mogliśmy zobaczyć, że ten wariant przenosi się z bardzo dużą szybkością. Nagle świat zobaczył, co może zdziałać genomika. Pozwala zobaczyć zmiany w wirusach znacznie szybciej niż innymi metodami, a teraz zamierzamy wykorzystać tę moc”.

Zespół Sanger współpracuje z brytyjską Agencją Bezpieczeństwa Zdrowotnego, brytyjskimi naukowcami i innymi instytucjami zajmującymi się zdrowiem publicznym w ramach projektu, w celu opracowania technik, które pozwolą im na sekwencjonowanie - z jednej próbki - nie tylko jednego wariantu wirusa, ale każdego, który może zainfekować pacjenta. Zazwyczaj próbki byłyby pobierane od osób nowo przyjętych do szpitala, gdzie prawdopodobnie po raz pierwszy pojawiają się objawy nowej, pojawiającej się choroby.

Jednak taka technologia musiałaby nadawać się do adaptacji w laboratoriach na całym świecie. „Nie byłoby dobrze, gdyby Wielka Brytania i jeden lub dwa inne kraje rozwinięte nauczyły się sekwencjonowania genomów wirusów układu oddechowego” – dodał Sillitoe. „Jeśli nie mamy tego rodzaju nadzoru na całym świecie, nie zauważymy nowego niebezpiecznego wariantu, dopóki nie rozprzestrzeni się on już na większą część planety”.

Aby system działał na całym świecie, musiałby być najłatwiejszy, najtańszy, najszybszy i najbardziej podatny na skalowanie, jaki można zaprojektować, powiedział Sillitoe. „W wielu laboratoriach na całym świecie ludzie mają mniejsze maszyny do sekwencjonowania i nie mogą sekwencjonować tak wielu próbek, jak w Sanger. Dlatego chcemy, aby system działał równie dobrze na tych maszynach, jak tutaj na naszych urządzeniach o dużej pojemności”.

Harrison powiedział Observerowi, że obecnie testowane są trzy różne wersje tej technologii. „W nadchodzących miesiącach zobaczymy, czy uda nam się zamienić kawałki i ewentualnie w końcu wymyślić hybrydę. Celem byłoby uruchomienie użytecznego systemu w ciągu roku, chociaż później zawsze będzie miejsce na ulepszenia” – dodał.

„Kluczowe jest to, że musimy opracować system, który wykorzystuje niedrogie odczynniki, nie wymaga zespołów wysoko wykwalifikowanych techników i może być stosowany na dużą skalę. Wtedy naprawdę możemy coś zmienić.”

„Obecnie dla wielu wirusów układu oddechowego zsekwencjonowaliśmy około 1000-2000 ich genomów. W niedalekiej przyszłości chcemy stworzyć setki tysięcy genomów dla każdego z nich. Informacje, których dostarczą, będą bezcenne, nie tylko w śledzeniu nowej choroby, ale także w przyspieszeniu opracowywania szczepionek i leków”.

Zespół z Sanger Institute nie jest jedyną grupą naukowców zajmującą się rozszerzaniem badań genomicznych, aby objąć wiele innych pojawiających się wirusów. Nad podobnymi projektami pracują też ośrodki w USA i Niemczech.