Цифровые решения (VGARus, SOLAR, «EpidSmart – модуль COVID») в системе эпидемиологического надзора за новой коронавирусной инфекцией (COVID-19)

Цель исследования. Оценка, демонстрация эффективности и перспективы использования программных решений (цифровых платформ) в системе эпидемиологического надзора за инфекционными болезнями.
Материалы и методы. Обобщены сведения о функционировании программных решений в составе системы эпидемиологического надзора за период 2020–2023 гг. Проведен анализ сведений молекулярно-генетического мониторинга по данным платформы VGARus (Virus Genome Aggregator of Russia – платформа агрегирования результатов расшифровок генома возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний) за 2020–2023 гг., а также результатов ПЦР-исследований по данным платформы SOLAR (System of laboratory aggregation results – платформа агрегирования результатов лабораторных исследований) за 2022–2023 гг. и динамики заболеваемости новой коронавирусной инфекцией (COVID-19) населения Российской Федерации.
Результаты. Разработанные программные решения позволили эффективно модернизировать подсистемы эпидемиологического надзора за COVID-19 за счет изменений в сборе и хранении информации, а также при формировании эпидемиологического диагноза и краткосрочного прогноза. Представленные решения служат надежным источником обратной связи для повышения эффективности эпидемиологического контроля.
Заключение. Обосновано использование цифровых платформенных решений, созданных Центральным НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора. Показана эффективность разработанных платформ: VGARus, выполняющей роль системы агрегации информации о геномах вирусов; SOLAR, позволяющей использовать данные результатов ПЦР-исследований для контроля за распространением возбудителя; «EpidSmart – модуль COVID», которая используется в качестве аналитического инструмента для проведения оперативного и ретроспективного эпидемиологического анализа и прогноза распространения генетических вариантов патогенов. Внедрение подобных программных решений является перспективным для совершенствования эпидемиологического надзора за другими инфекционными болезнями.

Значительный ущерб, нанесенный новой коронавирусной инфекцией (COVID-19), и масштаб распространения заболевания привели к необходимости максимально задействовать потенциал современной науки, а также инновационные разработки в области цифровых технологий для борьбы с пандемией. Возникла необходимость анализировать сведения о проявлениях эпидемического процесса новой коронавирусной инфекции, а также изменчивости возбудителя на всей территории Российской Федерации (РФ), что потребовало создания новых программных решений, помогающих выполнять эти задачи в оперативном режиме.

В классическом виде система эпидемиологического надзора за инфекционными болезнями на территории РФ представляет комплекс подсистем для принятия управленческих решений (рис. 1). Она является развитием идей В.Д. Белякова, В.И. Покровского и Б.Л. Черкасского о системе эпидемиологического надзора [1–3]. При работе по данной схеме осуществляются сбор, архивирование и передача информации, ее обработка и анализ, а также эпидемиологическая диагностика и разработка эпидемиологических прогнозов. Однако «в современных условиях рассматриваются два главных рычага интенсификации роста эффективности – ускорение научно-технического прогресса и совершенствование управления», – эти слова академика В.Д. Белякова о развитии системы противоэпидемических мероприятий актуальны и в настоящее время [1].

Для совершенствования эпидемиологического надзора за COVID-19 разработаны и внедрены в работу Роспотребнадзора платформа VGARus (Virus Genome Aggregator of Russia – платформа агрегирования результатов расшифровок генома возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний) – ключевой элемент системы молекулярно-генетического мониторинга за изменчивостью возбудителя, платформа SOLAR (System of Laboratory Aggregation Results – платформа агрегирования результатов лабораторных исследований) — централизованная база данных результатов ПЦР-исследований на РНК SARS-CoV-2 и «EpidSmart — модуль COVID» — аналитическая платформа для оперативного и ретроспективного эпидемиологического анализа с использованием больших данных (Big Data).

Цель исследования – оценка, демонстрация эффективности и перспективы использования программных решений (цифровых платформ) в системе эпидемиологического надзора за инфекционными болезнями.

Материалы и методы

Обобщен опыт использования и проведен анализ сценариев применения программных решений в составе системы эпидемиологического надзора за период 2020–2023 гг. на основе изучения рабочих процессов по анализу и прогнозу эпидемической обстановки по новой коронавирусной инфекции, а также научных публикаций.

Молекулярно-генетический мониторинг изменчивости возбудителя COVID-19 за период 2021–2023 гг. с учетом сведений эпидемиологического анамнеза осуществлен с использованием данных платформы VGARus.

Анализ сведений о результатах ПЦР-исследований РНК SARS-CoV-2 за период 2022–2023 гг. проведен по данным платформы SOLAR.

Динамика заболеваемости COVID-19 населения субъектов РФ за аналогичный период проанализирована по данным официальной отчетной формы «Мониторинг о количестве заболевших коронавирусной инфекцией».

Корреляционный анализ между динамикой заболеваемости населения COVID-19 и регистрацией положительных ПЦР-результатов на РНК SARS-CoV-2, а также между динамикой заболеваемости населения COVID-19 и долей положительных ПЦР-результатов в субъектах РФ проведен за период 2022–2023 гг. Для определения взаимосвязи использован коэффициент корреляции Пирсона.

Оценка статистической значимости полученного значения коэффициента корреляции проведена с использованием метода Монте–Карло. Для оценки причинности использован метод Грэнджера.

Статистическую обработку результатов выполняли с использованием аналитических инструментов SciPy [4], Pandas [5], Statsmodels [6].

Результаты

Платформа VGARus

Данная цифровая платформа создана в ФБУН «Центральный НИИ эпидемиологии» Роспотреб­надзора (далее – ЦНИИЭ) для осуществления мониторинга изменчивости SARS-CoV-2. По состоянию на 1 августа 2024 г. на платформу загружено более 327 тыс. нуклеотидных последовательностей. Из них более 206 800 представляют собой полные геномы, 120 180 – фрагменты генома.

Представлены генетические последовательности вариантов SARS-CoV-2: Alpha – более 1600, Beta – более 140, Delta – более 62 300, Gamma – более 20, Omicron – более 232 900. Метаданные платформы включают в себя 20 различных показателей, в том числе данные эпидемиологического анамнеза, и имеют обезличенный характер.

К платформе подключено более 130 организаций, представляющих различные ведомства. Все загруженные последовательности обрабатываются с помощью программного обеспечения, встроенного в платформу, которое определяет геновариант возбудителя в автоматическом режиме. Результаты становятся доступными для анал...

Акимкин В.Г., Дубоделов Д.В., Есьман А.С., Кузин С.Н., Углева С.В., Черкашина А.С., Хафизов К.Ф., Сычева Н.В., Корабельникова М.И., Гасанов Г.А., Садофьев П.В., Самсонов А.А., Стратулат Д.В., Монахова А.А.