Генотипирование и лекарственная устойчивость вируса гепатита B
Генотип HBV, мутации резистентности в полимеразе, HBeAg-статус и маркеры риска гепатоцеллюлярной карциномы — из одного анализа
🧬 Описание пайплайна
Вирус гепатита B (HBV) — гепаднавирус с частично двухцепочечной ДНК (~3,2 т.п.н.). Хронический гепатит B — главная причина цирроза и гепатоцеллюлярной карциномы (ГЦК) в мире: по оценкам ВОЗ, с HBV живут ~254 млн человек, и около трети мирового бремени приходится на Китай. Современные нуклеоз(т)идные аналоги (энтекавир, тенофовир) имеют высокий барьер резистентности, но миллионы пациентов в Азии годами получали ламивудин и адефовир — и несут накопленные мутации устойчивости.
Наш пайплайн по данным нанопорового секвенирования определяет генотип вируса (A–J), профиль резистентности в обратной транскриптазе (полимеразе), мутации preC/BCP, определяющие HBeAg-негативное течение, и escape-мутации HBsAg — полный геномный паспорт вируса для выбора и коррекции терапии.
- 📥 На входе: Сырые данные в формате
FASTQпосле High Accuracy basecalling (Dorado SUP, химия R10.4.1). Материал: плазма/сыворотка крови. Оптимально: ампликонное секвенирование гена pol и preS/S или таргетное обогащение с полногеномным покрытием. - 📤 На выходе: Исследовательский HTML-отчёт (RUO) — генотип HBV, профиль чувствительности к нуклеоз(т)идным аналогам, статус preC/BCP и HBsAg-escape.
🧭 Класс по Балтимору: VII — dsDNA-RT (параретровирусы)
Класс VII — параретровирусы: геном у них ДНК-овый, но реплицируется он через обратную транскрипцию — «зеркально» ретровирусам класса VI. У HBV в вирионе упакована частично двухцепочечная кольцевая ДНК (rcDNA, ~3,2 т.п.н.), которая в ядре гепатоцита достраивается до ковалентно замкнутой кольцевой ДНК (cccDNA) — именно cccDNA служит резервуаром хронизации, не устранимым современными нуклеоз(т)идными аналогами. С cccDNA транскрибируется прегеномная РНК (pgRNA), которую вирусная полимераза (ген pol) обратно транскрибирует в ДНК при сборке новых частиц. Поэтому мутации резистентности HBV — это мутации в rt-домене гена pol: классическая YMDD-замена rtM204V меняет каталитический мотив обратной транскриптазы и снимает чувствительность к ламивудину (см. таблицу мутаций ниже).
| Класс | Геном | Стратегия репликации | Примеры |
|---|---|---|---|
| I | dsDNA | ДНК → мРНК (как у клетки) | Герпесвирусы, аденовирусы, оспа, АЧС |
| II | ssDNA (+) | Через промежуточную dsDNA | Парвовирусы |
| III | dsRNA | РдРП транскрибирует с dsRNA | Ротавирусы |
| IV | (+)ssRNA | Геном = мРНК, сразу трансляция | SARS-CoV-2, гепатит C |
| V | (−)ssRNA | Сначала синтез (+)цепи (РдРП) | Грипп, SFTS, бешенство |
| VI | (+)ssRNA-RT | Обратная транскриптаза: РНК → ДНК | ВИЧ, ретровирусы |
| VII | dsDNA-RT | Реверт-транскрипция через РНК-интермедиат | Гепатит B |
📊 Доступность продукта
| Платформа | Статус доступности |
|---|---|
| OnSiteSeq Cockpit Edge | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Desktop | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Cloud | 🔴 Недоступно |
🎯 Мутации резистентности и клинические маркеры
Резистентность в полимеразе (rt-домен)
| Мутации | Препарат | Значение |
|---|---|---|
| rtM204V/I (YMDD) + rtL180M | Ламивудин, Телбивудин | Классическая YMDD-мутация; снижает чувствительность и к энтекавиру |
| rtA181T/V | Ламивудин, Адефовир | Общий путь резистентности; rtA181T снижает и секрецию HBsAg |
| rtN236T | Адефовир | Специфичный маркер |
| rtI169T + rtT184G + rtS202I/G или rtM250V (на фоне rtL180M+rtM204V) | Энтекавир | Резистентность развивается ступенчато у пациентов с предшествующей ЛУ к ламивудину |
| rtA194T | Тенофовир | Редкий маркер; значимость уточняется |
HBeAg-статус и риск ГЦК
| Локус | Мутации | Значение |
|---|---|---|
| preC (прекор) | G1896A (стоп-кодон) | HBeAg-негативный хронический гепатит — частая форма в Азии |
| BCP (базальный кор-промотор) | A1762T/G1764A | HBeAg-негативное течение; ассоциирован с повышенным риском ГЦК |
| S (HBsAg) | G145R и др. в «a»-детерминанте | Вакцинный и диагностический эскейп — ложноотрицательные тесты на HBsAg |
| Генотип | A–J | Генотип C (доминирует в Китае) — более высокий риск ГЦК и медленнее HBeAg-сероконверсия, чем генотип B |
⚙️ Версии и ML-модели
Основной инструмент
| Компонент | Статус |
|---|---|
| OnSiteSeq HBV Pipeline | 🟡 В разработке |
Планируемые ML-модели
| Модель | Целевая задача |
|---|---|
| HBV-Genotyper | Генотипирование HBV (A–J) по полногеномным данным |
| HBV-Res-Detector | Интерпретация профиля резистентности в rt-домене |
🛠 Под капотом: Зависимости и Окружение (Pipeline Stack)
Пайплайн управляется фреймворком Snakemake в изолированных Conda-окружениях.
| Этап пайплайна | Ключевые библиотеки и инструменты |
|---|---|
| 1. Контроль качества (QC) | porechop_abi, NanoFilt, pigz |
| 2. Выравнивание (Mapping) | minimap2 (референсная панель генотипов A–J) |
| 3. Поиск мутаций (Variant Calling) | clair3, medaka — с учётом внутрихозяйственного квазивидового разнообразия |
| 4. Генотипирование | Классификация по панели референсов + NCBI HBV genotyping tool (верификация) |
| 5. Аннотация резистентности | Кастомная база мутаций rt/preC/BCP/S (по консенсусным данным и HBVdb) |
| 6. ML-инференс | PyTorch, pandas, scikit-learn |
🌍 Глобальный контекст: почему это важно
- ВОЗ, Global Hepatitis Report 2024 — с HBV живут ~254 млн человек; вирусные гепатиты ежегодно уносят ~1,3 млн жизней, и смертность растёт. ВОЗ поставила цель элиминации гепатитов как угрозы общественному здоровью к 2030 году.
- Китай — несёт около трети мирового бремени HBV (~70–90 млн HBsAg-положительных); HBV — причина примерно половины мировых случаев рака печени. Массовая вакцинация новорождённых резко снизила носительство у детей, но взрослая когорта с хроническим гепатитом огромна и нуждается в мониторинге терапии.
- Наследие ламивудина — годы массового применения препаратов с низким барьером резистентности оставили у миллионов пациентов накопленные мутации; генотипирование перед сменой схемы предотвращает последовательный провал терапии.
- Коинфекция ВИЧ/HBV — тенофовир входит в схемы АРТ; см. наш пайплайн OnSiteSeq HIV.
🔬 Источники
AI medtech платформа для управления контейнеризованными биоинформатическими пайплайнами.
Edge-платформа. Рабочее место. Облачные вычисления.
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2026680748.
Проект начат в МФТИ, продолжен в аспирантуре РНИМУ им. Н.И. Пирогова.
Получение разрешений и валидация в процессе. Текущий статус — RUO. Только для научных исследований. Не для диагностики.
Проект — участник топ-1000 университетских стартапов и Акселерационной программы «Будущее медицины».