В конце 2021 — начале 2022 года вариант SARS-CoV2 омикрон стремительно распространялся по миру, заменяя собой господствующий вариант дельта. В России до середины декабря 2021 года были выявлены только спорадические случаи заболевания омикроном, в основном связанные с заграничными поездками. Недавно в журнале Viruses вышла статья, посвященная исследованию вспышки омикрона в студенческом общежитии в Санкт-Петербурге, которое проводилось в течение двух недель, с 16-го по 29 декабря 2021 года, и стало первым описанием массовой передачи варианта омикрон внутри России. Ученые исследовали конкуренцию дельты и омикрона внутри общежития, связь вероятности заражения с окружением, а также вклад вспышки в общежитии в генетическое разнообразие вируса в России и за ее пределами. Оказалось, что вспышка омикрона в общежитии случилась в результате единственного заноса, а потомкам линии из общежития удалось распространиться по Санкт-Петербургу и проникнуть в некоторые регионы России и даже другие страны. Тем не менее в Москве потомки этой линии обнаружены не были.
Вариант вируса SARS-CoV-2, получивший название омикрон, был впервые обнаружен в Южной Африке 24 ноября 2021 года. Уже к середине декабря он стал основным во многих странах по всему миру, включая ЮАР, Соединенное Королевство, Австралию и Канаду. В это время Россия была вотчиной варианта дельта, но уже к концу января 2022 года в нашей стране доминировал омикрон. С конца ноября в Санкт-Петербурге проводился мониторинг, призванный выявить появление и распространение омикрона. В ходе этого мониторинга и была обнаружена эпидемия в студенческом общежитии. Из 465 тестов на COVID-19, проведенных в общежитии, 180 (38,7%) показали положительный результат. Были прочитаны геномы 118 образцов, из которых 111 на основании нуклеотидной последовательности были отнесены к варианту омикрон, а оставшиеся 7 — к варианту дельта.
Анализ положения прочитанных геномов на эволюционном дереве вируса показал, что образцы дельты образуют на дереве четыре независимые клады (проще говоря, четыре «куста»), тогда как все 111 образцов омикрона представляют собой одну кладу (рис. 1). Значит, полученные образцы дельты — результат четырех заносов вируса в общежитие, а образцы омикрона — результат одного заноса (или, по крайней мере, близких по времени заносов из одного источника). Математическое моделирование показало, что этот занос произошел в первых числах декабря — за две недели до взятия первого анализа.
Несмотря на четыре найденных заноса дельты в общежитие, ни один из них не расцвел так, как единственный занос омикрона. Это неудивительно, учитывая, что вариант омикрон смог очень быстро вытеснить дельту во всем мире. Этот вариант вируса сильно модифицирован по сравнению со всем разнообразием SARS-CoV2, циркулировавшим до него. Его поверхностный S-белок сильно перестроен: в нем есть множество мутаций, делающих его неуловимым для антител (Z. Zhai et al., 2022. Omicron SARS-CoV-2 mutations stabilize spike up-RBD conformation and lead to a non-RBM-binding monoclonal antibody escape). Некоторые из них, случись они в другом варианте вируса, нарушали бы связывание вируса с клеточным рецептором ACE2 и его проникновение в клетку. Но S-белок омикрона имеет компенсирующие мутации, благодаря которым связывание не нарушается (Омикрон вытеснил другие варианты SARS-CoV-2 благодаря эпистазу, «Элементы», 28.06.2022). Омикрон эффективнее, чем предыдущие варианты, инфицирует клетки верхних дыхательных путей, что, вероятно, способствует его распространению в результате чихания и кашля (T. Peacock et al., 2022. The altered entry pathway and antigenic distance of the SARS-CoV-2 Omicron variant map to separate domains of spike protein). При этом он хуже размножается в клетках легких, что и может быть причиной в среднем менее тяжелых симптомов по сравнению с ранее циркулировавшими вариантами.
Девятиэтажное общежитие имеет коридорный тип расположения комнат, большинство из которых рассчитаны на четырех человек. Общие ванные комнаты на этажах объединены вентиляционным ходом. Для 104 из 111 человек, от которых были получены геномы омикрона, был известен номер комнаты. Это позволило исследовать связь риска заражения с проживанием в одной комнате или на одном этаже с инфицированным человеком. Поскольку все образцы омикрона из общежития — потомки одного заноса и генетические различия между ними накапливались в процессе передач внутри общежития, можно ожидать, что прямое заражение даст образцы, более сходные генетически, чем цепь последовательных заражений. Другими словами, чем больше генетических отличий у двух образцов вируса (то есть чем больше эволюционное расстояние от одного до другого), тем длиннее цепь передач между ними.
Исследователи посчитали среднее эволюционное расстояние между парами образцов от людей, проживающих в одной комнате или на одном этаже, и сравнили их с распределением расстояний, полученным многократным перемешиванием комнат и этажей между людьми (рис. 2). Такое распределение показывает, как могут отличаться эволюционные расстояния между случайными парами образцов вируса вне зависимости от того, как далеко друг от друга проживают пациенты, от которых эти образцы были получены.
Оказалось, что образцы от людей из одной комнаты имеют меньше генетических отличий, чем образцы от людей из разных комнат, проживающих на одном или на разных этажах. Таким образом, проживание в одной комнате с инфицированным человеком повышает риск заразиться от него, тогда как этаж не имеет значения в случае проживания в разных комнатах. На первый взгляд этот результат кажется очевидным, однако не так-то просто показать статистически значимое повышение вероятности заражения при совместном проживании с инфицированным. В случае с общежитием набор данных позволил это сделать. Кроме того, всё могло быть по-другому: разные исследования показали, что стены здания — не преграда для вируса, и даже в специальных карантинных гостиницах он передается между комнатами по циркулирующему воздуху (A. Fox-Lewis et al., 2022. Airborne Transmission of SARS-CoV-2 Delta Variant within Tightly Monitored Isolation Facility, New Zealand (Aotearoa)). Кроме того, известны случаи так называемых вертикальных передач вируса между квартирами, расположенными на разных этажах и связанными единой системой канализации (Y. Guo et al., 2022. Vertical outbreak of COVID-19 in high-rise buildings: The role of sewer stacks and prevention measures). Тем не менее есть работы, показывающие, что непосредственная близость источника вируса значительно повышает вероятность заражения (L. Cegolon et al., SARS-CoV-2 Infection in Health Care Workers of Trieste (North-Eastern Italy), 1 October 2020 — 7 February 2022: Occupational Risk and the Impact of the Omicron Variant).
Образцы омикрона из общежития принадлежат линии BA.1.1, к которой относится около половины всех секвенированных российских образцов этого варианта в первом квартале 2022 года. Согласно эволюционному дереву, 489 российских образцов, полученных после 16 декабря от людей, не имеющих явного отношения к общежитию, являются потомками изучаемой вспышки. Наибольший вклад она внесла в Санкт-Петербурге (39% всех образцов BA.1.1) и Ленинградской области (50%). При этом в большинстве других регионов ее роль оказалась незначительна (рис. 3). Интересно, что в Москве, несмотря на сравнимую с Санкт-Петербургом интенсивность прочтения вирусных геномов и на активное транспортное сообщение между двумя столицами, потомков изучаемой вспышки обнаружено не было. Общий предок образцов из общежития (то есть основание куста, в который собираются эти образцы на эволюционном дереве) отличается от предка линии BA.1.1 на три синонимичные (то есть не меняющие аминокислоту в соответствующем белке) мутации, которые вряд ли принесли вирусу какое-то конкурентное преимущество, поэтому главную роль в распространении потомков вспышки играл случай. Многие исследования демонстрируют неравномерность распространения вариантов SARS-CoV2 с одинаковой способностью к передаче. Например, волна варианта дельта в России была вызвана одной из множества циркулирующих в мире линий, распространившейся случайно (Истоки распространения дельта-штамма в России: неведомый источник и воля случая, «Элементы», 08.09.2022). А для омикрона в Гонг-Конге было показано, что 20% случаев стали источниками 80% передач между людьми (Z. Guo et al., 2022. Superspreading potential of COVID-19 outbreak seeded by Omicron variants of SARS-CoV-2 in Hong Kong).
Помимо образцов из России, среди потомков вспышки в Санкт-Петербургском общежитии оказались и 118 образцов из 20 других стран. Для большинства стран вклад этих потомков в эпидемию был ничтожным (<<1% от всех образцов линии BA.1.1). Наибольшая их доля наблюдалась в Эстонии и Финляндии (1,8% и 0,5% от BA.1.1), географически близких к Санкт-Петербургу.
Какие же выводы можно извлечь из подробного изучения одной-единственной локальной вирусной вспышки?
1) Несмотря на то, что жители студенческого общежития, вероятно, активно общаются между собой, проживание в одной комнате с инфицированным человеком статистически значимо повышает вероятность заражения.
2) Потомки вспышки в одном здании могут проникнуть в соседние регионы и соседние страны, даже не имея трансмиссивного преимущества. Большую роль в распространении вируса при этом играет эффект основателя: по-видимому, зародившаяся в общежитии вирусная линия была одной из первых линий омикрона в Петербурге. Большая плотность населения общежития помогла ей выжить и занять свое место в первой волне омикрона в городе. Но когда линия из общежития попала в Москву, там уже были распространены другие линии, на фоне которых потомки вспышки в общежитии не смогли распространиться в отсутствии трансмиссионного преимущества.
Источник: Galya V. Klink, Daria Danilenko, Andrey B. Komissarov, Nikita Yolshin, Olga Shneider, Sergey Shcherbak, Elena Nabieva, Nikita Shvyrev, Nadezhda Konovalova, Alyona Zheltukhina, Artem Fadeev, Kseniya Komissarova, Andrey Ksenafontov, Tamila Musaeva, Veronika Eder, Maria Pisareva, Petr Nekrasov, Vladimir Shchur, Georgii A. Bazykin and Dmitry Lioznov. An Early SARS-CoV-2 Omicron Outbreak in a Dormitory in Saint Petersburg, Russia. Viruses. 2023. DOI: 10.3390/v15071415. Работа поддержана грантом РНФ № 21-74-20160.
Галина Клинк
Свежие комментарии