Секвенирование патогенов помогает контролировать болезни животных

В 2019 году из-за вспышки афтозной лихорадки (ящура) и применения неэффективной вакцины в Марокко под угрозой оказалось огромное количество крупного рогатого скота, овец, свиней, коз и других копытных животных. Ящур — высококонтагиозное вирусное заболевание, которое вызывает у инфицированных животных лихорадку и везикулярное поражение ротовой полости и конечностей (высыпания в виде пузырьков). Заболевание может приводить к развитию у животных хромоты и других симптомов; из-за него продукты животного происхождения становятся непригодными для употребления, что приводит к убыткам для фермеров. Меры по ликвидации этой вспышки заболевания начались с проведения генетического сравнительного анализа, в результате которого была подобрана другая вакцина — решение, ставшее возможным благодаря помощи, оказанной МАГАТЭ местным властям в партнерстве с Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций (ФАО) в вопросах создания потенциала в области передовых молекулярных технологий.

Все вирусы, включая возбудителя ящура, постоянно эволюционируют и образуют новые разновидности и штаммы. Эффективным способом борьбы со вспышками вирусных заболеваний является вакцинация, однако конкретные вакцины действуют только на конкретные штаммы вирусов. Для определения наиболее подходящей вакцины необходимо понимание генома вируса.

Работы по защите поголовья копытных животных в Марокко были начаты еще за два года до вспышки, когда сотрудники Национального управления по безопасности пищевых продуктов в Касабланке прошли в рамках программы технического сотрудничества МАГАТЭ курс подготовки в области выявления и характеризации патогенов, вызывающих зоонозные заболевания, и организации мер по реагированию на вспышки таких заболеваний и их ликвидации. Это лишь одна из многих инициатив в области подготовки кадров, осуществляемых с момента учреждения в 2017 году службы МАГАТЭ/ФАО по генетическому секвенированию. Сегодня обратиться в эту службу за помощью могут специалисты из стран Африки, Азии и Латинской Америки, что дает им возможность использовать и освоить новейшие аналитические методы для определения характеристик патогенов.

«Характеризация патогенов и понимание происхождения болезней животных и зоонозов является необходимым условием разработки эффективных мер по реагированию на такие заболевания», — говорит Иванчо Налетоски, специалист-куратор по вопросам ветеринарии в Совместном центре ФАО/МАГАТЭ по ядерным методам в области продовольствия и сельского хозяйства. Налетоски является инициатором проекта по секвенированию, и при его поддержке по всему миру ведется деятельность по подготовке ученых в области построения филогенетических деревьев для возбудителей болезней животных и зоонозных заболеваний.

Филогенетическое дерево — схема ветвления филогенетических линий, отражающая эволюционные связи между организмами — помогает ученым лучше понять взаимосвязь между различными вспышками вируса и определить их источник или путь происхождения. По словам Налетоски, с помощью филогенетических деревьев и глубокого генетического анализа можно получить информацию, на основе которой соответствующие органы могут выбирать правильную стратегию борьбы с патогенами: «Для лиц, принимающих решения, очень важно иметь точный генетический профиль вирусов, с которыми они пытаются бороться. Благодаря этим данным страны могут сэкономить время и деньги при выборе вакцин. Соответственно, спрос на наши услуги постоянно растет».

Сеть лабораторий как механизм взаимопомощи

На сегодняшний день служба секвенирования МАГАТЭ/ФАО получила более 4200 образцов и последовательностей генов для возбудителей 54 различных заболеваний животных (таких как ящур и африканская чума свиней) и зоонозных болезней (таких как бешенство, бруцеллез и лихорадка Рифт-Валли). В создание сетевой базы данных службы секвенирования вносят свой вклад ученые из 25 лабораторий по всему миру, которые полагаются на технические возможности этой службы для решения задач в области генетического секвенирования.

«Оборудование для генетического секвенирования может быть очень дорогим в плане цены приобретения и стоимости дальнейшего обслуживания. Закупка такого оборудования имеет смысл для лабораторий, которые обрабатывают очень большие объемы материала, однако для большинства лабораторий в странах это совсем невыгодно, — поясняет Налетоски. — Мы помогаем небольшим лабораториям в бедных странах сэкономить на капитальных затратах, предлагая возможности для работы с уже зарекомендовавшими себя компаниями, занимающимися секвенированием, и для получения той же информации, как если бы они располагали подобным оборудованием для секвенирования у себя на местах».

Служба секвенирования предоставляет ученым, являющимся участниками сети, необходимые реагенты и обучение по темам, касающимся подготовки высококачественных проб для секвенирования, а также обработки исходных данных и филогенетического анализа. Служба помогает также координировать и оплачивать услуги по секвенированию этих проб в специализированной коммерческой лаборатории. Таким образом, для участвующих лабораторий животноводства и ветеринарии эта услуга бесплатна.

«Поскольку фактически секвенирование выполняется третьей стороной, наша задача состоит в том, чтобы помочь лабораториям правильно подготовить пробы и интерпретировать результаты. Для этого мы разработали пошаговые комплексные рекомендации и до пандемии занимались организацией учебных мероприятий по всему миру», — подытоживает Иванчо Налетоски, подчеркивая, что обучение опирается на помощь тех пользователей, которые настолько хорошо освоили эту услугу и процесс подготовки проб, что могут сами обучать новых участников.

Как выслеживают новые вирусы в Виндхуке

Активным пользователем и энтузиастом предоставляемых МАГАТЭ и ФАО услуг по секвенированию является Умберто Молини — старший преподаватель в Университете Намибии. Г-н Молини и центральная ветеринарная лаборатория Виндхука были одними из первых, кто начал обращаться за услугами секвенирования еще в 2016 году. По словам Молини, за последние пять лет служба секвенирования не только не раз помогала властям Намибии лучше понять происхождение и особенности различных штаммов известных вирусов, циркулирующих среди домашнего скота и промысловых животных, но и обнаружила вирусы, о присутствии которых в стране ранее не было известно.

«Мы обнаружили цирковирус свиней второго типа у домашних свиней и бородавочников, а также вирус гриппа типа D у крупного рогатого скота и антилоп гну. Удивительно, но однажды мы даже обнаружили птичий грипп у пингвинов», — добавляет Молини. В 2019 году крупная вспышка птичьего гриппа впервые поразила находящуюся под угрозой исчезновения популяцию африканских пингвинов (Spheniscus demersus) в Намибии. Благодаря помощи со стороны службы секвенирования Молини удалось выделить и охарактеризовать возбудителя болезни — штамм H5N8.

«В результате этой вспышки погибло около 500 пингвинов, однако после того, как мы идентифицировали вирус и определили его штамм, мы смогли обосновать необходимость и уместность усилий, предпринимаемых для того, чтобы остановить распространение вируса среди домашней птицы», — говорит Молини.

Хотя штамм H5N8, вероятно, был занесен в Намибию в результате миграции птиц, вспышки подобных болезней не всегда берут начало в дикой природе. В 2018 году среди кур на птицефабриках Намибии была зафиксирована вспышка инфекционного ларинготрахеита. После обращения в службу секвенирования Молини установил, что вспышка была связана с ненадлежащим использованием вакцины, и тогда уже было нетрудно принять нужные меры, чтобы остановить распространение вируса. «Генетическое секвенирование — это мощный и тщательно продуманный инструмент для борьбы с подобными заболеваниями. Если больше стран смогут получить доступ к секвенированию и научатся использовать этот метод, мы будем лучше подготовлены к тому, чтобы останавливать будущие вспышки заболеваний», — подчеркивает он.