167 дней за решеткой. Катерина Борисевич
Коронавирус: свежие цифры


/

Год назад Павел Скумс, профессор и замдекана по магистратуре и аспирантуре на факультете Computer Science Университета штата Джорджия (США), рассказал, что в Беларуси циркулирует два штамма коронавируса. Впоследствии он возглавил исследовательский проект международной группы ученых из США и Беларуси, которая выпустила препринт, посвященный динамике передачи SARS-CoV-2 в нашей стране. Еще один руководитель проекта — Александр Кирпич, также уроженец Беларуси и профессор факультета здравоохранения (Public Health) того же университета. Изучили этот анализ и пересказываем основное.

Почему команда решила изучить белорусский опыт и какие методы для этого применялись

Сразу стоит отметить, что это препринт — то есть еще не опубликованная научная статья. Текст уже отправлен в рецензируемый научный журнал, и авторы ждут ответа: обычно от момента подачи до опубликования проходит три-четыре месяца.

В своей работе команда, состоящая из девяти человек, работающих в Университете штата Джорджия, а также в Минском городском центре гигиены и эпидемиологии и Институте микробиологии Национальной академии наук Беларуси, объединила методы геномной эпидемиологии и эпиднадзора для расследования случаев возникновения и распространения SARS-CoV-2 в нашей стране.

Основными орудиями исследований послужили так называемые филодинамика и филогеография — это чрезвычайно продвинутые методологии, позволяющие извлечь информацию о путях и скорости распространения вируса из его эволюционного дерева с помощью специальных алгоритмов статистического обучения.

Беларусь была выбрана объектом изучения в первую очередь потому, что она является родиной для большинства соавторов. Но исследование белорусского опыта интересно и в глобальном контексте, поскольку это одна из немногих стран с относительно современной системой здравоохранения, где были приняты «гораздо более ограниченные меры вмешательства нефармацевтического характера», чем в большинстве стран.

Нажмите, чтобы узнать более подробно, в чем заключаются особенности распространения коронавируса в Беларуси

Нашей отличительной особенностью является то, что в Беларуси более слабые социально-экономические и политические связи с соседним Евросоюзом по сравнению с другими странами бывшего СССР и Центральной Европы и, следовательно, меньшая мобильность населения в плане перемещений за границу. Плюс в Беларуси сочетаются относительно современная система здравоохранения и «очень высокий» Индекс человеческого развития.

Что было известно о распространении коронавируса в Беларуси на момент начала исследования:

• согласно официальным данным, пандемия COVID-19 настигла Беларусь позже, чем большинство стран Западной Европы, но примерно в то же время, что и наших соседей. Первый завозной случай был зарегистрирован 28 февраля 2020 года;

• по сравнению с другими странами так называемые меры вмешательства нефармацевтического характера, введенные в Беларуси, были достаточно ограничены. Так, согласно отчету ВОЗ, весной 2020 года были предприняты следующие меры: тестирование в медицинских и специально перепрофилированных учреждениях; обследование в аэропорту по прибытии и лабораторные исследования пассажиров, прибывающих из ряда стран; самоизоляция для лиц, прибывающих из стран, затронутых COVID-19, а также частичные и добровольные меры физического дистанцирования, включая перенос конференций и спортивных мероприятий с международным участием, увеличение физической дистанции в общественных местах, увеличение частоты курсирования общественного транспорта для уменьшения скопления людей, смещение времени начала занятий в университетах и продление весенних каникул для всех учащихся на одну неделю.

• Вместе с тем в стране не вводилось ни крупномасштабного карантина, ни локдауна, ни строгих мер социального дистанцирования. Другие методы, такие как масочный режим и закрытие границ, не применялись до ноября и декабря 2020 года соответственно (при этом, как мы помним, в декабре 2020 года наземная граница была закрыта именно для самих белорусов).

Можно сказать, что белорусский опыт уникален, и его стоило бы изучить, чтобы понять, насколько эффективны применяемые сейчас в мире меры. Однако полноценному исследованию мешала ограниченность данных: до недавнего времени единственными доступными данными о коронавирусе в Беларуси была официальная статистика по количеству выявленных заражений и проведенных диагностических тестов. Как показали другие исследования, такая статистика подвержена ошибкам и склонна к занижению реального числа заболевших.

При этом существует дополнительный и независимый источник информации, не подверженный этим недостаткам — геномные данные, получаемые благодаря современным технологиям глубокого полногеномного секвенирования. Такие данные уже использовались для изучения распространения COVID-19 для ряда стран, включая Россию.

Для Беларуси, однако, минимально необходимый для анализа объем геномных данных был накоплен только к началу 2021 года. На данный момент отсеквенирован 41 полноразмерный белорусский геном SARS-CoV-2. Как отмечает Павел Скумс, это значительно меньше, чем для большинства европейских стран — например, в Великобритании на данный момент отсеквенировано почти 400 тысяч геномов, а в Исландии геномы получены для почти 80% заболевших. Тем не менее это число уже позволяет осуществить филодинамический анализ.

Откуда к нам прибыл вирус и как он распространялся внутри страны и за ее пределами

Для начала командой с помощью модели максимального правдоподобия было построено эволюционное дерево коронавируса, которое включает как белорусские последовательности, так и специально отобранные последовательности со всего мира. Для этого дерева с помощью метода молекулярных часов были установлены даты всех эволюционных событий.

С помощью дерева удалось установить, что штаммы коронавируса в Беларуси относятся к 11 геномным линиям и были завезены в страну не менее 18 раз. В частности, геном, отобранный 23 февраля 2021 года, принадлежит к линии B.1.1.7, более известной как «британский штамм», которая появилась в Великобритании в ноябре 2020 года и быстро распространилась по всему миру.

Значительная часть завозов относится к марту-апрелю 2020 года, когда вирус активно распространялся по миру, но эпидемиологические меры либо еще не были введены, либо только начали осуществляться.

Разнообразие штаммов в Беларуси. Авторы: Alina Nemira, Ayotomiwa Ezekiel Adeniyi, Elena L. Gasich, Kirill Y. Bulda, Leonid N. Valentovich, Anatoly G. Krasko, Olga Glebova, Alexander Kirpich, Pavel Skums
Разнообразие штаммов в Беларуси. Авторы: Alina Nemira, Ayotomiwa Ezekiel Adeniyi, Elena L. Gasich, Kirill Y. Bulda, Leonid N. Valentovich, Anatoly G. Krasko, Olga Glebova, Alexander Kirpich, Pavel Skums

Для каждого случая завоза с помощью специальных алгоритмов был определен наиболее вероятный источник.

Чаще всего инфекция «привозилась» из России (5 случаев) и Польши (3 случая).

Случаи завоза коронавируса в Беларусь. Авторы: Alina Nemira, Ayotomiwa Ezekiel Adeniyi, Elena L. Gasich, Kirill Y. Bulda, Leonid N. Valentovich, Anatoly G. Krasko, Olga Glebova, Alexander Kirpich, Pavel Skums
Случаи завоза коронавируса в Беларусь. Авторы: Alina Nemira, Ayotomiwa Ezekiel Adeniyi, Elena L. Gasich, Kirill Y. Bulda, Leonid N. Valentovich, Anatoly G. Krasko, Olga Glebova, Alexander Kirpich, Pavel Skums

По словам Павла Скумса, столь высокий процент импорта вируса от географических соседей отличает Беларусь от западных стран, которые на начальном этапе пандемии достаточно равномерно получали вирус со всего мира.

Тем не менее подобные случаи есть и у нас: источники белорусского коронавируса были обнаружены от США до Турции и ОАЭ. В частности, филогенетика подтвердила, что первые завозные случаи коронавируса действительно были «родом» из Ирана и Италии (напомним, что первый официальный случай был связан со студентом из Ирана, а второй — с вернувшимися из командировки в Италию).

Авторы: Alina Nemira, Ayotomiwa Ezekiel Adeniyi, Elena L. Gasich, Kirill Y. Bulda, Leonid N. Valentovich, Anatoly G. Krasko, Olga Glebova, Alexander Kirpich, Pavel Skums
Авторы: Alina Nemira, Ayotomiwa Ezekiel Adeniyi, Elena L. Gasich, Kirill Y. Bulda, Leonid N. Valentovich, Anatoly G. Krasko, Olga Glebova, Alexander Kirpich, Pavel Skums

Любопытно, что Беларусь сама послужила «источником заражения» для других стран. В частности, было обнаружено два случая завоза вируса из Беларуси в Латвию, предположительно в июне и октябре 2020 года. Завезенные штаммы в дальнейшем распространились и породили достаточно обширные внутрилатвийские генетические линии. Закрытие границ и карантинные меры для прибывающих, введенные латвийской стороной, этому не воспрепятствовали.

Как предпринятые меры повлияли на развитие первой волны в Беларуси

Как минимум пять интродукций коронавируса привели к его дальнейшему распространению внутри страны и появлению внутрибелорусских «кластеров передачи инфекции». Авторы исследования изучили эти кластеры с помощью «более продвинутого» метода филодинамики, основанного на так называемой байесовской контурной модели рождения и гибели (Bayesian birth-death skyline model). Этот метод позволяет оценить, как изменяется со временем один из важнейших эпидемиологических показателей — эффективное репродуктивное число Re (это среднее число здоровых людей, которых заражает один носитель вируса в данное время в данном месте).

К сожалению, анализ геномных данных может предоставить нам достоверную картину лишь первой волны: как отмечено выше, большинство изучаемых кластеров возникли и распространились именно в это время. Таким образом, авторы ограничили себя временными рамками с марта по июль 2020 года.

Анализ показал, что после введения вышеперечисленных мер среднее репродуктивное число в Беларуси «умеренно снизилось» примерно на 20% — с 1,95 в марте-апреле до 1,59 в последующий период.

Оценить этот факт можно при помощи сравнения с другими странами. С одной стороны, величина снижения оказалась значительно ниже по сравнению со странами, где были введены жесткие меры по сдерживанию пандемии. Так, например, в Австралии репродуктивное число снизилось примерно в 3,4 раза, во Франции — в 1,9 раза, в Израиле — в 4 раза.

В целом на протяжении всей первой волны число Re в Беларуси оставалось близким к его значению в ряде регионов до введения карантинных мер (например, в Германии его медианное значение было равно 1,75, а в австралийском штате Виктория — 1,63).

С другой стороны, в ряде стран репродуктивное число до введения локдаунов было существенно выше, чем в Беларуси — например, во Франции оно было равно 3, а в Италии — 2,4.

Это говорит о том, что демографические и социальные особенности отдельных стран и регионов играли существенную роль в развитии эпидемии, и в Беларуси эти особенности несколько сдерживали распространение вируса.

Медианная оценка для фактического количества заболевших к концу мая 2020 года примерно в четыре раза выше выявленного количества случаев в Беларуси.

В этой связи любопытными оказались результаты сравнения филодинамического анализа для Беларуси и Украины. В отличие от Беларуси, в Украине были внедрены гораздо более широкие противоковидные меры. Тем не менее медианные значения репродуктивного числа за весь период первой волны оказались близки: 1,70 для Беларуси и 1,64 для Украины.

По мнению авторов исследования, этот факт скорее отражает ситуацию в Украине, где карантины и меры социального дистанцирования хотя и вводились, но крайне слабо исполнялись. Оказалась бы Беларусь в случае введения жестких карантинных мер ближе к Западной Европе или к Украине — мы уже вряд ли узнаем.

Сколько могло быть заболевших в Беларуси к концу мая 2020 года

Снимок носит иллюстративный характер. Фото: Вадим Замировский, TUT.BY
Снимок носит иллюстративный характер. Фото: Вадим Замировский, TUT.BY

Наконец, исследователи оценили фактическое число заболевших COVID-19. Для этого они применили другой метод, который оценивает число заболевших исходя из количества проведенных и положительных диагностических тестов. Этот метод использует так называемую полубайесовскую модель, которая учитывает неравномерность выборки (например, больные с тяжелыми симптомами тестируются чаще, чем больные с легкими симптомами или без симптомов) и несовершенство диагностических тестов.

Анализ показал, что медианная оценка для фактического количества заболевших к концу мая 2020 года примерно в четыре раза выше выявленного количества случаев. Так, на 16 мая 2020 года построенная специалистами математическая модель предсказывала 118 521 случай (медианное значение), тогда как официально зафиксирован был 28 681 случай.

Следовательно, заключают авторы, 76% случаев заражения, произошедших к этой дате, предположительно не были обнаружены. Подобные оценки были получены и для других стран.

Какие ограничения есть у этого исследования

Как и у любого исследования, у этого анализа есть свои ограничения.

Во-первых, как отмечено выше, у нас все еще достаточно мало геномных данных, особенно по сравнению с большинством других европейских стран.

Во-вторых, филогеографические выводы об источниках интродукций могут быть подвержены систематической ошибке отбора (выводы, сделанные применительно к какой-либо группе, могут оказаться неточными вследствие неправильного отбора в эту группу) и зависеть от относительно медленного накопления мутаций в геномах SARS-CoV-2.

В-третьих, статистика по COVID-19 в Беларуси сейчас ведется только по стране в целом, а не по отдельным регионам. Сообщенное количество тестов не делится на первоначальные и повторные тесты, проводимые государственными или коммерческими лабораториями, ПЦР и тесты на антитела. Если (или когда) станут доступны более точные данные, их можно будет использовать для повышения точности приведенных в анализе оценок.

Почему геномная эпидемиология важна для Беларуси?

В конце специалисты подытоживают, что это исследование «демонстрирует эффективность эпиднадзора за SARS-CoV-2 с использованием комбинированных геномных и эпидемиологических данных».

«Для таких стран с ограниченными ресурсами, как Беларусь, принципиально важно довести инфраструктуру для секвенирования и анализа геномных данных до уровня, уже установленного в других странах, — пишут авторы. — Подобная инфраструктура в будущем должна стать неотъемлемой частью национального механизма реагирования на появление и распространение SARS-CoV-2 и других патогенов».

-10%
-12%
-10%
-50%
-15%
-10%
-8%
-5%
-30%
-40%