Метагеномная идентификация бактериальных возбудителей ОРЗ и их устойчивости к антибиотикам

Исследовательская метагеномная идентификация бактериальных возбудителей пневмонии и ОРЗ с профилем AMR (RUO)

🧬 Описание пайплайна

Бактериальные острые респираторные заболевания (ОРЗ) — от внебольничной пневмонии до обострений ХОБЛ — требуют срочного выбора антибиотика. Стандартный путь: посев мокроты (2–5 дней) или экспресс-тест на единственный патоген. Оба подхода не дают ответа на ключевой вопрос — чувствителен ли данный штамм к конкретному антибиотику, — особенно в условиях нарастающей AMR.

Наш пайплайн использует метагеномное нанопоровое секвенирование (mNGS) непосредственно из клинического материала (мокрота, БАЛ, аспират). Все бактериальные патогены выявляются одновременно, а для каждого — автоматически определяется наличие генов и мутаций резистентности к антибиотикам первой и второй линии.

• 📥 На входе: Сырые данные в формате FASTQ после High Accuracy basecalling (Dorado SUP, химия R10.4.1). Материал: мокрота, назофарингеальный аспират, БАЛ, плевральная жидкость.
• 📤 На выходе: Исследовательский HTML-отчёт (RUO) — идентифицированные патогены, количественная представленность, профиль генов AMR; QC-отчёт для биоинформатика.

📊 Доступность продукта

🦠 Определяемые патогены

🎯 Ключевые гены резистентности

β-лактамы (пенициллины и цефалоспорины)

Макролиды и атипичные антибиотики

Фторхинолоны

Профиль антибиотиков в отчёте

🧪 Оптимизация под кассету Flongle

OnSiteSeq Edge рассчитан на компактные кассеты Flongle (~126 активных пор, реальный выход ~0,5–2 Гб против 10–20 Гб у полноразмерной кассеты). Для метагеномики это определяет дизайн пайплайна:

• Adaptive Sampling (Read Until) — отклонение человеческих ридов в реальном времени прямо во время секвенирования. На Flongle каждый рид на счету: обогащение доли патогенных ридов в 3–10 раз без химической деплеции.
• Химическая деплеция хозяина (сапониновая лизис-деплеция + DNase) — на этапе препаративки снижает долю человеческой ДНК в мокроте/БАЛ с 90–99 % до ~50–80 %.
• Честный порог чувствительности — при выходе ~1 Гб надёжная детекция требует доли патогена ≥ 0,1–1 % в метагеноме. Для более слабых образцов предусмотрен таргетный режим (ампликонное обогащение) вместо «чистого» mNGS.
• Мультиплексирование — баркодирование 2–4 образцов на кассету экономит реагенты, но снижает глубину на образец; для образцов с низкой бактериальной нагрузкой рекомендуется один образец на Flongle.
• Детекция AMR-генов — требует покрытия генома патогена; при недостаточной глубине отчёт выдаёт идентификацию вида с пометкой «профиль AMR не установлен», без выдумывания результата.

По мере роста выхода кассет и точности химии ONT те же пайплайны без изменений перейдут на более глубокое покрытие — пороги чувствительности заданы конфигурацией запуска, а не зашиты в код.

⚙️ Версии и ML-модели

Основной инструмент

Планируемые ML-модели

Обучение планируется на геномах из NCBI Pathogen Database и европейской коллекции ECDC Surveillance Atlas of Infectious Diseases.

🛠 Под капотом: Зависимости и Окружение (Pipeline Stack)

🌍 Глобальный контекст

• ВОЗ AMR Action Plan — устойчивые K. pneumoniae, P. aeruginosa, A. baumannii включены в список «критических» приоритетных патогенов (наивысший уровень угрозы).
• Россия — по данным СКАТ (Стратегия контроля антимикробной терапии), доля ESBL-продуцирующих K. pneumoniae в ОРИТ превышает 70%.
• Проблема эмпирической терапии — в условиях неизвестного возбудителя врач вынужден назначать антибиотики широкого спектра, что ускоряет формирование AMR. В перспективе — после клинической валидации и регистрации — быстрая метагеномная идентификация возбудителя могла бы помочь перейти к целенаправленной терапии; сейчас пайплайн только для исследовательских целей (RUO).
• MRSA-пневмония — летальность при ИВЛ-ассоциированной MRSA-пневмонии достигает 40–60%; своевременное определение mecA критично.

🔬 Связанные источники

• 📄 ВОЗ — Глобальный список приоритетных патогенов по AMR (ESKAPE)
• 📄 NCBI AMRFinderPlus
• 📄 CARD — Comprehensive Antibiotic Resistance Database
• 📄 PubMLST — Многолокусное сиквенс-типирование бактерий
• 📄 СКАТ — Стратегия контроля антимикробной терапии в России