Определение лекарственной устойчивости Helicobacter pylori
Геномный профиль устойчивости и вирулентности для исследований резистентности к эрадикационным схемам (RUO)
🧬 Описание пайплайна
Helicobacter pylori — грамотрицательная бактерия, колонизирующая слизистую желудка и являющаяся главной причиной хронического гастрита, язвенной болезни и фактором риска рака желудка (канцероген I группы по классификации IARC). Успех эрадикационной терапии напрямую зависит от чувствительности штамма к антибиотикам — в первую очередь к кларитромицину и левофлоксацину.
Наш пайплайн по данным нанопорового секвенирования определяет полный профиль устойчивости и ключевые факторы вирулентности (cagA, vacA) непосредственно из биоптата, без культивирования — H. pylori капризен и медленно растёт, поэтому классическая бактериология занимает 7–14 дней.
- 📥 На входе: Сырые данные в формате
FASTQпосле High Accuracy basecalling (химия R10.4.1, модель Dorado SUP). Материал: биоптат антрального отдела или тела желудка. Оптимально: ампликонное секвенирование локусов 23S рРНК и gyrA или полногеномное секвенирование (WGS) культуры/обогащённого образца. - 📤 На выходе: Исследовательский HTML-отчёт (RUO) с профилем чувствительности к антибиотикам эрадикационных схем и статусом факторов вирулентности; QC-отчёт для биоинформатика.
📊 Доступность продукта
| Платформа | Статус доступности |
|---|---|
| OnSiteSeq Cockpit Edge | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Desktop | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Cloud | 🔴 Недоступно |
🎯 Гены и мутации резистентности
| Ген / Локус | Ключевые мутации | Класс антибиотиков |
|---|---|---|
| 23S рРНК | A2142G, A2143G, A2142C | Кларитромицин (макролиды) — ключевой препарат первой линии |
| gyrA | N87K, D91G/N/Y | Левофлоксацин (фторхинолоны) — терапия спасения |
| pbp1A | Множественные аминокислотные замены | Амоксициллин (резистентность редка, но растёт) |
| rdxA, frxA | Делеции, нонсенс-мутации (инактивация) | Метронидазол |
| 16S рРНК | A926G, A928C | Тетрациклин |
| rpoB | Точечные мутации (кластер rif-региона) | Рифабутин — терапия третьей линии |
| porD, oorD | Инактивирующие мутации | Фуразолидон |
Профиль антибиотиков в отчёте
| Антибиотик | Место в схемах (Маастрихт VI) | Клиническое значение |
|---|---|---|
| Кларитромицин | Тройная терапия первой линии | При региональной резистентности >15% эмпирическое назначение не рекомендуется — нужен генотип |
| Амоксициллин | Компонент всех схем | Резистентность редка; опора эрадикации |
| Метронидазол | Компонент тройной/квадротерапии | Высокая фоновая резистентность; частично преодолевается дозой и длительностью |
| Левофлоксацин | Терапия второй линии (спасения) | Резистентность быстро растёт при необоснованном применении ФХ |
| Тетрациклин | Квадротерапия с висмутом | Резистентность пока редка |
| Рифабутин | Терапия третьей линии | Резерв при множественных неудачах эрадикации |
🧫 Факторы вирулентности
Помимо устойчивости, отчёт включает статус ключевых факторов вирулентности — это информация, значимая для исследований патогенеза:
| Фактор | Варианты | Клиническое значение |
|---|---|---|
| cagA (островок cagPAI) | Наличие / отсутствие | cagA+ штаммы — повышенный риск язвенной болезни и рака желудка |
| vacA | Аллели s1/s2, m1/m2 | s1/m1 — наиболее токсигенный вариант, ассоциирован с тяжёлым течением |
Именно здесь оправдано локусное графовое выравнивание (OnSiteSeq-PanG): cagPAI и vacA — высоковариабельные регионы с частыми рекомбинациями и делециями, где единый линейный референс даёт сбои. Граф кодирует все известные аллельные варианты локуса и повышает полноту картирования ридов в этих регионах. Для консервативных генов устойчивости (23S рРНК, gyrA) применяется стандартное выравнивание — там оно надёжно.
⚙️ Версии и ML-модели
Основной инструмент
| Компонент | Статус |
|---|---|
| OnSiteSeq HP Pipeline | 🟡 В разработке |
Планируемые ML-модели
| Модель | Целевая задача |
|---|---|
| HP-Res-Detector | Предсказание резистентности к кларитромицину/левофлоксацину по генотипу |
| HP-Vir-Typer | Типирование cagA/vacA (включая графовое выравнивание PanG) |
🛠 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 (референс: 26695 / J99); локусные пангеномные графы OnSiteSeq-PanG для cagPAI/vacA |
| 3. Поиск мутаций (Variant Calling) | clair3, medaka |
| 4. Аннотация резистентности | Кастомная база мутаций 23S/gyrA/pbp1A/rdxA/frxA/16S/rpoB + AMRFinderPlus |
| 5. Типирование вирулентности | Детекция cagPAI, аллельное типирование vacA (s/m-регионы) |
| 6. ML-инференс | PyTorch, pandas, scikit-learn |
🌍 Глобальный контекст: почему это важно
- ВОЗ, 2017 — кларитромицин-резистентный H. pylori включён в список приоритетных патогенов по АМР (высокий приоритет).
- Россия — резистентность к кларитромицину оценивается в 20–30%, что превышает порог Маастрихт VI (15%): эмпирическая тройная терапия без генотипирования всё чаще заканчивается неудачей.
- Рак желудка — H. pylori признан канцерогеном I группы (IARC); статус cagA/vacA уточняет индивидуальный риск.
- Текущий стандарт — культуральный метод с антибиотикограммой: 7–14 дней и низкая изоляционная успешность. Наш пайплайн даёт результат в тот же день непосредственно из биоптата.
🔬 Источники
- 📄 Maastricht VI / Florence Consensus Report (Gut, 2022) — актуальные схемы эрадикации и пороги резистентности
- 📄 WHO Priority Pathogens List (2017) — кларитромицин-резистентный H. pylori, высокий приоритет
- 📄 PubMLST Helicobacter pylori Database
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».