Молекулярно биологические методы диагностики вирусных инфекций

Обновлено: 19.04.2024

Инфекции вызывают, в основном, следующие виды микроорганизмов: бактерии, вирусы, грибы, простейшие. Их обнаружение — достоверный признак инфекционного процесса.

Лаборатория располагает арсеналом методов, однако только 5 из них наиболее широко распространены:

Культуральный метод (метод посева)

Выявляет чистую культуру возбудителя. Метод сводится к тому, что полученный материал (мазок со слизистой оболочки, кровь, гной, кал и т.д) высевается на питательные среды. Среды могут содержать различные компоненты. Но суть сводится к следующему: микроорганизмы должны дать рост и колонии. Если есть рост патогенных микроорганизмов, то определяется их чувствительность к лекарствам: антибиотикам и бактериофагам.

Серологический метод (метод антител к возбудителю)

Тоже позволяет поставить диагноз. Метод основан на обнаружении в крови антигенов возбудителя или антител — специальных белков, которые образуются в организме в ответ на присутствие и размножение болезнетворных микроорганизмов. Антитела образуются постепенно, поэтому в крови их можно обнаружить только к концу первой недели инфицирования. Это главный недостаток метода.

Молекулярно-биологический метод (метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), метод амплификации РНК (NASBA))

Определяет генетический материал возбудителя — ДНК или РНК в образцах (соскоб со слизистой, кровь, моча, кал и т.д). Чтобы уловить малые концентрации ДНК или РНК, необходимо увеличить количество копий. Для этого исследуемый образец помещают в прибор — амплификатор, который позволяет увеличить число копий ДНК в геометрической прогрессии. Для этого метода диагностики крайне важен правильный забор биоматериала.

Микроскопический метод (исследование под микроскопом)

Подразумевает приготовление препаратов на стекле. Материал: кровь, отделяемое слизистых оболочек и т.д. Стекла могут быть окрашенными или неокрашенными, в зависимости от типа инфекции. Врач исследует препарат под микроскопом и выдает результат на основании визуальной оценки: размер, форма, отношение к красителям и т.д.

Метод газовой хроматографии (ГХ-МС)

Выявляет возбудителей по продуктам их жизнедеятельности. Материал: кровь, моча, кал, отделяемое ран, слизистых оболочек.

Для цитирования: Черноусова Л.Н. Современные тенденции и возможности микробиологической диагностики туберкулеза. РМЖ. 2002;16:697.

ЦНИИ туберкулеза РАМН, Москва

В настоящее время лабораторная диагностика занимает ведущее место в выявлении многих инфекционных заболеваний. Подтверждение диагноза туберкулеза основывается на результатах микробиологических анализов при выделении из биологического материала возбудителя – микобактерий туберкулеза. Современная микробиологическая диагностика туберкулеза состоит из нескольких основных групп анализов, направленных на выявление возбудителя, определение лекарственной чувствительности и типирование микобактерий.

Обнаружение возбудителя

Обнаружение возбудителя начинается с наиболее простых и быстрых бактериоскопических методов с использованием светового микроскопа с окраской по Циль–Нильсену и люминесцентного с окраской флюорохромами. Преимущество бактериоскопии – в быстроте получения результата. Однако возможности ее ограничены из–за низкой чувствительности. Этот метод является наиболее экономичным и рекомендован ВОЗ в качестве основного для выявления заразных больных (табл. 1).

При антибактериальной терапии обнаружение микобактерий туберкулеза имеет прогностическое значение. Поэтому бактериовыделение оценивается количественно. Золотым стандартом выявления микобактерий признаны культуральные исследования. Для посева патологического материала используют яичные среды: Левенштейна–Йенсена, среду Финна II, Мордовского и др. Количество микобактерий (или колоний в пробирке при культуральном методе исследования) в процессе химиотерапии является ориентировочным показателем ее эффективности или косвенным свидетельством развития устойчивости микобактерий к противотуберкулезным препаратам.

Для повышения процента выделения микобактерий посевы патологического материала проводят на несколько сред, в том числе и на жидкие в автоматизированных системах учета роста типа BACTEC, что позволяет удовлетворить все культуральные потребности возбудителя. Посевы инкубируют до двух с половиной месяцев. При отсутствии роста к этому времени посев считается отрицательным. Наиболее чувствительным способом обнаружения микобактерий туберкулеза считается метод биологической пробы – заражение диагностическим материалом высокочувствительных к туберкулезу морских свинок.

Развитие молекулярной биологии позволило значительно повысить эффективность обнаружения микобактерий. Базовым методом молекулярно–генетических исследований является полимеразная цепная реакция (ПЦР), направленная на выявление ДНК микобактерий в диагностическом материале. ПЦР дает экспоненциальное увеличение специфического участка ДНК возбудителя: 20 циклов ПЦР приводят к увеличению исходной ДНК в 1 миллион раз, что позволяет визуализировать результаты методом электрофореза в агарозном геле.

Роль молекулярной диагностики в клинической практике повышается, поскольку увеличивается число больных со скудным бактериовыделением. Однако при постановке диагноза результаты ПЦР являются дополнительными и должны сопоставляться с данными клинического обследования, рентгенографии, микроскопии мазка, посева и даже ответа на специфическое лечение.

Интереснейшая область исследования, которая открывается благодаря ПЦР–диагностике, – изучение латентной инфекции M. tuberculosis. По современной концепции туберкулезной инфекции, из 100 человек, контактирующих с M. tuberculosis, 90 могут быть инфицированы, но только у 10 развивается активная болезнь. У остальных 90% инфекция будет оставаться латентной из–за противотуберкулезного иммунитета. Положительные ответы ПЦР при отрицательных результатах посевов патологического материала отмечаются у 55% лиц, подвергавшихся бытовым контактам с M. tuberculosis, и у 80% лиц, у которых туберкулез протекал без рентгенографических проявлений. Проведение ПЦР–исследований у пациентов из групп риска выявляло больных с отрицательными результатами микроскопии и посевов, но с субклинической инфекцией M. tuberculosis [11]. Подобные результаты были получены и в наших исследованиях [6].

Определение лекарственной устойчивости микобактерий

Для определения лекарственной устойчивости микобактерий используется несколько групп методов (табл. 2). По приказу № 558 МЗ РФ от 1978 г. в бактериологических лабораториях России используется метод абсолютных концентраций. В лаборатории ЦНИИТ РАМН внедрен ускоренный метод по тестированию нитратредуктазной активности микобактерий с помощью реактива Грисса.

В крупных противотуберкулезных центрах используются методы определения лекарственной устойчивости в жидких средах с автоматизированной радиометрической и флюоресцентной системой учета роста микобактерий типа ВАСТЕК, позволяющие сокращать срок анализа до 14 дней.

В последнее время разрабатываются новые методы оценки лекарственной устойчивости на уровне генотипа [10]. Работа по изучению молекулярных механизмов резистентности показала наличие у микобактерий генов, связанных с устойчивостью к различным препаратам: к изониазиду – гены katG, inhA, kasA, к рифампицину – rpoB, к стрептомицину – rpsL и 16SрРНК, к этамбутолу – emb1, к фторхинолонам – gyrA и т.д. [7].

Широкомасштабные исследования по изучению спектра мутаций в геноме устойчивых микобактерий показали, что наиболее распространенными были мутации в 531, 526 и 516 кодонах rpoB гена, устойчивость к изониазиду характеризовалась мутациями в 315 кодоне katG гена. В целом спектр мутаций не отличался от выявленных исследователями в разных регионах мира [2].

Доступность данных по молекулярной основе лекарственной устойчивости к противотуберкулезным препаратам дала возможность разработки новых, основанных на ПЦР, методов, представленных в табл. 2. Наши работы, проведенные совместно с Институтом физико–химической медицины МЗ РФ и Институтом молекулярной биологии РАН, продемонстрировали перспективность использования молекулярно–генетических методов для быстрого определения лекарственной устойчивости [1, 3, 4].

Наибольшие надежды по совершенствованию методов для определения лекарственной устойчивости микобактерий связаны с развитием микрочиповой технологии, позволяющей определять устойчивость одновременно к нескольким противотуберкулезным препаратам микобактерий непосредственно из диагностического материала в течение 2 дней [9].

Типирование микобактерий

Комплекс методов имеется и для типирования микобактерий, когда используются традиционные культуральные и биохимические методы, биологические, а также молекулярно–генетические (табл. 3). На основе молекулярно–генетического типирования микобактерий интенсивно развивается область молекулярно–эпидемиологических исследований, в которой по генотипу микобактерии выявляются очаги и прослеживаются пути распространения туберкулезной инфекции [5, 8].

2. Генерозов Э.В. и др. Молекулярная характеристика полирезистентных клинических штаммов Mycobacterium tuberculosis из России. // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология, 2000; 1: 11–7.

3. Генерозов Э.В.и др. Детекция и характеристика мутаций в rроВ гене резистентных к рифампицину клинических штаммов Mycobacterium tuberculosis. // Проблемы туберкулеза, 1999; 2: 39–42.

4. В.М. Михайлович и др. Использование методов гибридизации и ПЦР на специализированном ТБ–микрочипе для обнаружения рифампицин–резистентных штаммов Mycobacterium tuberculosis // БЭБ и М, 2001, 1: 112–7.

5. Черноусова Л.Н.и др. Молекулярная эпидемиология туберкулеза в тюрьмах. // Актуальные проблемы пенитенциарной медицины. Мат–лы международной научно–практич. конференции, Минск, 2001: 48–50.

6. Черноусова Л.Н., Ларионова Е.Е., Севастьянова Э.В., Голышевская В.И. Роль ПЦР–анализа в комплексных бактериологических анализах во фтизиатрии. // Проблемы туберкулеза, 2001; 3: 58–60.

Раку шейки матки на протяжении нескольких лет предшествуют предраковые поражения, которые именуются CIN-интраэпителиальными цервикальными неоплазиями трех степеней. СIN I не является предраком и имеет высокую степень регрессии, однако при наличии вируса ВПЧ CIN с высокой вероятностью переходит в CIN II и CIN III, истинные предраковые поражения.

Существует широкий спектр методов диагностики рака шейки матки и предраковых поражений:

клинические;
цитологические (Pap-test);
расширенная кольпоскопия;
определение ДНК ВПЧ с помощью ПЦР в режиме реального времени;
определение вирусной нагрузки ВПЧ с помощью Digene-тест;
жидкостная цитология;
морфологическое исследование;
онкомаркёры: определение онкобелков p16, ki67, mcm2, mcm7, Hsp27 и др;
сканирование шейки матки в режиме реального времени (TruScreen).

Молекулярно-биологические методы предоставляют информацию о развитии ВПЧ-инфекции, но не позволяют судить о наличии заболевания, поскольку факт инфицирования ВПЧ не всегда сопряжен с заболеванием. Два основных метода диагностики ДНК ВПЧ — полимеразная цепная реакция (ПЦР) в режиме реального времени и метод гибридного захвата (Digine-тест). Оба метода практически не отличаются по чувствительности и специфичности, однако, сертифицирован и одобрен FDA только Digene-тест.

Digene-тест

Технология Digene-теста основана на гибридном захвате и заключается в уникальном способе связывания вирусной ДНК с РНК-зондом, захвате полученного гибрида моноклональными антителами и хемилюминисцентной детекции образуемых комплексов.

По сути это качественный тест, который применяется для профилактического скрининга для ранней диагностики патологии шейки матки. Тест идентифицует 13 генотипов высокого (16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59, 68) и 5 генотипов низкого риска (6, 11, 42, 43, 44).

Тест одобрен Федеральной службой РФ по надзору в сфере здравоохранения и социального развития (ФСНСЗСР). Digene-тест выявляет клинически значимый уровень инфицирования вирусом папилломы человека, который приводит к развитию неоплазии шейки матки. Положительный результат теста выдается в единицах Digine. Отрицательный тест практически исключает CIN II и CIN III.

Обнаружение ДНК ВПЧ в качественном формате

Количественное определение вируса ВПЧ

Количественный анализ ДНК ВПЧ наиболее чувствителен на ранних этапах папилломавирусной инфекции, когда отсутствуют другие признаки инфицирования. Например, цитологические, клинические. Метод количественного определения используется в качестве скрининга, особенно в рамках национальных программ контроля рака шейки матки, а также для оценки эффективности терапии.

Количественные ПЦР-методы направлены на максимальную чувствительность выявления вирусной ДНК, однако, не всегда существуют прямые клинические корреляции.

Одним из критериев клинически значимой инфекции, которая с высокой степенью вероятности способна развиться в неоплазию, рассматривается вирусная нагрузка. Вирусная нагрузка 3 lg на 105 клеток является клинически малозначимой, поскольку сопровождается минимальным риском дисплазии и почти в 100% случаев заканчивается спонтанной регрессией. Вирусная нагрузка больше 5 lg на 105 клеток считается повышенной и сопряжена с высоким риском развития дисплазии. Снижение вирусной нагрузки на 1 lg за 6 месяцев говорит о транзиторной инфекции.

Прогностическая ценность вирусной нагрузки на сегодняшний день однозначно не определена.

Генотипирование вируса

Генотипирование вируса методом ПЦР позволяет определить тип вируса ВПЧ и его онкогенность. Этот метод подходит для выявления персистенции ВПЧ и позволяет отличить случаи реинфекции. О реинфицировании говорит изменение спектра генотипов, о персистентной инфекции — сохранение генотипа вируса через год после первого тестирования.

При инфицировании несколькими генотипами ВПЧ одновременно, прогноз течения заболевания менее благоприятный, а риск персистенции и риск развития РШМ по сравнению с инфицированием одним типом более высокий.

Выявление ВПЧ высокого риска свидетельствует о наличие папилломавирусной инфекции. ВПЧ высококанцерогенного риска имеют различный онкогенный потенциал. На долю самых опасных, 16 и 18, приходится около 70% всех случаев цервикального рака. Генотипирование на ВПЧ 16 и 18 позволяет выделить группу женщин, которые имеют повышенный риск развития цервикального рака.

Лаборатория располагает арсеналом методов, однако только 5 из них наиболее широко распространены:

Культуральный метод (метод посева)

Серологический метод (метод антител к возбудителю)

Молекулярно-биологический метод (метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), метод амплификации РНК (NASBA))

Микроскопический метод (исследование под микроскопом)

Метод газовой хроматографии (ГХ-МС)

Основным направлением деятельности онкологическом отделении (вирусологии) является проведение молекулярно-биологических исследований с использованием метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) в режиме реального времени и иммуноферментного анализа для выявления вирусного и бактериального инфицирования.

Диагностика вирусных и бактериальных инфекций позволяет:

Выявить вирусное и бактериальное инфицирование на ранней стадии;
Провести эффективное лечение на раннем этапе;
Осуществлять мониторинг проводимого лечения;
Оценивать эффективность проведённого лечения.

Вирусный канцерогенез

Молекулярно-генетические исследования с использованием методов полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяют диагностировать ДНК/РНК вирусных и бактериальных агентов, которые имеют немаловажное значение в преобразовании нормальной клетки в злокачественную.

Внедрение опухолеродного вируса в геном клетки, приводящее к нарушению контроля клеточного деления, является одним из инициирующих шагов многоступенчатого процесса канцерогенеза. При этом заражение онкогенным вирусом не означает однозначно, что в последующем образуется злокачественная опухоль, но сформируется вероятность ее появления.

В настоящее время можно считать установленным, что на долю опухолей, ассоциированных с вирусами, приходится около 20% всех опухолей человека. Онкогенные вирусы, принадлежащие к разным семействам, используют во многом сходную стратегию для инициации канцерогенеза.

Среди этих общих свойств можно назвать нарушения работы клеточных сигнальных путей, контролирующих пролиферацию, дифференцировку, целостность генома, миграцию клеток, апоптоз, иммунный ответ.

Механизмы реализации онкогенного потенциала вирусов включают:

взаимодействие вирусных белков с клеточными белками – компонентами сигнальных путей;
встраивание генома вируса в геном клетки (интеграция);
влияние на эпигенетические механизмы регуляции экспрессии генов.

Исследования последних лет позволяют предположить, что все онкогенные вирусы успешно используют ограничение транскрипции своих генов, накладываемые метилированием ДНК, репрессивными модификациями гистонов и клеточными микроРНК, для ухода от иммунологического контроля, что способствует персистенции вирусного генома в клетке хозяина.

В настоящее время выявлено несколько групп вирусов, предрасполагающих к развитию опухолей у человека.

Опухоли человека, ассоциированные с вирусами

Вирус	Опухоль
Вирусы папиллом (HPV) типов 3, 6, 11, 32, 72, 73	Доброкачественные: папилломы, кондиломы кожи и слизистых
Вирусы папиллом (HPV) типов 16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59, 70	Злокачественные: рак шейки матки, рак анального канала
Вирус гепатита В (HBV)	Первичный рак печени
Вирус гепатита С (HСV)	Первичный рак печени
Вирус Т-клеточной лейкемии человека (HTLV-1)	Т-клеточный лейкоз у взрослых
Вирусы герпеса: вирус Эпштейна-Барр (EBV) вирус герпеса 8 типа (HSV-8)	Лимфомы, рак носоглотки, рак желудка Саркома Капоши (на фоне иммуносупрессии)

Рак шейки матки (РШМ)

Рак шейки матки (РШМ) – одно из наиболее распространенных онкологических заболеваний, занимающее второе место по частоте встречаемости среди женщин в мире. Ежегодно регистрируется около 600 тыс. новых случаев РШМ и свыше 95% РШМ ассоциировано с вирусами папилломы человека (HPV) высокого онкогенного риска.

Эпидемиологические исследования показали, что заболевание могут вызывать 18 типов вируса, из которых наиболее часто (в 94 % случаев) встречаются двенадцать: 16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 52, 56, 58, 59, 66.

Инфицированность HPV достаточно высока: геном вируса определяется у 46% женщин и 33% мужчин. Максимальный риск заражения отмечен в возрасте от 16 до 25 лет. Однако не у всех женщин развиваются дисплазия и рак шейки матки – примерно у 80% иммунная система организма в течение 2 лет после инфицирования сама избавляется от вируса. Таким образом, носительство этих вирусов свидетельствует не о злокачественном процессе как таковом, а многократном повышении риска его возникновения. Диагностика HPV-инфекции необходима для отбора пациенток, которым показано проведение комплексных мероприятий, направленных на профилактику и раннюю диагностику рака шейки матки.

Заболеваемость раком анального канала также тесно связано с инфицированием HPV – геном вируса определяется в 80-85% случаев.

В настоящее время доказано участие и других вирусных агентов (вирусов гепатита В и С, вируса Т-клеточной лейкемии человека, вируса Эпштейна-Барр, вируса герпеса 8 типа) в развитии злокачественных опухолей различных локализаций.

Вирусные гепатиты

Инфицирование вирусными гепатитами ведет к увеличению риска развития первичного рака печени. Во всем мире хронические вирусные гепатиты В и С, зачастую имея бессимптомное течение, являются самыми значимыми факторами риска развития цирроза и рака печени.

Своевременная диагностика вирусных гепатитов позволяет не только выявить заболевание на ранней стадии, тем самым предотвратив возникновение осложнений, но и исключить возможное инфицирование окружающих Вас людей. Кроме печени вирусы гепатитов способны поражать лимфатическую ткань, вызывая развитие неходжкинских лимфом, селезенку, почки, слюнные железы и др.

Читайте также: