Молекулярный анализ талассемий и наследственных гемоглобинопатий
Делеции кластера HBA, мутации HBB и их фазирование — один длиннопрочтный тест вместо связки gap-PCR + MLPA + Sanger
🧬 Описание пайплайна
Талассемии — наследственные нарушения синтеза глобиновых цепей гемоглобина: α-талассемия (кластер генов HBA1/HBA2 на 16-й хромосоме) и β-талассемия (ген HBB на 11-й). Тяжёлые формы — Hb H-болезнь, гидропс плода Hb Bart’s (состояние –/– по α-генам) и β-талассемия major с пожизненной трансфузионной зависимостью и перегрузкой железом — формируют одно из самых значимых бремен наследственных болезней в мире.
Диагностика талассемий исторически фрагментирована: α-делеции ловят gap-PCR, делеции и дупликации — MLPA, точечные мутации HBB — секвенированием по Сэнгеру. Причина в самой генетике локуса: при α-талассемии преобладают крупные делеции (–SEA, -α3.7, -α4.2, –MED, –THAI и др.), а кластер HBA содержит высокогомологичные дубликаты и псевдогены, поэтому короткие прочтения NGS принципиально не разрешают этот регион. При β-талассемии основу составляют точечные мутации HBB — в Китае чаще всего CD41-42 (-TTCT), IVS-II-654 (C>T), CD17 (A>T), -28 (A>G) и CD71-72.
Длинные прочтения Oxford Nanopore решают задачу за один тест — LR-PCR-ампликоны по локусам HBA/HBB или таргетное обогащение / adaptive sampling позволяют: (1) прямо выявлять крупные делеции и определять их точные точки разрыва, (2) разрешать гомологию HBA1/HBA2, (3) фазировать мутации (cis/trans), (4) одновременно находить точечные варианты HBB. Опубликованные исследования показывают полное согласие ONT-подхода с комбинацией gap-PCR/MLPA/Sanger — при замене 3–4 отдельных тестов одним.
Наш пайплайн выдаёт единый геномный паспорт: α-делеции и неделеционные варианты, мутации HBB, гаплотиповое фазирование и готовую интерпретацию для генетического консультирования.
- 📥 На входе: Сырые данные в формате
FASTQпосле High Accuracy basecalling (Dorado SUP, химия R10.4.1). Материал: геномная ДНК из крови (в т.ч. из ворсин хориона / амниоцентеза для пренатальной диагностики). Оптимально: длиннопрочные ампликоны (LR-PCR) локусов HBA и HBB или таргетное обогащение / adaptive sampling. - 📤 На выходе: Исследовательский HTML-отчёт (RUO) — генотип по α- и β-локусам (делеции, точечные варианты, фазирование), интерпретация носительства и рисков для пары, исследовательские данные для задач пренатальной / преимплантационной (PGT-M) генетики.
📊 Доступность продукта
| Платформа | Статус доступности |
|---|---|
| OnSiteSeq Cockpit Edge | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Desktop | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Cloud | 🔴 Недоступно |
🎯 Детектируемые варианты и клинические маркеры
α-талассемия: делеции и неделеционные варианты кластера HBA
| Вариант | Тип | Значение |
|---|---|---|
| –SEA | α⁰-делеция | Самая частая α⁰-делеция в Юго-Восточной Азии и Южном Китае; носительство у обоих партнёров — риск гидропса плода Hb Bart’s |
| -α3.7 | α⁺-делеция | Самая частая α-делеция в мире; комбинация -α3.7/– — Hb H-болезнь |
| -α4.2 | α⁺-делеция | Частая α⁺-делеция; клинически значима в сочетании с α⁰-делециями |
| –MED, –THAI и др. | α⁰-делеции | Региональные варианты; точные точки разрыва определяются прямым чтением длинных прочтений |
| Hb Constant Spring (HBA2:c.427T>C) | Неделеционный | Удлинённый нестабильный α-глобин; частый компонент неделеционной Hb H-болезни |
| Hb Quong Sze и др. | Неделеционные | Редкие неделеционные варианты, не детектируемые gap-PCR |
β-талассемия и гемоглобинопатии (ген HBB)
| Вариант | Тип | Значение |
|---|---|---|
| CD41-42 (-TTCT) | β⁰ | Самая частая мутация β-талассемии в Китае |
| IVS-II-654 (C>T) | β⁺ | Вторая по частоте в Китае; нарушение сплайсинга |
| CD17 (A>T) | β⁰ | Частая нонсенс-мутация в Южном Китае |
| -28 (A>G) | β⁺ | Промоторная мутация, мягкий фенотип |
| CD71-72 (+A) | β⁰ | Частый вариант в Юго-Восточной Азии |
| Hb E (HBB:c.79G>A) | Структурный вариант + β⁺ | Очень частая мутация в Юго-Восточной Азии; комбинация Hb E/β-талассемия — тяжёлое заболевание |
| Делеции HPFH / δβ-талассемии | Крупные делеции | Наследственное персистирование фетального гемоглобина; компенсируют тяжесть β-талассемии, важны для прогноза |
Фазирование (cis/trans)
| Маркер | Значение |
|---|---|
| Гаплотиповое фазирование α/β-локусов | Длинные прочтения определяют положение мутаций на одной или разных хромосомах — критично для прогноза (например, cis- vs trans-положение двух α⁺-дефектов) |
⚙️ Версии и ML-модели
Основной инструмент
| Компонент | Статус |
|---|---|
| OnSiteSeq Thalassemia Pipeline | 🟡 В разработке |
Планируемые ML-модели
| Модель | Целевая задача |
|---|---|
| THAL-SV-Caller | Классификация делеций/дупликаций кластера HBA по профилю покрытия и split-reads |
| THAL-Interpreter | Интерпретация генотипа α+β: носительство, тяжесть фенотипа, риск для пары |
🛠 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 (гомологичный кластер HBA/HBB, специализированные референсы локусов) |
| 3. Поиск мутаций (SNV/Indel) | clair3, medaka — точечные варианты и мелкие инделы HBB, неделеционные α-варианты |
| 4. Анализ CNV/SV (делеции) | Специализированный модуль: профиль покрытия + split-reads; Sniffles2, cuteSV — точные точки разрыва делеций |
| 5. Фазирование | WhatsHap — cis/trans-конфигурация вариантов по длинным прочтениям |
| 6. ML-инференс | PyTorch, pandas, scikit-learn |
🌍 Глобальный контекст: почему это важно
- ВОЗ — гемоглобинопатии (талассемии и серповидноклеточная анемия) отнесены к растущему глобальному бремени наследственных болезней: сотни тысяч детей рождаются ежегодно с тяжёлыми формами, и миграция носителей расширяет зону спроса на диагностику за пределы традиционных регионов.
- Пояс носительства — Средиземноморье, Ближний Восток, Южная и Юго-Восточная Азия. В Южном Китае (Гуанси, Гуандун, Юньнань, Хайнань) носительство местами достигает ~10–20% — талассемии являются одной из главных наследственных болезней региона.
- Программы превенции — Кипр и Сардиния почти элиминировали рождение детей с тяжёлыми формами через массовый скрининг пар и пренатальную диагностику; в Китае действуют государственные программы скрининга пар до беременности, а опыт Гуанси считается образцовым.
- Диагностический разрыв — рутинная диагностика требует связки gap-PCR + MLPA + Sanger (несколько разных тестов на пациента); единый длиннопрочный тест сокращает стоимость, время и риск пропустить редкий вариант, особенно при пренатальной диагностике и PGT-M.
- Дифференциальная диагностика — микроцитарная анемия при носительстве талассемии часто маскируется под железодефицит; молекулярное подтверждение предотвращает ошибочную терапию железом.
🔬 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».