🧬 Описание пейплайна
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: HTML-отчёт для клинициста — идентифицированные патогены, количественная представленность, профиль генов AMR и рекомендованные антибиотики; QC-отчёт для биоинформатика.
📊 Доступность продукта
| Платформа |
Статус доступности |
| OnSiteSeq Cockpit Edge |
🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Desktop |
🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Cloud |
🔴 Не доступно |
🦠 Определяемые патогены
| Патоген |
Клиническое значение |
| Streptococcus pneumoniae |
Ведущий возбудитель внебольничной пневмонии; анализ pbp-генов → устойчивость к пенициллину |
| Haemophilus influenzae |
Второй по частоте возбудитель ВП; частый возбудитель обострений ХОБЛ |
| Moraxella catarrhalis |
Характерен при ХОБЛ; >90% штаммов продуцируют β-лактамазу (BRO-1/BRO-2) |
| Mycoplasma pneumoniae |
Атипичная пневмония; резистентность к макролидам — ключевая клиническая проблема |
| Legionella pneumophila |
Болезнь легионеров; тяжёлое течение; терапия фторхинолонами |
| Staphylococcus aureus (MRSA/MSSA) |
Госпитальная пневмония; определение mecA критично для выбора терапии |
| Klebsiella pneumoniae |
Нозокомиальная пневмония; ESBL и карбапенемазы — угроза исходу |
| Pseudomonas aeruginosa |
Хроническое лёгкое (муковисцидоз, ХОБЛ); множественная природная резистентность |
| Acinetobacter baumannii |
ИТАР (ИВЛ-ассоциированная пневмония); часто XDR; карбапенемазы |
🎯 Ключевые гены резистентности
β-лактамы (пенициллины и цефалоспорины)
| Ген / механизм |
Патоген |
Значение |
| pbp1a, pbp2b, pbp2x (мутации) |
S. pneumoniae |
Устойчивость к пенициллину и цефалоспоринам |
| blaTEM-1 |
H. influenzae |
β-лактамазная устойчивость к ампициллину |
| BRO-1 / BRO-2 |
M. catarrhalis |
β-лактамаза (>90% штаммов) |
| mecA / mecC |
S. aureus |
MRSA — устойчивость к оксациллину и всем β-лактамам |
| blaSHV, blaTEM, blaCTX-M |
K. pneumoniae |
ESBL — устойчивость к цефалоспоринам III–IV |
| blaKPC, blaNDM, blaOXA-48 |
K. pneumoniae, P. aeruginosa, A. baumannii |
Карбапенемазы — устойчивость к карбапенемам |
Макролиды и атипичные антибиотики
| Ген |
Патоген |
Класс |
| ermB, mefA |
S. pneumoniae |
Устойчивость к азитромицину, кларитромицину |
| 23S rRNA (A2058G, A2059G) |
M. pneumoniae |
Макролид-резистентность (растёт в РФ и Азии) |
Фторхинолоны
| Ген |
Патоген |
Значение |
| gyrA, parC (мутации) |
S. pneumoniae, K. pneumoniae, P. aeruginosa |
Устойчивость к левофлоксацину, моксифлоксацину |
Профиль антибиотиков в отчёте
| Антибиотик |
Класс |
Актуальность |
| Амоксициллин/клавуланат |
Аминопенициллин + ингибитор β-лактамазы |
Первая линия ВП амбулаторно |
| Цефтриаксон |
Цефалоспорин III |
Первая линия ВП стационарно |
| Азитромицин / Кларитромицин |
Макролиды |
Атипичные патогены; мониторинг ermB |
| Левофлоксацин / Моксифлоксацин |
Фторхинолоны |
«Респираторные хинолоны»; ХОБЛ |
| Меропенем / Имипенем |
Карбапенемы |
Тяжёлая нозокомиальная пневмония |
| Ванкомицин / Линезолид |
Гликопептид / Оксазолидинон |
MRSA-пневмония |
🧪 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 пейплайны без изменений перейдут на более глубокое покрытие — пороги чувствительности заданы конфигурацией запуска, а не зашиты в код.
⚙️ Версии и ML-модели
Основной инструмент
| Компонент |
Статус |
| OnSiteSeq ОРЗ Pipeline |
🟡 В разработке |
Планируемые ML-модели
| Модель |
Целевая задача |
| BactResp-Classifier |
Метагеномная классификация бактериальных патогенов (k-мерный классификатор) |
| BactResp-AMR-Detector |
Предсказание AMR-фенотипа по выявленным генам резистентности |
| Pneumo-Serotyper |
In silico серотипирование S. pneumoniae (важно для оценки охвата вакциной PCV) |
Обучение планируется на геномах из NCBI Pathogen Database и европейской коллекции ECDC Surveillance Atlas of Infectious Diseases.
🛠 Под капотом: Зависимости и Окружение (Pipeline Stack)
| Этап пайплайна |
Ключевые библиотеки и инструменты |
| 1. Контроль качества (QC) |
porechop_abi, NanoFilt, pigz |
| 2. Деплеция хозяйских ридов |
minimap2 (ref: GRCh38) → исключение человеческих ридов |
| 3. Метагеномная классификация |
Kraken2 + Bracken (RefSeq bacterial DB) |
| 4. Целевое выравнивание и сборка |
minimap2 + medaka на референсы выявленных патогенов |
| 5. Детекция генов AMR |
AMRFinderPlus (NCBI), abricate (базы CARD, Resfinder, VFDB) |
| 6. MLST-типирование |
mlst (схемы PubMLST: пневмококк, K. pneumoniae, S. aureus) |
| 7. ML-инференс |
PyTorch, pandas, scikit-learn |
🌍 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. Метагеномная диагностика у кровати пациента позволяет перейти к целенаправленной деэскалационной терапии.
- MRSA-пневмония — летальность при ИВЛ-ассоциированной MRSA-пневмонии достигает 40–60%; своевременное определение mecA критично.
🔬 Связанные источники
© 2026 Роман Горбенко, МФТИ-стартап "OnSiteSeq - Секвенирование на месте (у кровати / у стола / в поле)"
