Як наука врятувала Ісландію від пандемії COVID-19

Nature
Nature

Один із найстаріших і авторитетних загальнонаукових журналів.

Ідею повного локдауну і закриття кордонів Ісландія ніколи не підтримувала, побоюючись, що без туризму стане банкрутом Фото з відкритих джерел

Маленька острівна нація взяла науку на озброєння в спробах стримати і вивчити коронавірус. Ось яких результатів вона досягла.

Про це пише Nature.

Холодним березневим ранком Каурі Стефаунссон їхав на машині вітряними вулицями Рейк'явіка і слухав радіо. Всесвітня організація охорони здоров'я щойно оголосила, що, за її оцінками, приблизно 3,4% усіх людей, заражених вірусом SARS-CoV-2, помре - разюче високий рівень смертності, в 30 разів вищий, ніж від сезонного грипу.

Однак проблема цих оцінок полягала в тому, що вони ґрунтувалися на кількості зареєстрованих випадків COVID-19, а не на всіх, які включають також і м'який або безсимптомний перебіг хвороби. "Я не міг зрозуміти, як їм вдалося це розрахувати, не враховуючи поширення вірусу", — згадує Стефаунссон, засновник і глава компанії deCODE genetics, яка займається питаннями геному людини і розташована в Рейк'явіку. Він був переконаний: щоб розібратися в проблемі епідемії і захистити від неї жителів Ісландії, необхідний всеосяжний науковий підхід.

Коли Стефаунссон дістався офісу, він зателефонував до управління американської фармацевтичної компанії Amgen, якій належить deCODE, і запитав, чи можна йому задіяти ресурси deCODE, щоб простежити за поширенням вірусу, який досяг берегів Ісландії тільки шість днів тому. "Боже, звичайно, так і роби", — відповіли вони.

Протягом наступних дев'яти місяців deCODE та управління охорони здоров'я Ісландії, яке займається медичним обслуговуванням, працювали у парі, ділилися ідеями, даними, лабораторними просторами і персоналом. Потужне партнерство та невеликі розміри Ісландії сприяли привабливому становищу країни: тут відомо про найменше переміщення вірусу. Вчені і медики відстежили стан здоров'я кожної людини з позитивним результатом аналізу на SARS-CoV-2, секвенували генетичний матеріал окремого вірусного ізоляту і протестували на інфекцію більш ніж половину всіх 368 тисяч мешканців острова.

Новини за темою: Повторне зараження COVID-19: Про мутацію вірусу та зникнення імунітету

У процесі аналізу цього масиву даних, яким учені займалися до пізньої ночі, було отримано перші висновки про те, як коронавірус поширюється серед населення. Згідно з цими даними, наприклад, половина інфікованих переносять хворобу безсимптомно, діти хворіють з меншою ймовірністю, ніж дорослі, а найчастіші симптоми легкого перебігу COVID-19 — це м'язові і головні болі та кашель, а не жар. "Наукові дослідження були величезною частиною процесу", — пояснює Рунольвюр Палссон, голова терапевтичного відділення в Landspitali, Національному університетському госпіталі Ісландії. День за днем дослідники deCODE і співробітники госпіталю збирали й інтерпретували дані.

Але досягнення стосуються не тільки академічної сфери. Завдяки науці Ісландії вдалося запобігти безлічі смертей: статистика показує, що в цій країні смертність становить менше семи осіб на сто тисяч, тим часом як у США та Великій Британії вмирає вісімдесят на сто тисяч. Окрім того, Ісландії вдалося запобігти новим спалахам хвороби, не закриваючи кордони. З середини червня країну відвідали туристи із 45 країн. Співпраця знову почала набирати обертів у вересні, коли країні загрожувала друга велика хвиля заражень.

Обережні кроки

COVID-19 - не перша пандемія, яка досягла ісландських берегів: у жовтні 1918 року в центральному порту Рейк'явіка пристали два судна, які принесли з собою пандемію грипу. Через шість тижнів дві третини населення столиці були заражені.

Століття потому ісландський уряд підготувався краще. Вже на початку січня, за два місяці до того, як COVID-19 дістався острова, набув чинності Національний план готовності до пандемії. "Від початку ми вирішили, що застосуємо стратегію ізоляції, карантин і відстеження контактів", - говорить Торольвюр Гвюднасон, головний епідеміолог Департаменту охорони здоров'я. У рамках слідування плану мікробіологічна лабораторія університетського госпіталю почала тестувати жителів на початку лютого.

28 лютого чоловік, який повернувся з гірськолижного курорту в північно-східній Італії, здав позитивний аналіз на коронавірус. За тиждень кількість випадків зросла з одного до 47, і це стало лише початком майбутнього крещендо. Працівники охорони здоров'я почали замовляти сотні тестів на день; один із апаратів госпіталю, який служив для виділення та очищення РНК, зламався від занадто інтенсивного використання. "Ми не справлялися з усіма пробами", - згадує Карл Крістінссон, очільник відділення мікробіології університетського госпіталю.

З 13 березня deCODE почав обстеження широкої громадськості і швидко зумів взяти на себе більшу частину проб, які надійшли до госпіталю. Компанія перепрофілювала у центр тестування на COVID-19 великий центр фенотипування, який понад два десятиліття використовували для вивчення генетики ісландців. "Здавалося, ніби ці попередні до коронавірусу 24 роки були просто тренувальним періодом, - зазначає Стефаунссон. - Ми кинули на тестування всі наші сили".

У компанії є персонал й обладнання, які дозволяють секвенувати 4 тисячі повних людських геномів на тиждень, і це буде частиною їхньої звичайної дослідницької діяльності, розповідає Стефаунссон. Навесні компанія відклала ці завдання, щоб направити свої аналітичні ресурси і технології секвенування на протистояння пандемії.

Новини за темою: Десять помилок при COVID-19, які погіршують стан здоров'я хворого

Головним завданням компанії deCODE було обстеження широких груп населення на предмет зараження COVID-19. Сьогодні здати аналіз може будь-який житель Ісландії, навіть із найменшими симптомами. Ісландці записуються на тестування онлайн, використовуючи спеціальне програмне забезпечення, розроблене deCODE. У центрі тестування потрібно показати штрих-код на телефоні, щоб автоматично надрукувати квиток на мазкову пробу. Взятий зразок відправляють до лабораторії, якою спільно керують deCODE та університетський госпіталь. Її розташовано в штаб-квартирі deCODE і відкрито з 6:00 до 22:00. Результати завжди готові протягом доби, але нерідко їх можна отримати вже з 16:00 до 18:00. "Зараз наша пропускна здатність становить 5 тисяч зразків на день", - пояснює Крістінссон. На сьогодні колеги протестували загалом 55% населення країни.

Якщо результат тесту негативний, людина отримує повідомлення "все чисто". Якщо ж він позитивний, то запускаються два ланцюжки дій: один - у госпіталі, інший - у лабораторії.

Госпіталь реєструє пацієнта в централізованій базі даних і на 14 днів підключає до сервісу віддаленого спостереження за станом здоров'я в амбулаторній клініці, яка спеціалізується на COVID-19. Пацієнту регулярно телефонують медсестра або терапевт, які ведуть його історію хвороби і соціальних контактів. Вони опитують пацієнта за стандартним опитувальником щодо прояву 19 симптомів. Всі дані вносять до національної електронної системи медичного обліку. Систему збору даних у середині березня створила група вчених-клініцистів із госпіталю, які орієнтувалися на наукові цілі. "Ми вирішили задокументувати результати клінічних досліджень у структурованому вигляді, щоб їх було зручно використовувати для подальших досліджень", — розповідає Палссон.

У лабораторії кожен зразок аналізують на кількість вірусу, що є індикатором ступеня заразності і небезпеки захворювання. Повне РНК геному вірусу секвенують, щоб визначити штам вірусу і простежити його походження.

Цей підхід міг би спрацювати і в інших країнах, які мають подібні ресурси, наприклад, у США, де розроблено всі методи, якими зараз користується deCODE, вважає Стефаунссон. Насправді на початку пандемії багато лабораторій США почали пропонувати тестування на коронавірус, але зіткнулися з нормативними та адміністративними перепонами, причиною яких, на думку критиків, став дефіцит федерального керівництва. "Це могло б стати для академічних кіл США чудовою можливістю показати свою цінність, але цього не сталося, - розповідає Стефаунссон. - Це мене здивувало".

Вірусні відбитки

Дослідники deCODE, в університетському госпіталі та в департаменті охорони здоров'я почали аналізувати масив даних на початку березня і швидко опублікували кілька попередніх результатів. "Коли ми почали отримувати дані, ми не могли протистояти спокусі спробувати витягнути з них що-небудь цілісне", - розповідає Стефаунссон.

Результати, отримані під час аналізу COVID-19 в Ісландії, обмежені тим фактом, що вони базуються на даних невеликої і генетично гомогенної популяції, якщо порівнювати з іншими країнами, відзначає Палссон. Але в деяких випадках невеликий розмір стає перевагою, адже це дало можливість провести детальний аналіз даних усієї популяції.

На початку весни більшість досліджень щодо COVID-19 у світі стосувалася пацієнтів із тяжким або середньої тяжкості перебігом хвороби. Тестуючи широкі групи населення в Ісландії, в deCODE зуміли відстежити вірус у заражених без симптомів і з легким перебігом хвороби. З усіх 9199 осіб, у яких взяли аналізи в рамках тестування населення з 13 березня по 4 квітня, позитивний результат був у 13,3%. У цій групі заражених на момент тестування у 43% хвороба протікала безсимптомно. "Це дослідження стало першим, яке надало високоякісні докази того, що інфекції COVID-19 часто протікають безсимптомно", — говорить Джейд Бенджамін-Чанг, фахівець з епідеміології в Каліфорнійському університеті в Берклі. Вона використовувала ісландські дані, щоб оцінити рівень інфікування SARS-CoV-2 у США. "Це було єдине відоме нам на той момент популяційне дослідження, проведене на вибірці великого обсягу".

Новини за темою: Як довго людина, яка хворіє на COVID-19, може інфікувати інших?

Дослідження меншої за розміром популяції, проведене в одному італійському містечку, дійшло схожих висновків про безсимптомний перебіг інфекції кілька місяців потому. Коли в містечку Во помер 78-річний чоловік, перша жертва COVID-19 в Італії, губернатор регіону ізолював місто і віддав розпорядження взяти аналіз у 3,3 тис. жителів. Після первинного етапу тестування на замовлення уряду глава кафедри мікробіології Падуанського університету Андреа Крізанті запитав місцеве управління, чи можна його команді провести другий етап. "Тоді ми змогли б виміряти ефективність локдауну та системи відстеження контактів", - говорить Крізанті, який нині виступає за дорученням Імперського коледжу Лондона. Місцева влада погодилася. На підставі результатів двоетапного тестування дослідники встановили, що локдаун та ізоляція знизили передачу вірусу на 98% і що, відповідно до ісландських результатів, 43% інфекцій на обох етапах тестування були безсимптомними.

Окрім відстеження безсимптомних випадків, дослідники в Ісландії прийшли до висновку, що ймовірність того, що у дітей молодше десяти років буде позитивний результат аналізу, наполовину нижча, ніж у дітей десяти років і старше. Цей висновок підтверджує проведене у Во дослідження Крізанті, а також дослідження у Великій Британії та США. Окрім того, команда deCODE проаналізувала генетичний матеріал вірусу, отриманого внаслідок кожного позитивного аналізу, і використовувала пептидні карти, щоб відстежити походження і поширення вірусу. Дослідники виявили, що більшість первинних заражень було імпортовано з гірськолижних курортів, а пізніші передачі інфекції відбулися на місцевому рівні, в сім'ях.

Цей підхід до відстеження генетичного матеріалу, який називають молекулярно-епідеміологічним, було застосовано і в Новій Зеландії, де він теж дав хороші результати. У березні уряд країни запровадив суворий загальнонаціональний локдаун, спрямований на ліквідацію вірусу. "Власне, населення Нової Зеландії більшою чи меншою мірою провело вдома сім тижнів. Після цього ми стали країною, вільною від вірусу", - розповідає Майкл Бейкер, дослідник стану здоров'я населення в університеті Отаго у Веллінгтоні. Це справжній подвиг для країни, де проживають 5 мільйонів осіб — у 13 разів більше, ніж в Ісландії.

Генетичний аналіз першої хвилі в Новій Зеландії з березня по травень показав, що суворий локдаун відразу ж дав результати. Репродукційне число - кількість людей, заражених кожним носієм вірусу, - впало з 7 до 0,2 протягом першого тижня в найбільшому кластері. Секвенування даних показало, що серпневий спалах заражень в Окленді, джерело якого досі не відоме, викликано вірусами, які мають одне і те ж походження. Це переконало органи охорони здоров'я, що порушення мало місце тільки один раз. "Геноміка відіграла вирішальну роль у відстеженні походження нової хвилі коронавірусу в Новій Зеландії", - говорить Джемма Гейген, мікробіолог в університеті Отаго, яка вела проєкт спільно з Йопом де Ліхтом з Інституту досліджень довкілля в місті Поруа.

Повніша картина

Цього літа в університетському госпіталі команда Палссона використовувала результати клінічних досліджень, щоб вивчити повний спектр проявів хвороби, які викликає SARS-CoV-2. Найчастішими симптомами серед 1797 осіб із позитивним аналізом у період між 31 січня і 30 квітня були м'язовий і головний біль, а також непродуктивний кашель, але не температура, яку вказано в списках симптомів центру з контролю за захворюваннями США і Всесвітньої організації охорони здоров'я. Використання таких визначень під час проведення тестування призводить до того, що зростає імовірність пропустити людей із симптомами COVID-19, говорить Палссон. "Сподіваюся, інші теж прийдуть до тих же висновків, що спричинить зміну критеріїв", — додає він.

Результати, отримані командою Палссона, в Ісландії спровокували пряме медичне втручання: тих, у кого спостерігають будь-які симптоми звичайної застуди або болю, спонукають здати аналіз, а госпіталі відносять стан нових пацієнтів до однієї з трьох стадій перебігу хвороби відповідно до симптоматики, і це своєю чергою визначає рівень надання медичної допомоги.

Новітнє ісландське дослідження зосередилося на найважливішому питанні, пов'язаному з COVID-19: як довго триває імунітет до SARS-CoV-2? Команда deCODE встановила, що високий рівень антитіл зберігається в крові 91% заражених людей протягом чотирьох місяців після постановки діагнозу, що йде врозріз з раніше отриманими результатами, згідно з якими кількість антитіл у крові швидко зменшується незабаром після хвороби. Не виключено, що результати, які суперечать один одному, отримано на матеріалі двох різних поколінь антитіл. У статті редактора, яка додається до дослідження, Геліт Елтер із Гарвардської медичної школи в Бостоні, штат Массачусеттс, і Роберт Седер із центру розробки вакцин у Національному інституті охорони здоров'я США в місті Бетесда, штат Мериленд, припускають, що перше покоління утворено короткоживучими клітинами плазми, які відповіли на гостру інфекцію, друге ж покоління антитіл, сформоване довгоживучими клітинами, створює тривалий імунітет.

І, нарешті, Стефаунссон зумів витлумачити розпливчасті статистичні дані, які спочатку його спантеличили, — коефіцієнт летальності при зараженні, або відсоток заражених людей, які помруть від хвороби. Від початку пандемії коефіцієнт летальності варіювався від менше 0,1% до колосальних 25% залежно від масштабів дослідження і віку популяції. Більшість досліджень, кількість яких зростає, сходяться на 0,5-1%. В Ісландії, де середній вік становить 37 років — тобто він невисокий порівняно з іншими багатими націями, — а у пацієнтів є доступ до високоякісної системи охорони здоров'я, за даними команди Стефаунссона, коефіцієнт летальності становить 0,3%.

Нова хвиля

15 червня Ісландія відкрила кордони для жителів 31 європейської країни, які прибувають з візитами непершої необхідності. Місяць потому, 16 липня, країна зняла обмеження для ще 12 країн, включаючи Канаду, Нову Зеландію і Корею. Відкриття кордонів підтримало туристичну галузь, яка переживає не найкращі часи, хоча кількість приїжджих була невелика - на 75-80% відсотків менша, ніж улітку 2019 року, за даними ісландського туристичного управління.

Новини за темою: COVID-19 після Різдва: Третя хвиля пандемії і високий рівень смертності

Потім, 10 серпня, пара туристів, яка здала позитивний аналіз в аеропорту Рейк'явіка, проігнорувала вимоги і вирушила до міста. Це порушення призвело до невеликого збільшення кількості інфекцій у серпні. Їхнім епіцентром стали два бари і фітнес-центр, які відвідали туристи. Потім, у середині вересня, кількість заражень різко зросла з 1 до 55 на тиждень. "Цей клон вірусу зумів поширитися і викликати всюди неявні інфекції, особливо в Рейк'явіку, де ми раптово побачили приріст, - розповідає Гвюднасон. - Ось свідчення того, як складно обмежити поширення вірусу".

До жовтня коронавірус поширився серед населення більше, ніж під час першої хвилі. Максимальна кількість заражень налічувала 291 на день. 17 жовтня кількість активних інфекцій, нарешті, почала знижуватися, що, на думку досліджень, відбулося завдяки широкомасштабному тестуванню, процедурам відстеження, карантину, а також новим обмеженням, запровадженими урядом, та акценту на тому, як важливо носити маски. "Сподіваюся, скоро ми зможемо почати знімати обмеження", - говорить Гвюднасон.

Попри сплеск інфекції країна не закриває кордони для туристів із деяких країн, хоча вимоги при в'їзді тепер більш суворі. Мандрівники повинні або провести на самоізоляції 14 днів після приїзду, або здати два діагностувальні тести: спочатку після приїзду і п'яти днів карантину, а потім ще один. Цей метод дозволив виявити, що у 20% людей із першим негативним тестом другий виявляється позитивним, зазначає Гвюднасон. Цифра висока, але вона узгоджується з попередніми результатами. Нові вимоги, схоже, зупинили безліч штамів вірусу, які інакше проникли б до країни.

На відміну від Нової Зеландії, яка закрила свої кордони, ідею повного знищення вірусу Ісландія ніколи не підтримувала, побоюючись, що без туризму стане банкрутом. Таким чином, дуже ймовірно, що нові зараження продовжать виникати, говорить Гвюднассон. Ба більше, і він, і інші дослідники вважають, що нинішній спалах захворювання виник через втому від пандемії: люди почали нехтувати профілактичними заходами, хоча протягом декількох місяців були обережні. "Думаю, нам доведеться мати справу з вірусом і пригнічувати його за можливості, поки ми не отримаємо вакцину", — пояснює дослідник.

Дослідження триває кожну вільну хвилину. Команда Палссона планує вивчити ефект вірусного навантаження на результативність лікування і передавання вірусу та використовувати дані з відстеження контактів, щоб виділити фактори ризику у випадках надзвичайного поширення вірусу. "У нас є інформація про домогосподарства, де захворіли майже всі, а в інших випадках носії інфекції ходять на роботу, але ніхто не хворіє, - розповідає Палссон. - Розібратися в цьому непросто".

У deCODE Стефаунссон та його колеги досліджують клітинну імунну відповідь і намагаються встановити, чи виробляються у пацієнтів, які важко переносять COVID-19, антитіла, спрямовані проти власних тканин. Разом із командою університетського госпіталю deCODE співпрацює з питання довготривалих ефектів від COVID-19 і досліджує, як генетика впливає на ймовірність зараження і відповідь на нього.

"Ми вже давно прагнемо збирати все, що дізнаємося про хвороби людини, і публікувати інформацію, — говорить Стефаунссон. - Немає причин не скористатися цією можливістю".

Меган Скуделларі

За матеріалами: ІноЗМІ

Редакція не несе відповідальності за думку, яку автори висловлюють у блогах на сторінках ZIK.UA

*Якщо Ви знайшли помилку в тексті новини, виділіть її та натисніть Ctrl+Enter.

Loading...