ДИНАМИКА ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ И ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ SARS-COV-2 И ВИРУСОВ ГРИППА У НАСЕЛЕНИЯ МОСКВЫ

ВВЕДЕНИЕ

Острые респираторные вирусные инфекции (ОРВИ) и грипп – одна из наиболее распространенных групп инфекционных заболеваний человека, возбудителями которой являются вирусы, заражающие клетки верхних и нижних дыхательных путей. К наиболее значимым и распространенным вирусным агентам, вызывающим ОРВИ, относятся рибонуклеиновая кислота (РНК)-содержащие вирусы из семейств Coronaviridae (коронавирусы) и Orthomyxoviridae (вирусы гриппа) [1][2]. О серьезности эпидемиологических исследований ОРВИ может свидетельствовать, например, всемирная пандемия новой коронавирусной инфекции (COVID-19), вызванная коронавирусом острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2), которая распространилась на 231 страну мира. Заболеваемость COVID-19, по данным Всемирной организации здравоохранения, на 13.04.2024 составила 704 753 890 случаев, а смертность достигла 7 010 681 человек [3]. Инфицирование SARS-CoV-2 и вирусом гриппа может протекать в диапазоне от бессимптомной формы до проявления опасных для жизни симптомов, таких как острый респираторный дистресс-синдром или полиорганная недостаточность [4]. Эти осложнения способствуют развитию у пациентов с COVID-19 синдрома взаимного отягощения, проявляющегося в форме прогрессирующей сердечной и дыхательной недостаточности, ранней инвалидизации и высокой смертности [5].

Все перечисленные вирусы обладают высокой скоростью генетической изменчивости, что приводит к быстрому появлению новых генетических вариантов, в том числе тропных для человека. Вирус гриппа включает 4 типа (A, B, C, D), из которых тип А подразделяется на подтипы в зависимости от поверхностных белков: гемагглютинина (H, 18 подтипов) и нейраминидазы (N, 11 подтипов) [6]. В свою очередь, к коронавирусам относятся 45 видов вирусов, также характеризующихся значительной вариабельностью [7]. В связи с этим необходим постоянный мониторинг эволюции генетических штаммов вирусов, направленный на своевременное выявление и контроль потенциальных рисков, а также на предупреждение развития неблагоприятных эпидемиологических ситуаций, таких как вирусные эпидемии. При их потенциальном развитии мониторинг позволяет прогнозировать уровни заболеваемости, динамику распространения, а также географическую и демографическую структуру инфекционных заболеваний. Это, в свою очередь, создает основу для разработки эффективных профилактических и лечебных средств, включая вакцины, лекарственные препараты и диагностические инструменты, а также для объективной оценки эффективности реализуемых противоэпидемических мероприятий [8]. Все эти задачи позволяет решить новое направление – геномный эпидемиологический контроль, который с помощью современных генетических методов полимеразной цепной реакции (ПЦР), секвенирования следующего поколения (NGS) и биоинформатического анализа данных позволяет определить и охарактеризовать, какие генетические изменения (мутации) приобретают патогены во время локальных и глобальных вспышек и каким образом можно контролировать их распространение. Получение новых генетических, эпидемиологических данных о патогенах значительно повышает их полезность для оптимизации процессов принятия и реализации решений, усиления взаимодействия между учреждениями и наращивания потенциала использования общей системы эпидемиологического надзора. В рамках реализации постановления Правительства РФ от 23.03.2021 № 448 «Об утверждении временного порядка предоставления данных расшифровки генома возбудителя новой коронавирусной инфекции (COVID-19)» сформирована национальная база генетических последовательностей, в которой на начало 2025 г. размещено 350 874 последовательности вируса SARS-CoV-2 [9].

Цель – установить генетическую структуру (штаммы, серотипы) коронавируса SARS-CoV-2, вирусов гриппа, оценить уровень заболеваемости населения Москвы и предложить меры для эффективного управления эпидемиологической ситуацией.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе использованы данные Московского научно-практического центра лабораторных исследований Департамента здравоохранения города Москвы (МНПЦЛИ ДЗМ) по эпидемиологическому мониторингу населения города Москвы за период с декабря 2021 по март (июль) 2025 г. У всех пациентов с симптомами ОРВИ при получении отрицательного экспресс-теста на COVID-19 был осуществлен забор материала из ротоглотки и носоглотки для проведения ПЦР-теста на широкий спектр возбудителей ОРВИ (вирусы гриппа, SARS-CoV-2).

Полноэкзомное секвенирование. При положительном результате ПЦР-теста на вирусы гриппа или SARS-CoV-2 проводили NGS-секвенирование на платформе MiSeq с использованием наборов реагентов v3 с парными прочтениями 2×300 п. н. (Illumina, США). Библиотеки образцов готовили в соответствии с руководством по подготовке образцов Proxima-D (Диасистемс, Россия). Выделение РНК проводили с помощью набора «МагноПрайм ЮНИ» (НекстБио, Россия).

Биоинформатический анализ. Сборку геномных последовательностей осуществляли с помощью сборщика IRMA 1.2.1 [10], поиск сходства собранных последовательностей с известными штаммами возбудителей осуществлялся с помощью программы BLAST 6 [11] в БД GenBank [12], дополнительная классификация сборок SARS-CoV-2 выполнялась с помощью инструмента pangolin [13].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Интенсивное распространение пандемии COVID-19 с конца 2019 г. по начало 2022 г. способствовало благоприятным условиям для появления новых генетических вариантов возбудителя. Первая мутация в SARS-CoV-2 выявлена в Великобритании в декабре 2020 г. – геновариант В.1.1.7 (альфа, британский), в апреле 2020 г. обнаружен геновариант В. 1.617.1/В.1.617.2 (дельта/каппа, индийский), в ноябре этого года появился новый геновариант В.1.1.529 (Омикрон), доминирующий на протяжении всего 2024 г. В свою очередь, на территории Российской Федерации в 2023–2024 гг. в 100 % случаев преобладал геновариант Омикрон (рис. 1).

Данные рис. 1 демонстрируют, что заболеваемость COVID-19 имеет явно выраженные сезонные изменения. С марта по май 2020 г. она возрастала до 1 000 чел. на 100 тыс. населения, затем снижалась, достигая минимума в летний период, а с сентября вновь возрастала до максимума в 1 600 чел. в декабре 2020 г., затем вновь снижалась до марта 2021 г. (500 чел.) и опять возрастала с апреля по июнь–июль 2021 г. (1 300 чел.), что связано с появлением нового дельта-каппа-геноварианта. Уже в ноябре 2021 г. в Москве была снова зафиксирована вспышка заболеваемости COVID-19, достигшая пика в декабре 2021 – январе–марте 2022 г. с уровнем заболеваемости до 3 700 чел на 100 тыс. населения, что было связано с появлением геноварианта Омикрон линии BA. Следует отметить, что в декабре 2021 г. – январе 2022 г. в генетической структуре COVID-19 еще преобладал штамм AY δ-линии (рис. 2). С июля по октябрь 2022 г. наблюдалась еще одна вспышка с пиком заболеваемости 1 700 чел. в августе, что также было вызвано инфицированием штамма Омикрон (ὂ) линии ВА. С октября 2022 г. по начало 2025 г. (рис. 2) инфицированность населения COVID-19 находилась на уровне 100–500 чел. на 100 тыс., что связано с появлением менее вирулентных, контагиозносных линий XBB (Stratus, январь–декабрь 2023 г.), JN (январь–июнь 2024 г.), FliRT (июль 2024 г. – март 2025 г.) (рис. 2).

При более детальном генетическом анализе, проведенном с помощью NGS-секвенирования, установлено, что население Москвы с июля по декабрь 2023 г. на 75–100 % было инфицировано 2 линиями SARS-CoV-2 XBB и FL.1, но уже с января по июнь 2024 г. доминировали (до 100 %) линии JN.1 и FLiRT. В июле–сентябре 2024 г. население Москвы, инфицированное на фоне JN.1 и FLiRT, также подвергалось заражению линиями KS1 (35–50 %), KP FLiRT, LR1. Уже с конца октября 2024 г. по июнь 2025 г. в генетической структуре SARS-CoV-2 начали доминировать (60–100 %) новые линии LF, FL1.

Временная динамика инфицирования жителей Москвы вирусами гриппа за период 2022–2025 гг. представлена на рис. 3.

С начала 2025 г. (1–12 нед.), наблюдалось увеличение заболеваемости населения Москвы вирусами гриппа (рис. 3). Согласно данным рис. 3А, население Москвы в декабре 2022 г. – начале января 2023 г. на 64,3–97,6 % были инфицированы штаммом A (H1N1, New York, 04/2022), но уже с 23 января 2023 г. доминирующее положение занял штамм В (Texas/43/2019), на его долю в январе–феврале 2023 г. приходилось от 52,36 до 97,37 % всех протестированных образцов. В ноябре 2023 г. – феврале 2024 г. население Москвы было инфицировано сразу двумя новыми штаммами H3N2 вируса гриппа A/Massachusetts/01/2020 и А/Massachusetts/38/2019. Примечательно, что заболеваемость первым штаммом была выше (50–63,6 %), вторым – ниже (18–35,6 %). Однако к 26 февраля 2024 г. ситуация поменялась на противоположную: заболеваемость штаммом H3N2 вируса гриппа A/Massachusetts/01/2020 снизилась до 0 %, а штаммом А/Massachusetts/38/2019 увеличилась до 66,7 % (рис. 3Б). В декабре 2024 г. – марте 2025 г. население Москвы также было инфицировано новым субклоном штамма A вируса гриппа (H1N1, Hawaii 25/2020), а также линией В (Texas 43/2019). В декабре 2024 г. был более распространен субклон Hawaii 25/2020 штамма A (n = 95, до 23 %), а уже с января по март 2025 г. доминировал среди жителей Москвы штамм В Texas 43/2019 (22–65 %), с пиком инфицированности в 65 % (n = 398), приходящимся на 3 февраля 2025 г.

При проведении NGS-секвенирования был установлен более детальный спектр субклонов в генетической структуре вирусов гриппа в 2024–2025 гг. (рис. 4).

В январе 2025 г. генетическая структура штамма А вируса гриппа была представлена субклонами: Hawaii 25/2020 – на 43 %, Wisconsin 588/2019 – на 21 %, Indiana 07/2020 – на 10 %, Tennesee 29/2020 – на 7 %, South Carolina 01/2020 – на 3 %, Misissipi 10/2020 – на 3 %, Washington 26/2020 – на 2 %, West Virginia 08/2020 – на 2 %, Alabama 08/2020 – на 2 %, California 47/2020 – на 2 %. Структура штаммов линии В включала субклоны: Texas 43/2019 – 43 %, Rode Island 01/2019 – 37 %, Singapore DMS3592/2018 – 7 %, Singapore DMS3563/2018 – 7 %, Florida 09/2020 – 6 %, Virginia 24/2017 – 4 %, Utah 24/2017 – 2 % и Florida 39/2018 – 2 %. Однако в феврале 2025 г. ситуация изменилась: стал доминировать субклон Texas 43/2019 штамма В (69 %), тогда как доля остальных субклонов значительно сократилась: Rode Island 01/2019 составил 6 %, Florida 09/2020 – 4 %, Virginia 24/2017 – 1 %, Virginia 28/2019 – 1 %, Singapore DMS3592/2018 – 1 %, Singapore DMS3563/2018 – 1 %, Utah 24/2017 – 0,27 % и Florida 39/2018 – 0,27 %.

В настоящей работе нами исследована заболеваемость COVID-19 населения Москвы и генетическая структура инфицирующих штаммов вируса SARS-CoV-2 в 2020–2025 гг. Эти результаты являются продолжением опубликованного ранее нами исследования [8], в котором была определена временная динамика и частота инфицированности населения Москвы генетическими штаммами SARS-CoV-2 с декабря 2021 г. по январь 2024 г. В конце 2021 г. жители столицы преимущественно были инфицированы вариантом SARS-CoV-2 дельта, но уже с конца января и в феврале 2022 г. эта линия была вытеснена штаммом Омикрон, заболеваемость которым достигла 98,4 %.

В ноябре 2022 г. среди жителей Москвы появилась новая линия ХВВ штамма Омикрон, что привело к новой вспышке заболеваемости (98,3 %) в апреле 2023 г. В начале 2024 г. линия ХВВ была вытеснена линией JN.1, заболеваемость которой составила 52,9 % [8]. Как показали Y. Lu и соавт., этот штамм характеризуется появлением новых 27 мутаций (E554K, N450D, K356T, L452W, A484K, V483del и V445H и L455S) в части гена S-белка, относящегося к RBD-домену. Данные мутации снижают аффинность связывания вируса с рецептором ACE2, что способствует уклонению от иммунного ответа хозяина и придает устойчивость вирусу против многих моноклональных антител и различных вакцин [14]. Данный штамм был завезен в столицу из стран Западной Европы, где наблюдался экспоненциальный рост заболеваемости населения этой линией SARS-CoV-2 в конце 2023 г. – начале 2024 г. [15]. Заболеваемость COVID-19 среди жителей Москвы и Санкт-Петербурга в 2020–2021 гг. и структура генетических линий SARS-CoV-2 были также изучены в работе А. Гладких и коллег под руководством акад. А. Тотоляна [16]. В течение 2021 г. в Северо-Западном регионе циркулировали штаммы Альфа, Бета, Дельта, Омикрон SARS-CoV-2 с доминированием варианта Дельта с июня по декабрь. По данным авторов, заболеваемость в 2021 г. COVID-19 на северо-западе России колебалась от 259 чел. в апреле до 1 186 чел. на 100 тыс. в ноябре. Наибольший прирост заболеваемости COVID-19 наблюдался у молодых пациентов до 17 лет от 6,1 % в январе до 12,8 % в декабре. На протяжении 2021 г. заболеваемость тяжелой формой COVID-19 снижалась от 16,3 % в январе до 2,9 % в декабре. Напротив, инфицированность бессимптомной формой возрастала от 5,4 % в сентябре до 17,3 % в мае. Количество пациентов с легкой формой инфекции также увеличивалось: от 36,2 % в мае до 56,1 % в ноябре. Число случаев COVID-19 со средней степенью тяжести составило от 26,9 % в январе [16].

В начале 2025 г. в Канаде был обнаружен новый вариант XFG, который появился в результате рекомбинации двух дочерних линий LF.7 и LP.8.1.2. Вариант характеризуется присутствием A475V, H445R, N487D, Q493E, T572I мутаций в RBD – области связывания рецептора со сниженной аффинностью с ACE2, что способствовало быстрому распространению данного штамма. Уже в марте 2025 г. этот штамм появился в Москве, что вызвало новую вспышку заболеваемости. Вирулентность этого штамма и вызываемые им клинические симптомы были не столь сильными, как в случае вариантов Альфа, Бета SARS-CoV-2, и чаще всего включали: температуру, слабость, насморк, кашель, охриплость и сухость в горле.

На основании выявленных генетических изменений и клинических наблюдений по смене доминирующих линий штамма Омикрон была предложена схема его эволюции (рис. 5) [17]. Нами установлена динамика заболеваемости жителей Москвы вирусами гриппа в 2022–2025 гг., а также их генетическая структура (рис. 3, 4). В конце 2022 г. – январе 2023 г. жители столицы были инфицированы штаммом A (H1N1), но с конца января начал доминировать штамм В (рис. 3).

В генотипе этого штамма сразу было обнаружено несколько мутаций: E224A, D222N в гене гемагглютинина (HА), H275Y в гене нейраминидазы (NА) и мутации в антигенных участках (Ca, Cb и Sb) белка НА. Присутствие E224A в гене HА способствует усилению связывания вируса с рецепторами сиаловой кислоты, локализованными в клетках легких человека. Мутации в антигенных участках HА позволяют вирусу уклоняться от иммунного ответа хозяина. Мутация H275Y в гене NА обуславливает устойчивость штамма к противовирусным препаратам – осельтамивиру и занамивиру [18][19]. Генетические особенности штамма B вируса гриппа, например линии B/Victoria, включали мутации D194E в 190-спирали и T214A в гене HA, которые вызывали антигенные изменения, снижая эффективность вакцинации до 60 % и способствовали распространению (персистенции) вируса в 2023 г. [19][20]. Это подтверждается опубликованной ранее нами работой [8], в которой показано, что в течение эпидемиологического сезона конца 2022 г. – начала 2023 г. произошла полная смена генетических линий вируса гриппа со штамма A (H1N1) на штамм В соответственно с частотами инфицирования 94 и 98 % в январе и феврале–марте. Весной 2023 г. вновь произошла смена штаммов вируса гриппа. На смену линии В пришел штамм A (H3N2, A/Sao Paulo/HIAE001/202), процент инфицированности населения которым достигал 86 % в июне 2023 г. [8]. Этот штамм характеризуется присутствием мутаций F159Y, I58V, S219K, N122D и S262N. Например, мутация N122D представляет делецию участка гликозилирования. Мутация I58V способствовала увеличению гликозилирования вирусных белков, которое маскирует вирусные эпитопы, что уменьшает связывание антител с антигенными сайтами вируса [21]. В начале октября 2023 г. вновь зарегистрирован прирост заболеваемости гриппом А H3N2 с пиком 62 % в декабре, вызванный уже другим штаммом Influenza A H3N2 (A/Massachusetts/01/2020) [22]. В декабре 2024 г. – марте 2025 г. население Москвы также было инфицировано новым субклоном штамма A вируса гриппа (H1N1, Hawaii/25/2020), а также линией В (Texas/43/2019). Для штамма H1N1, Hawaii/25/2020 были характерны общие мутации К130N, N156K, L161I, V250A, а также специфические изменения 1A5A +187V/A [23]. Мало известно о физиологическом значении этих мутаций, установлено, что мутация N156K снижает эффективность связывания HA-специфичных антител и гриппозных вакцин [24][25].

Таким образом, применение методов ПЦР- и NGS-секвенирования в эпидемиологии позволяет проводить постоянный мониторинг распространенности вирусных инфекций, изучать их динамику, оценивать заболеваемость населения, анализировать генетическую изменчивость вирусов, что позволяет охарактеризовать свойства вирусов и разрабатывать модели прогноза клинических симптомов, тяжести течения заболевания, рецидивирования вирусной инфекции, а также эффективности противовирусной терапии [8].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С помощью методов ПЦР- и NGS-секвенирования установлены частота встречаемости, субтипы коронавируса SARS-CoV-2, вирусов гриппа А, B. Рассчитаны показатели заболеваемости населения Москвы этими патогенами. Данные секвенирования позволили установить доминирующие штаммы вирусов и выявить возбудителей, которые не входят в стандартные панели ПЦР-тест-систем. Полученные результаты эпидемиологического мониторинга могут способствовать своевременной модернизации диагностических тест-систем для ПЦР-диагностики, подбору штаммов-кандидатов для вакцин и оценки эффективности существующих вакцин и противовирусных препаратов. В совокупности эти данные будут способствовать более полному пониманию эпидемиологической обстановки в городе, отслеживанию распространения опасных патогенов, построению прогностических моделей, структуры (возрастные и группы риска) заболеваемости и тяжести течения инфекции у населения, а также назначению корректной терапии (в случаях сочетанных инфекций).

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.