Коронавирус SARS-CoV-2 можно выявлять методом масс-спектрометрии

Коронавирус SARS-CoV-2 можно определять в мазках из носовой полости при помощи масс-спектрометрии и анализа данных методами машинного обучения. В разработке такого метода есть потребность: в странах третьего мира наблюдается острый дефицит аппаратуры и специалистов для проведения анализов методом ОТ-ПЦР-РВ.

Ученые из Чили предлагают использовать для обнаружения вируса SARS-CoV-2 в назальных мазках метод MALDI-MS (времяпролетная масс-спектрометрия с матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией). Оборудование для MALDI-MS есть в большинстве лабораторий мира, оно используется, в частности, для диагностики бактериальных, грибковых и вирусных инфекций. Добавим, что образец в этом случае не требует специальной очистки.

Суть метода MALDI-MS: в процессе диагностики образец, помещенный на матрицу, подвергается «мягкой» ионизации при помощи лазерного излучения — молекулы под действием лазера «выбиваются» из образца. Матрица позволяет избежать фрагментации вирусных белков. В ходе ионизации происходит выброс материала образца в виде ионов, которые направляются к детектору и генерируют при столкновении с ним масс-спектр.

Авторы проанализировали 362 образца: 211 мазков взяли со слизистой носа у пациентов с положительными результатами ПЦР-теста на SARS-CoV-2 и 151 — у людей с отрицательным результатом теста (контрольная группа). Пробы собирали в лабораториях трех стран: Аргентины, Чили и Перу. Образцы использовали для получения масс-спектров, характерных для SARS-CoV-2-позитивных и SARS-CoV-2-негативных пациентов. Анализ проводили на Autoflex (Bruker). Для каждого образца были собраны и усреднены не менее 500 спектров (50 снимков и 10 положений пятна).

Чтобы выбрать наиболее характерные пики, использовались методы отбора признаков (feature selection). Полученные данные обрабатывались при помощи шести разных алгоритмов машинного обучения, в число которых вошли: дерево решений, метод k-ближайших соседей, наивный байесовский классификатор, алгоритм случайного леса, методы опорных векторов (SVM-L и SVM-R).

Лучшим методом анализа масс-спектров оказался SVM-R – метод опорных векторов с радиальным ядром. С его помощью удалось обнаружить 36 из 40 SARS-CoV-2-положительных образцов и 36 из 40 SARS-CoV-2-отрицательных образцов. Наименее эффективными были дерево решений и метод k-ближайших соседей. Кроме того, оказалось, что нет необходимости проводить отбор признаков — данный этап не увеличивал точность метода.

Исследователи считают, что данный метод может быть использован для обследования людей, обращающихся за медицинской помощью с симптомами COVID-19. MALDI масс-спектрометрия может оказаться неплохой альтернативой ПЦР-РТ и иммунохроматографическим методам, учитывая ее скорость, простоту, дешевизну, а также наличие необходимого оборудования. Согласованность между RT-PCR и MALDI/ML, превышающую 80%, они считают приемлемой для клинической диагностики.