Pojawiające się i ewoluujące wirusy układu oddechowego: Projektowanie testów ma znaczenie

Wirusy grypy i SARS-CoV-2 stanowią ciągłe wyzwanie dla zdrowia publicznego, głównie dlatego, że ewoluują szybko i często. Aby pomóc lekarzom ograniczyć rozprzestrzenianie się tych wirusów, technologia diagnostyczna musi uwzględniać ewolucję genetyczną. Testy różnią się jednak zdolnością wykrywania nowych wariantów. Przyjrzyjmy się najnowszym danym epidemiologicznym i zbadajmy wyzwania diagnostyczne oraz rozwiązania.  

Rozprzestrzenianie się sezonowych chorób układu oddechowego

Dane Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) wskazują na szczyt liczby przypadków COVID-19, gdy pojawiły się nowe warianty, zwłaszcza wariant Omikron, powodując gwałtowne wzrosty we wczesnym 2022 i wczesnym 2023 roku. W okresie od połowy 2023 do 2024 roku liczba cotygodniowych przypadków COVID-19 zmniejszyła się, ale WHO nadal otrzymuje raporty dotyczące setek tysięcy przypadków każdego tygodnia.¹

W Stanach Zjednoczonych przyjęcia do szpitala w związku z COVID-19 były zgodne z tymi globalnymi trendami, zgodnie z danymi Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Duże szczyty wystąpiły we wczesnym 2021 i wczesnym 2022 roku. Jednak dzięki szczepieniom i innym środkom zdrowotnym liczby ta spadły w 2023 i na początku 2024 roku.²

W ciągu sezonu 2023/2024 w Europie najczęściej występującym wirusem układu oddechowego była grypa, a następnie wirus syncytialny nabłonka oddechowego (RSV) i SARS-CoV-2. Liczba przypadków zakażenia wirusem grypy osiągnęły szczyt pod koniec 2023 roku, a głównymi typami były wirus grypy typu A (H3) i wirus grypy typu A (H1N1)pdm09.³ Tendencja ta wystąpiła również na całym świecie, gdzie najczęściej wykrywano wirusa grypy typu A.⁴

W Stanach Zjednoczonych sezon grypowy 2023/2024 był umiarkowany, a większość dodatnich wyników testów w kierunku wirusa grypy dotyczyła wirusa grypy typu A (H3).⁵ W Australii zaobserwowano podobne trendy, a wysoka aktywność wirusa grypy wystąpiła na początku 2020 roku, w połowie 2022 roku, na początku 2023 roku i na początku 2024 roku. Najczęściej występowały wirus grypy typu A (H3) i wirus grypy typu A (H1N1)pdm09.⁶

Dryf genetyczny wirusa i jego wpływ na testy

Niedawne badania opublikowane w czasopismach Journal of Clinical Microbiology oraz Journal of Pathology, Microbiology, and Immunology wykazały, że nowe szczepy wirusa grypy typu A z mutacjami genu kodującego białko macierzy mogą prowadzić do uzyskiwania fałszywie ujemnych wyników testów wykorzystujących jedną sekwencję docelową genu. Na przykład badanie przeprowadzone przez zespół Landry i Owen (2022) wykazało, że szczep wirusa grypy typu A H1N1 uniknął wykrycia przez testy ukierunkowane wyłącznie na gen kodujący białko macierzy.⁹ Pokazuje to potrzebę korzystania z wielu sekwencji docelowych genów w testach molekularnych.

Ewolucja genetyczna wirusa SARS-CoV-2

Wirus SARS-CoV-2 szybko ewoluował, zwłaszcza w przypadku wariantu Omikron i jego podtypów, co stanowi wyzwanie dla dokładności diagnostycznej. Dane CDC wykazują istotne zmiany genetyczne w stosunku do pierwotnego szczepu.¹²  Ten dryf może wpływać na czułość testów diagnostycznych, co wymaga bieżących aktualizacji i walidacji testów.

Analiza technologii diagnostycznej

W badaniu przeprowadzonym przez zespół Jorgensen et al.¹⁰ niektóre dostępne na rynku testy wykazały wyniki fałszywie ujemne ze względu na zmiany w sekwencji genu kodującego białko macierzy wirusa grypy typu A H3N2. Badanie podkreśliło, że nowe krążące szczepy wirusa mogą powodować spadek skuteczności testów, jeśli testy nie są zaprojektowane tak, aby były wiarygodne w przypadku mutacji.¹⁰

Testy diagnostyczne firmy Cepheid dobrze radzą sobie z dryfem genetycznym wirusów, ponieważ wykorzystują startery i sondy ukierunkowane na wiele genów wirusa grypy, w tym sekwencje docelowe genów kodujących białko macierzy zarówno ludzkich, jak i ptasich szczepów wirusa grypy typu A. Ta nadmiarowość sekwencji docelowych zapewniła testowi multipleksowemu firmy Cepheid w kierunku wirusa grypy typu A, wirusa grypy typu B, wirusa RSV i wirusa SARS-CoV-2 odporność na mutacje zgłaszane przez zespół Jorgensen et al., dzięki czemu nie dał on żadnych wyników fałszywie ujemnych w badaniu porównawczym.¹⁰

Ta strategia projektowania testów z wykorzystaniem wielu sekwencji docelowych zapewnia szeroki zakres obejmowanych szczepów i zmniejsza wpływ mutacji genetycznych. Te cechy są niezbędne do zapewnienia gotowości na przyszłą pandemię. Projektowanie testów wykorzystujących wiele sekwencji docelowych może umożliwić dokładne wykrywanie różnych podtypów wirusów. Najnowsze dane z analiz in silico z wykorzystaniem bazy danych sekwencji Global Initiative on Sharing All Influenza Data (GISAID) pokazują, że testy firmy Cepheid zachowały ponad 96% podobieństwo sekwencji ze wszystkimi testowanymi szczepami ludzkimi i ptasimi wirusa grypy typu A, skutecznie obejmując ostatnie dryfy genetyczne.¹¹

Znaczenie szybkich testów diagnostycznych

Badanie opublikowane w czasopiśmie Journal of Clinical Virology w 2018 roku autorstwa zespołu Pedersen et al. wykazało korzyści płynące z szybkich testów diagnostycznych w kierunku wirusa grypy i RSV. Testy wykonywane w miejscu świadczenia opieki (POCT) w kierunku tych wirusów mogą skrócić czas potrzebny na uzyskanie wyników z 5,2 godzin w przypadku badań laboratoryjnych do zaledwie 20 minut. Ten krótki czas realizacji ma kluczowe znaczenie. Bez POCT 70% pacjentów z dodatnim wynikiem badania na obecność wirusa dzieliło pomieszczenia z pacjentami z ujemnym wynikiem badania na obecność wirusa, a 27% pacjentów z dodatnim wynikiem badania na obecność wirusa otrzymywało niepotrzebne antybiotyki.⁷ Szybkie testy diagnostyczne pomagają zapewnić pacjentom odpowiednie leczenie, ograniczając rozprzestrzenianie się zakażeń.

Zmieniająca się skuteczność szybkich testów antygenowych w kierunku SARS-CoV-2

Badania opublikowane w czasopiśmie Journal of Clinical Microbiology analizowały wrażliwość szybkich testów antygenowych na warianty wirusa SARS-CoV-2, w tym Omikron i Delta. Badania te wykazały, że chociaż niektóre szybkie testy antygenowe pozostają skuteczne, inne mają zmniejszoną czułość.¹⁴

Wartość testów multipleksowych

Wirusy RSV, grypy i SARS-CoV-2 występują jednocześnie i wywołują wiele podobnych objawów przedmiotowych i podmiotowych, co sprawia, że testy multipleksowe są niezbędne. Testy te mogą jednocześnie wykrywać wiele wirusów, umożliwiając szybką i wiarygodną diagnostykę. Testy te pomagają również lekarzom odpowiednio grupować hospitalizowanych pacjentów i przepisywać odpowiednie leki przeciwwirusowe.

Nadzór firmy Cepheid nad SARS-CoV-2

Podejście firmy Cepheid do testów w kierunku SARS-CoV-2 polega na wykorzystaniu wielu genów, w tym genów RdRP, E i N2. Strategia ta zapewnia wysoką inkluzywność wariantów wirusów, a analizy in silico nie przewidują wyników fałszywie ujemnych w przypadku nowych lub krążących wariantów.¹³

Wysoka jakość testów wykonywanych w miejscu świadczenia opieki nad pacjentem

Platforma GeneXpert® firmy Cepheid oferuje testy PCR na żądanie w laboratoriach szpitalnych i w miejscach świadczenia opieki nad pacjentem przy skuteczności równej systemom laboratoryjnym do analizy próbek seriami, niezależnie od miejsca wykonywania testów. Umożliwia to terminowe i dokładne diagnozowanie wirusów układu oddechowego, w tym wirusa grypy typu A, wirusa grypy typu B, wirusa RSV i wirusa SARS-CoV-2.^{15, 16, 17}

Projekt testu, który skupia się na wielu sekwencjach docelowych genów i szerokim zakresie obejmowanych szczepów, zmniejsza wpływ dryfu genetycznego i zwiększa dokładność. W miarę rozwoju wirusów układu oddechowego, jakość projektu testu molekularnego będzie prawdopodobnie stawać się coraz ważniejszym czynnikiem wpływającym na decyzje kliniczne i leczenie pacjentów.