Роль генетических вариантов вируса SARS-CoV-2 в формировании внутригодовых подъёмов заболеваемости COVID-19 на территории Пермского края

Полный текст

ОБОСНОВАНИЕ

К настоящему времени установлены многие закономерности эпидемического процесса новой коронавирусной инфекции COVID-19 (Corona virus disease 2019), этиологически связанной с коронавирусом SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2). Выявлено, в частности, волнообразное течение эпидемии. Во внутригодовой динамике заболеваемости COVID-19 в период эпидемии отмечены подъёмы в разные сезоны года, в том числе в месяцы, нехарактерные для сезонности ОРВИ [1, 2]. На территории Российской Федерации (РФ) за 2020–2022 годы зарегистрировано 5 подъёмов заболеваемости [3]: первый — в весенне-летний период (30.03–30.08.2020); второй — в холодный период года (31.08.2020–09.05.2021); третий — в весенне-летние месяцы (10.05–12.09.2021); четвертый — в осенне-зимний период (13.09.2021–09.01.2022); максимально выраженный пятый подъём заболеваемости — в зимне-весенние месяцы (10.01–27.03.2022). При этом параллельно подъёмам заболеваемости отмечаются новые генетические варианты возбудителя, основными из которых оказались Alpha, Delta и Omicron [4]. Не исключено, что на разных территориях проявления эпидемического процесса COVID-19, включая внутригодовую динамику заболеваемости и генетическую структуру возбудителя, неодинаковы, а значит, анализ региональных эпидемиологических особенностей инфекции актуален.

Цель исследования — изучить роль генетических вариантов SARS-CoV-2 в формировании внутригодовых подъёмов заболеваемости COVID-19 на территории Пермского края.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Оценку помесячной динамики заболеваемости COVID-19 и летальности от этой инфекции населения Пермского края проводили за период с марта 2020 года по 31 декабря 2022 года. Использовали отчёты Роспотребнадзора № 970 «Информация о случаях инфекционных заболеваний у лиц с подозрением на новую коронавирусную инфекцию», данные отдела эпидемиологии Центра гигиены и эпидемиологии в Пермском крае, информационного портала «Стопкоронавирус.рф». Для каждого года рассчитывали среднемесячный уровень заболеваемости (СМУ), подъёмы заболеваемости определяли по превышению СМУ.

Анализ помесячной структуры генетических вариантов SARS-CoV-2 осуществляли по результатам секвенирования 2592 проб материала больных Пермского края за период с марта 2021 года по декабрь 2022 года. В соответствии с приказом А.Ю. Поповой «О совершенствовании молекулярно-генетического мониторинга штаммов возбудителя новой коронавирусной инфекции» от 19 февраля 2021 года секвенирование проб от больных из Пермского края выполняли: Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб» Роспотребнадзора, ЕНИИВИ ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора, НИИ гриппа имени А.А. Смородинцева, ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, НИИ дезинфектологии Роспотребнадзора, Нижегородский ННИИЭМ. Информацию о результатах типирования получали на платформе агрегирования результатов расшифровок генома возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний (VGARus) ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора.

Частоту встречаемости IgG-антител к коронавирусу оценивали по результатам исследований сыворотки крови 14 006 практически здоровых лиц, обратившихся в лабораторию Центра гигиены и эпидемиологии в Пермском крае. Исследования проводили методом иммуноферментного анализа (ИФА) с использованием тест-системы «SARS-CoV-2-IgG количественный-ИФА-БЕСТ» производителя АО «Вектор-Бест» (г. Новосибирск, Россия). Результаты считали положительными при превышении уровня cut-off. Рассчитывали процент положительных результатов от общего числа проведённых анализов на IgG помесячно.

Статистическая обработка материала включала расчёт интенсивных и экстенсивных показателей.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Сопоставление месячных показателей заболеваемости COVID-19 населения Пермского края со среднемесячными показателями за каждый год выявило 4 периода активизации эпидемического процесса (рис. 1). Первый подъём заболеваемости был отмечен с октября 2020 года по февраль 2021 года; второй — с июня 2021 года по январь 2022 года; третий — с января 2022 года по март 2022 года; четвертый — в сентябре 2022 года. В целом подъёмы заболеваемости в Пермском крае совпали с таковыми по РФ (рис. 2). Исключение составил лишь подъём заболеваемости в РФ на начальном этапе развития эпидемии в 2020 году, который имел место лишь в крупных городах РФ (Москва, Санкт-Петербург). Соответственно, первый подъём заболеваемости в Пермском крае примерно совпал со вторым подъёмом РФ, второй с третьим подъёмом в РФ, третий с января 2022 года по март 2022 года наблюдался несколько позднее, чем в РФ, четвертый подъём совпал с пятым подъёмом в РФ.

 

Рис. 1. Помесячная заболеваемость COVID-19 населения Пермского края в период с марта 2020 года по декабрь 2022 года.

Fig. 1. Monthly incidence of COVID-19 in the Perm Region population for the period from March 2020 to December 2022.

 

Рис. 2. Заболеваемость COVID-19 в Пермском крае и Российской Федерации.

Fig. 2. Incidence of COVID-19 both in Perm Region and the Russian Federation.

 

Анализ генетической структуры SARS-CоV-2 за период с марта 2021 года по декабрь 2022 года показал (табл. 1), что в марте–апреле 2021 года в 100% случаев выделялся штамм генотипа Alpha (В.1.1.7). В мае 2021 года циркулировало сразу 3 штамма: Alpha (23,1%), вариант B.1.1.523 (46,2%) и появившийся штамм Delta (30,7%). С июня по декабрь 2021 года в 93,9–100% случаев выделялся штамм Delta. С января по июль 2022 года приоритетное положение (до 100%) занимали генетические субварианты Omicron ВА.1 и ВА.2. В августе 2022 года произошла замена вариантов ВА.1 и ВА.2 на Omicron BA.4 / BA.5. В целом эти результаты в значительной степени совпадают с данными по РФ [4]. Геновариант Alpha (В.1.1.7) был распространён на территории России зимой 2021 года. Геновариант Delta (В.1.617) превалировал с мая по декабрь 2021 года. Геновариант Omicron (В.1.1.529) был обнаружен в декабре 2021 года и с января 2022 года оказался на территории РФ доминирующим.

 

Таблица 1. Помесячная структура генетических линий SARS-CoV-2, отобранных от больных COVID-19, в период с марта 2021 года по декабрь 2022 года

Table 1. Monthly structure of SARS-CoV-2 genetic lines collected from COVID-19 patients between March 2021 and December 2022

Месяц	Всего проб	Доля генетических вариантов, %
		Аlpha	B.1.1.523	Delta	Omicron BA.2 или BA.1	Omicron BA.4 / BA.5
2021 год
Март	10	100	0	0	0	0
Апрель	18	100	0	0	0	0
Май	13	23,1	46,2	30,7	0	0
Июнь	56	1,8	1,8	96,4	0	0
Июль	33	0	6,1	93,9	0	0
Август	29	0	0	100	0	0
Сентябрь	35	0	0	100	0	0
Октябрь	28	0	0	100	0	0
Ноябрь	24	0	0	100	0	0
Декабрь	48	0	0	100	0	0
2022 год
Январь	695	0	0	21,6	78,4	0
Февраль	332	0	0	0	100	0
Март	97	0	0	0	100	0
Апрель	82	0	0	0	100	0
Май	48	0	0	0	100	0
Июнь	35	0	0	0	100	0
Июль	34	0	0	0	100	0
Август	44	0	0	0	47,7	52,3
Сентябрь	278	0	0	0	4,0	96,0
Октябрь	238	0	0	0	7,6	92,4
Ноябрь	237	0	0	0	10,1	89,9
Декабрь	103	0	0	0	34,0	66,0

 

Сопоставление заболеваемости и генетической структуры позволило установить (рис. 3), что начало всех подъёмов заболеваемости соответствует появлению нового генетического варианта возбудителя. Первый подъём заболеваемости населения с октября 2020 года по февраль 2021 года, с учётом данных генотипирования возбудителя в РФ с момента начала эпидемии, по-видимому, был обусловлен штаммом Alpha. Генетические исследования в Пермском крае, начатые в марте 2021 года, подтвердили ведущее значение этого генотипа возбудителя. Второй подъём (июль–декабрь 2021 года) зарегистрирован на фоне доминирования штамма Delta. Третий подъём заболеваемости (январь–март 2022 года) был вызван штаммом Omicron BA.1 и BA.2 субвариантов. Наконец, рост заболеваемости, начавшийся в сентябре 2022 года, соответствовал появлению штамма Omicron BA.4/BA.5.

 

Рис. 3. Помесячная генетическая структура штаммов SARS-CoV-2 и заболеваемость COVID-19 в Пермском крае c марта 2021 года по декабрь 2022 года.

Fig. 3. Monthly genetic structure of SARS-CoV-2 strains and incidence of COVID-19 in Perm Region from March 2021 to December 2022.

 

Подъёмы заболеваемости COVID-19 и смена генетических вариантов возбудителя наблюдались на фоне увеличение доли лиц с содержанием в сыворотке крови IgG к SARS-CoV-2 (рис. 4). Процент серопозитивных в 2020 году колебался от 7,1 до 49,2; в 2021 году — от 23,9 до 80,8; в 2022 году — от 84,1 до 100. В среднем доля серопозитивных в 2020 году составила 18,8%; в 2021 году — 54,8%; в 2023 году — 92,9%. Таким образом, увеличение показателя серопозитивности населения не препятствовало продолжающимся подъёмам заболеваемости. Последние 2 подъёма заболеваемости, обусловленные генотипом Omicron, наблюдались на фоне наличия антител более чем у 80% населения.

 

Рис. 4. Заболеваемость COVID-19 и частота встречаемости IgG-антител к SARS-CoV-2 у населения Пермского края.

Fig. 4. Incidence of COVID-19 and frequency of occurrence of IgG antibodies to SARS-CoV-2 in the population of Perm Region.

 

При оценке летальности от COVID-19, которая, как известно, в значительной степени отражает степень вирулентности возбудителя, было выявлено (рис. 5), что в 2020–2021 годах, когда циркулировали генотипы Alpha, а затем Delta, этот показатель нарастал. В период максимального доминирования генотипа Alpha (март–апрель 2021 года) средний показатель летальности составил 3,9%, в период преобладания генотипа Delta (июнь–декабрь 2021 года) — 4,6%. На фоне третьего и четвёртого подъёмов заболеваемости, когда ведущее положение занял генотип Omicron и его подварианты (2022 год), летальность, напротив, снизилась и составила в среднем лишь 2,7%.

 

Рис. 5. Заболеваемость и летальность от COVID-19 в Пермском крае.

Fig. 5. Morbidity and mortality from COVID-19 in Perm Region.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

В течение 2020–2022 годов на территории Пермского края отмечено 4 подъёма заболеваемости COVID-19. Внутригодовые подъёмы заболеваемости совпадали с появлением нового генетического варианта возбудителя. Первый подъём заболеваемости населения с октября 2020 года по февраль 2021 года был обусловлен штаммом Alpha, второй с июня 2021 года по январь 2022 года — штаммом Delta. Максимально выраженные третий с января 2022 года по март 2022 года и четвёртый в сентябре 2022 года подъёмы были обусловлены вариантом Omicron. Эти результаты в значительной степени совпадают с данными научной литературы. С начала пандемии COVID-19, вызываемой SARS-CoV-2, во всём мире регулярно фиксируют появление мутаций этого коронавируса. В частности, с конца 2020 года в мире обнаружено несколько вариантов, включая Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351), Gamma (P.1), Delta (B.1.617) и Omicron (B.1.1.529). Это совпадает с ростом заболеваемости [5].

Несмотря на очевидную связь подъёмов заболеваемости со сменой генетического варианта возбудителя, всё же следует обратить внимание на то, что два из четырёх подъёмов заболеваемости наблюдались в холодный период года, поэтому влияние сезонных факторов, характерных для аэрозольных антропонозов, нельзя исключить. В ряде исследований показано, что такие факторы, как высокая плотность населения и высокая частота социальных контактов, характерные для городских агломераций, способствуют увеличению интенсивности эпидемического процесса COVID-19 независимо от проводимых ограничительных мероприятий [6]. Кроме того, есть наблюдения, что снижение влажности воздуха зимой способствует повышенной выживаемости вируса в окружающей среде [3].

Подъёмы заболеваемости COVID-19 и смена генетических вариантов возбудителя наблюдались на фоне увеличение доли лиц с содержанием в сыворотке крови IgG к SARS-CoV-2. Иными словами, увеличение показателя серопозитивности населения не препятствовало продолжающимся подъёмам заболеваемости. Последние два подъёма заболеваемости, обусловленные генотипом Omicron, отмечались на фоне наличия IgG-антител более чем у 80% населения. Есть основания считать, что вариант Omicron на данный момент является наиболее устойчивым к иммунитету, индуцированному вакцинами против COVID-19 и перенесённой инфекцией, в результате того, что имеет более 50 мутаций, включая замены, делеции и вставки 26–32 аминокислот [7–10]. В силу уклонения от иммунитета возбудителя, инфицированные генетическим вариантом Omicron, вероятно, более заразны, чем заболевшие другими вариантами коронавируса [11].

На фоне третьего и четвёртого подъёмов заболеваемости, когда ведущее этиологическое положение занимал генотип Omicron, летальность, по сравнению с периодами доминирования других вариантов, существенно снизилась. Это можно объяснить относительно низкой вирулентностью генотипа Omicron. Оценка вирулентности в эксперименте на модели лабораторных животных показала, что субварианты Omicron менее вирулентны по сравнению с другими вариантами коронавируса [12–14].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В течение 2020–2022 годов на территории Пермского края выявлено 4 подъёма заболеваемости COVID-19 на фоне появления новых генетических вариантов возбудителя, основными из которых были варианты Alpha, Delta и Omicron. Подъёмы заболеваемости COVID-19 и смена генетической структуры возбудителя наблюдались несмотря на увеличение среди населения доли лиц с содержанием в сыворотке крови IgG к SARS-CoV-2. На фоне третьего и четвёртого подъёмов заболеваемости, когда ведущее этиологическое значение приобрёл генотип Omicron, летальность инфекции существенно снизилась.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: В.И. Сергевнин — концепция исследования, написание текста статьи; И.С. Исаева — сбор материала; М.В. Рожкова — оформление рисунков и таблиц; Н.И. Маркович — анализ данных научной литературы, статистическая обработка материала.

Об авторах

Виктор Иванович Сергевнин

Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера

Email: viktor-sergevnin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2729-2248
SPIN-код: 4705-0671

д-р мед. наук, профессор

Россия, Пермь

Ирина Сергеевна Исаева

Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае

Email: isaeva27iris@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-2629-6995
Россия, Пермь

Марина Владимировна Рожкова

Пермский краевой центр по борьбе и профилактике со СПИД и инфекционными заболеваниями

Автор, ответственный за переписку.
Email: RozhkovaMary@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1113-1001
Россия, Пермь

Нина Ивановна Маркович

Пермский центр иммунопрофилактики

Email: barhat120140@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5596-4611
SPIN-код: 1313-1740

д-р мед. наук

Россия, Пермь

Список литературы

Дополнительные файлы