2 августа 2021 г 
Лидеры мыслиПрофессор Дана КроуфордПрофессорCase Western Reserve University (CWRU)
В этом интервью News-Medical рассказывает профессору Дане Кроуфорд о своих исследовательских усилиях во время пандемии COVID-19 и о том, почему глубокая последовательность SARS-CoV-2 имеет решающее значение для борьбы со вспышками.
Пожалуйста, не могли бы вы представиться и рассказать нам, что спровоцировало ваши исследования пандемии коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19)?
Я профессор наук в области народонаселения и количественного здравоохранения и заместитель директора Кливлендского института вычислительной биологии в Университете Case Western Reserve в Кливленде, штат Огайо. Я также имею второстепенное назначение в области генетики и геномных наук.
Я обучен генетике и геномике человека и являюсь генетическим эпидемиологом. Как и многие в нашей области, ранние сообщения о различиях в показателях заражения SARS-CoV-2 и течении заболеваемости COVID-19 среди инфицированных вызвали вопросы о роли генетики и геномики хозяина-патогена в восприимчивости и серьезности у хозяина.
Сейчас более года в пандемии, мы знаем, что негенетические факторы, такие как социально-экономический статус, оказывают существенное влияние на восприимчивость, когда, например, работники с низким доходом не могут работать удаленно или работать социально дистанционно, как это рекомендовано в США. Тяжесть инфекции COVID-19, в том числе госпитализация и смерть, связан с несколькими демографическими переменными, особенно пожилой возраст. Хотя многие негенетические факторы в настоящее время связаны с частотой заражения и тяжестью COVID-19, наблюдаемая изменчивость не может быть полностью объяснена и не может быть предсказана только этими переменными.
В генетике и геномике человека исследование ассоциации всего генома (GWAS) — это дизайн исследования рабочей лошадки, используемый для выявления общих генетических изменений, связанных со сложными человеческими исходами, такими как инфекция SARS-CoV-2 и тяжесть COVID-19. Ранние результаты GWAS, опубликованные исследователями на основе образцов, полученных в начале вспышки 2020 года в Италии и Испании, продемонстрировали значительную связь между генетическими изменениями при инфекции хромосомы 3 и COVID-19. Группа крови АВО также была связана, и оба эти вывода присоединяются к быстро растущему списку генетических ассоциаций, недавно описанному в текущей метаанализе GWAS Инициативы по генетике COVID-19, который теперь включает генетические образцы человека из нескольких стран.
Я являюсь одним из многих следователей, участвующих в GWAS Программы миллионов ветеранов (MVP) для восприимчивости SARS-CoV-2 и серьезности COVID-19. В совокупности наша область заинтересована в выявлении общих и редких генетических изменений в геноме человека, связанных с реакцией на это возникающее инфекционное заболевание, чтобы лучше понять биологию инфекции, которая может привести к новым терапевтическим или профилактическим стратегиям.
Полное понимание пандемии требует как человеческих, так и вирусных данных. Как уже описано, в настоящее время проводится несколько исследований, чтобы описать, как генетическая вариация человека влияет на реакцию на инфекцию. С вирусной стороны большинство усилий было сосредоточено на геномном наблюдении для выявления и отслеживания изменений в последовательностях SARS-CoV-2, которые могут представлять интерес или проблему. На момент написания этой статьи вариант Delta является более инфекционной версией вируса по сравнению с его предшественниками, и он пробивается по всему миру среди непривитых.
Поскольку вирус продолжает циркулировать и размножаться, он мутирует. Большинство мутаций нейтральны, тогда как другие, такие как вариант Delta, создают повышенную пригодность для вируса по сравнению с другими версиями вируса. Секвенирование SARS-CoV-2 для геномного надзора помогает исследователям общественного здравоохранения отслеживать, как вирус, закодированный каждой из его мутаций, распространяется локально. Геномное наблюдение также помогает поднять тревогу, когда вирусный вариант демонстрирует различия в инфекции, тяжести или, что еще хуже, — исчезновение иммунной системы даже после того, как организм заправлен вакцинами.
Хотя мои собственные исследования до настоящего времени ограничивались генетическими вариациями человека и реакцией хозяина на SARS-CoV-2, меня интересует вариабельность патогенов и взаимодействия хозяина с патогеном, которые могут влиять на результаты, представляющие интерес. Эти данные очень трудно получить в достаточном количестве для значимых генетических и геномных исследований. Как мы пишем в точке зрения PLoS Genetics, изменчивость последовательности SARS-CoV-2 в сочетании с отсутствием клинических связей с данными последовательности делает эти исследования практически невозможными.
SARS-CoV-2. Изображение предоставлено: Kateryna Kon / Shutterstock.com
Как в настоящее время отслеживаются вспышки SARS-CoV-2?
Вспышки COVID-19 в Соединенных Штатах, в частности, в настоящее время отслеживаются так же, как и традиционные вспышки инфекционных заболеваний начала 20-го века. То есть люди с симптомами будут присутствовать в клинике и больнице, где, если их признаки и симптомы соответствуют COVID-19, они будут проверены на SARS-CoV-2.
В настоящее время существует множество тестов для SARS-CoV-2. В больницах Кливленда используется тест полимеразной цепной реакции (ПЦР), и тест проводится на биоспецименах, собранных носовыми мазками. Хотя тест ПЦР дает информацию о том, присутствует ли вирус SARS-CoV-2 в образце или нет, он не дает полной последовательности вируса. Для этого образец должен быть упорядочен.
Является ли выборка последовательной, зависит от множества факторов в Соединенных Штатах. Как мы описываем в точке зрения PLoS Genetics, такие факторы, как финансирование и установившиеся отношения с объектами геномики, могут быть основными факторами относительно того, являются ли образцы последовательными.
Традиционная реакция на вспышку инфекционных заболеваний зависит от лиц с симптомами, присутствующих в клиниках. Теперь мы знаем, что многие инфицированные SARS-CoV-2 люди могут быть бессимптомными, а также инфекционными, молча распространяя вирус среди других. Инфицированные люди могут также иметь легкие симптомы, которые могут не требовать клинического внимания.
В то время как люди поощряются к тестированию на вирус, если они знают, что вступили в контакт с инфицированными людьми, эта рекомендация не подлежит исполнению, и многие люди не знают, что они были разоблачены, так как отслеживание контактов в Соединенных Штатах также было трудно обеспечить (и модернизировать).
Большое количество бессимптомных, но инфекционных людей и несовершенное отслеживание контактов делают геномное наблюдение идеальным для отслеживания SARS-CoV-2. В период с весны 2020 года по весну 2021 года многие крупные государственные и частные группы в Соединенных Штатах организовали плановое тестирование в качестве программы эпиднадзора, попросив студентов или сотрудников университета, например, подавать еженедельные назальные мазки или образцы слюны независимо от симптомов. Эти усилия предоставили необходимые данные для отслеживания возникновения вспышек или увеличения числа случаев, которые затем можно было бы использовать для обоснования и принятия определенных мер общественного здравоохранения (например,., закрытия) до тех пор, пока номера дел не уменьшатся.
К сожалению, эти биоспецимены не обязательно были упорядочены, опять же в зависимости от ресурсов и предполагаемой важности вариантов отслеживания как части программы наблюдения. Многие из этих программ эпиднадзора в настоящее время сокращены или прекращены из-за уменьшения количества случаев заболевания в США и увеличения числа прививок.
На момент написания этой статьи, даже при менее рутинном тестировании, данные показывают, что количество случаев снова растет из-за варианта Delta и стагнации вакцинации. С наступлением более холодной погоды и осенним школьным сезоном мы можем ожидать возобновления интереса к регулярному наблюдению SARS-CoV-2 в США
На что ориентированы традиционные методы эпиднадзора при борьбе со вспышками заболеваний, и каковы некоторые ограничения этих методов?
Как я уже упоминал выше, традиционный метод эпиднадзора за возникающими инфекционными заболеваниями опирается на больных людей, находящихся в клинике. Теперь, когда вирус был идентифицирован и широко охарактеризован, регулярный отбор проб и тестирование на уровне населения является лучшим подходом, поскольку данные могут использоваться для прогнозирования местных и национальных траекторий заражения, которые сообщают об ожидаемых госпитализациях и смертельных случаях.
Методы ПЦР SARS-CoV-2 основаны на методике, впервые описанной в середине 1980-х годов, которая с тех пор была разработана и адаптирована для высокопроизводительных исследований и диагностики в масштабах населения. Существует несколько ограничений, связанных с методом обнаружения вируса на основе ПЦР, включая загрязнение (как было продемонстрировано на ранней стадии партиями зараженных наборов для тестирования Центров по контролю и профилактике заболеваний) и различные нижние пределы обнаружения (например,.минимальное количество вирусных копий в образце, необходимое для обнаружения теста).
Связанные истории
- Риск миокардита от вакцин против мРНК COVID, переоцененных в канадском исследовании
- Кормящие женщины и их дети: результаты после вакцинации мРНК COVID-19
- Первая доза вакцины против мРНК COVID-19 (BNT162b2) снижала уровни полиП тромбоцитов у молодых женщин
Основным ограничением исследований в области генетики и геномики человека является то, что тест на основе ПЦР не обеспечивает последовательность. Без этой последовательности мы не сможем эффективно проводить исследования патогенов-хозяев. С точки зрения общественного здравоохранения, последовательность важна для выявления мутаций или вариантов, вызывающих озабоченность, если мутации делают вирус более инфекционным или дают ему возможность более эффективно уклоняться от иммунной системы.
За последние десять лет были достигнуты огромные успехи в методах секвенирования генома. Как можно использовать секвенирование генома, чтобы помочь нам контролировать вспышки коронавируса?
Секвенирование генома имеет важное значение на этом этапе пандемии. У нас есть большие непривитые группы населения в США и во всем мире, где вирус циркулирует и делится. Каждое деление — это шанс на мутацию.
Хотя большинство мутаций являются нейтральными изменениями, фракция будет полезна для вируса и наносит ущерб людям. Методы на основе ПЦР основаны на известных вирусных последовательностях, тогда как секвенирование не зависит от того, что уже известно, что делает секвенирование идеальным методом для полного геномного надзора за этим развивающимся вирусом.
SARS-CoV-2 Секвенирование. Изображение предоставлено: vchal / Shutterstock.com
Каковы преимущества использования секвенирования генома для мониторинга вспышек заболеваний и их эволюции?
Основным преимуществом последовательности с использованием современных технологий является то, что это быстрый, масштабируемый и относительно экономически эффективный подход к надзору. Для тех из нас, кто заинтересован в исследованиях хозяина-патогена, предпочтительными являются данные индивидуального уровня. То есть, как исследователь, я бы хотел, чтобы генотипированный или секвенированный геном человека и геном вируса, который заразил того же человека, секвенировал. Эти детализированные данные предоставляют исследователям больше возможностей для анализа, которые будут важны при разработке диагностики и терапии следующего поколения, включая новые вакцины.
Вместо последовательности на индивидуальном уровне другим отличным вариантом является массовая последовательность. Многие общины взяли последовательные сточные воды для SARS-CoV-2, чтобы обнаружить и предсказать вспышки в своих местных районах.
Вы назвали принятие геномики при геодезии SARS-CoV-2 «медленным, сложным и непоследовательным». Почему это и что еще можно сделать?
Как мы отмечаем в точке зрения PLoS Genetics, есть несколько факторов, которые могут быть связаны с медленным и непоследовательным ответом. В отличие от Соединенного Королевства, лидера в области геномного надзора SARS-CoV-2, начавшегося в начале пандемии, крупное агентство общественного здравоохранения в США не имеет длительных, устоявшихся отношений с сообществом исследователей в области генетики и геномики человека.
Кроме того, общественное здравоохранение в США недостаточно финансируется. Слияние этих двух факторов оставило США неподготовленными и неспособными эффективно реагировать на это новое инфекционное заболевание, связанное со значительным бессимптомным распространением в воздухе. Это, однако, не единственные факторы, связанные с плохим реагированием США на пандемию, особенно на ранних этапах.
Правительство США и его администрация в то время не поддерживали сильный и единый подход, в результате чего каждый штат и каждое сообщество изо всех сил пытались справиться с ситуацией. Этот децентрализованный подход действительно выявил различия в ресурсах, доступных на местном уровне, частично объяснив, почему район Сиэтла смог гораздо быстрее повернуть к геномному надзору по сравнению с другими местными жителями с меньшим опытом и знаниями в области генома.
Внимание, которое сейчас уделяется важности вирусных вариантов, привело к увеличению финансирования геномного надзора в США. Во всем мире задача сейчас состоит в том, чтобы предоставить те же возможности для эпиднадзора за геномом в странах или районах без ресурсов или опыта.
Считаете ли вы, что при более эффективном использовании геномного секвенирования вспышки SARS-CoV-2 можно отслеживать более эффективно, что, в свою очередь, поможет нам лучше понять эволюцию SARS-CoV-2 в реальном времени?
Да, более эффективное использование геномного секвенирования и публичного обмена этими данными улучшит мониторинг вспышек SARS-CoV-2, обеспечивая лучшее понимание того, как развивается вирус. Однако для более полного понимания воздействия вируса на человека-хозяина потребуются связи данных между геномными данными и клиническими и эпидемиологическими данными.
В США эти данные хранятся и не легко связываются для исследовательских целей. Однако эти данные необходимы для лучшего понимания последствий эволюции SARS-CoV-2 и ее влияния на тяжесть заболевания COVID-19.
Вспышка болезни. Изображение предоставлено: ETAJOE / Shutterstock.com
Как вы думаете, будущие вспышки заболеваний должны быть обследованы? Как можно использовать усилия сотрудничества для достижения этой цели?
Появление SARS-CoV-2 / COVID-19 подчеркивает необходимость расширения традиционного эпиднадзора на основе индивидуального клинического представления с помощью более активного подхода, использующего геномный надзор в масштабе населения.
Нынешние программы эпиднадзора за сточными водами являются отличным примером эффективного популяционного геномного надзора за инфекционными заболеваниями, и эти усилия можно масштабировать и добывать биоинформационно для выявления как известных, так и неизвестных патогенов. Однако такие усилия потребуют постоянной и постоянной поддержки, а не только поддержки и интереса в разгар пандемии.
Каковы следующие шаги в вашем исследовании?
Мои основные исследовательские интересы — понять, как генетические изменения человека влияют на здоровье человека. В контексте COVID-19 мне интересно понять, как генетическая вариация человека влияет на восприимчивость к инфекции и тяжесть заболевания.
Я являюсь членом рабочей группы COVID-19 по всей геномной ассоциации и ассоциации по всему феномену программы «Миллион ветеранов» (MVP), и в рамках этих групп мы проводим исследования в участвующих ветеранах США, чтобы выявить общие генетические изменения, имеющие отношение к наблюдаемым различия в восприимчивости и тяжести заболевания.
Где читатели могут найти больше информации?
- Точка зрения PLoS Genetics: https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id = 10.1371 / journal.pgen.1009620
- NCBI SARS-CoV-2 Ресурсы https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sars-cov-2/
- Gлобал Iинициативный на SХаринг AВиан Iгрипп Data (GISAID) Вариант Tracker https://www.gisaid.org/hcov19-variants/
- NextStrain https://nextstrain.org/
- COVID-19 Инициатива по генетике хоста https://www.covid19hg.org/
- Программа «Миллион ветеранов» https://www.research.va.gov/mvp/
О профессоре Дане Кроуфорд
Дана Кроуфорд, доктор философии, является профессором Департамента народонаселения и количественных медицинских наук и заместителем директора по исследованиям в области народонаселения и разнообразия в Кливлендском институте региональной биологии в Университете Case Western Reserve (CWRU). У нее также есть второстепенное назначение на кафедре генетики и геномных наук.
Доктор. Кроуфорд получил докторскую степень в Университете Эмори по генетике и биологии в 2000 году, а затем обучался в качестве постдокторского специалиста в качестве эпидемического специалиста по работе с клиентами в Centers для Disease Control и Prevention (2000-2002) и в качестве старшего преступника в Университете Вашингтонского департамента науки генома (2002-2006).
До ее самой вероятной позиции, доктор. Кроуфорд провел восемь лет в качестве преподавателя в отделе физико-математических исследований и биофизики и Investigagator в Центре исследований в области генетики человека в Университете Вандербильта. Как генетический эпидемиолог в CWRU, доктор. Широкие исследовательские исследования Кроуфорда включают применение генетических вариационных данных к крупномасштабным эпидемиологическим и клиническим когортам, чтобы лучше понять аспекты генотипа человека с эмфезисом в различных группах населения.
Доктор. Кроуфорд является автором> 175 публикаций в рецензируемой литературе. В настоящее время она является членом совета Американского общества генетики человека (ASHG) и является избранным членом Американской ассоциации развития науки (AAAS). Мнения и мнения, высказанные здесь, доктор. Кроуфорд и не обязательно взгляды и мнения CWRU, ASHG, AAAS, MVP или любой другой организации, членом которой она является.
