Метагеномная идентификация вирусных возбудителей ОРВИ

Дифференциальная диагностика гриппа A/B, RSV, риновируса, коронавирусов и других респираторных вирусов — у кровати пациента

🧬 Описание пейплайна

Острые респираторные вирусные инфекции (ОРВИ) вызываются десятками различных вирусов с клинически неразличимой картиной. Быстрое точное определение возбудителя критично для трёх клинических задач: назначение антивирусной терапии (осельтамивир при гриппе, нирматрелвир при COVID-19), инфекционный контроль (изоляция RSV-пациентов в педиатрии) и эпидемиологический надзор (мониторинг циркулирующих штаммов гриппа).

Наш пайплайн использует метагеномное нанопоровое секвенирование (mNGS): образец (мазок из носоглотки, БАЛ) секвенируется без предварительного знания о возбудителе — все вирусы выявляются одновременно. Для выявленного гриппа A/B дополнительно определяется субтип и профиль резистентности к противовирусным препаратам.

📥 На входе: Сырые данные в формате FASTQ после High Accuracy basecalling (Dorado SUP, химия R10.4.1). Материал: мазок из носоглотки / назофарингеальный аспират / БАЛ.
📤 На выходе: HTML-отчёт для клинициста с идентифицированными патогенами, относительной представленностью и (для гриппа) профилем резистентности к противовирусным препаратам.

📊 Доступность продукта

Платформа	Статус доступности
OnSiteSeq Cockpit Edge	🟡 В разработке
OnSiteSeq Cockpit Desktop	🟡 В разработке
OnSiteSeq Cockpit Cloud	🔴 Не доступно

🦠 Определяемые патогены

Пайплайн верифицирует присутствие следующих вирусов по метагеномным данным:

Патоген	Клиническое значение
Грипп A (H1N1pdm09, H3N2)	Ведущий сезонный патоген; антивирусная терапия — осельтамивир, балоксавир
Грипп B (Victoria / Yamagata)	Второй по значимости; субтипирование важно для тактики терапии
RSV A / RSV B	Ведущая причина бронхиолита у детей; показание к нирсевимабу
Риновирус A / B / C	Наиболее частый возбудитель ОРВИ; специфической терапии нет
Коронавирус SARS-CoV-2	COVID-19; при выявлении — автоматическое расширение до полного GC-пайплайна
Сезонные коронавирусы (HCoV-OC43, HCoV-229E, HCoV-NL63, HCoV-HKU1)	Дифференциальная диагностика COVID-19
Аденовирус (серотипы B, C, E)	Вспышки в коллективах; серьёзное течение у иммунокомпрометированных
Вирус парагриппа (PIV 1–4)	Ларинготрахеит («ложный круп») у детей
Метапневмовирус (hMPV A/B)	Клинически схож с RSV; важен в педиатрии и у пожилых
Бокавирус (HBoV)	Сопутствующий патоген; частое ко-инфицирование

🎯 Субтипирование гриппа и резистентность

Для выявленного гриппа A/B пайплайн дополнительно выполняет субтипирование и анализ генов резистентности:

Гены резистентности к противовирусным препаратам

Ген	Ключевые мутации	Препарат
NA (нейраминидаза)	H275Y (N1), E119V (N2), R292K	Осельтамивир (Тамифлю), Занамивир
PA (полимераза)	I38T / I38F / I38M	Балоксавир (Ксофлюза)
M2 (ионный канал)	S31N, V27A, A30T	Амантадин / Ремантадин (резистентны >99% H3N2 и pH1N1)

Профиль противовирусных препаратов в отчёте (грипп)

Препарат	Класс	Значение
Осельтамивир	Ингибитор нейраминидазы	Первая линия при гриппе A/B
Занамивир	Ингибитор нейраминидазы	Альтернатива при устойчивости к осельтамивиру
Балоксавир	Ингибитор PA-эндонуклеазы	Однократный приём; мониторинг I38T важен
Амантадин	Ингибитор M2-канала	Резистентность носит массовый характер (только справочно)

⚙️ Версии и ML-модели

Основной инструмент

Компонент	Статус
OnSiteSeq ОРВИ Pipeline	🟡 В разработке

Планируемые ML-модели

Модель	Целевая задача
RespiVirus-Classifier	Метагеномная классификация вирусных патогенов (CNN на k-мерах)
Flu-Subtyper	Субтипирование гриппа A (H1N1/H3N2) и B (Victoria/Yamagata) по WGS
Flu-Res-Detector	Предсказание резистентности к осельтамивиру и балоксавиру

Обучение на геномах из NCBI Influenza Database (>1 000 000 последовательностей), GISAID EpiFlu и открытых метагеномных датасетах ОРВИ.

🛠 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 viral DB + кастомные геномы)
4. Целевое выравнивание	`minimap2` на референсы выявленных патогенов
5. Субтипирование гриппа	`IRMA` (Iterative Refinement Meta-Assembler, CDC)
6. Аннотация резистентности	Кастомная база мутаций NA/PA/M2 + `snpEff`
7. ML-инференс	`PyTorch`, `pandas`, `scikit-learn`

🌍 Глобальный контекст

ВОЗ — глобальный надзор за гриппом (GISRS) включает >150 национальных центров; данные о циркулирующих штаммах определяют состав вакцины ежегодно.
Россия — ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора ведёт еженедельный мониторинг ОРВИ; в пик сезона до 30–40% визитов к врачу — ОРВИ.
Проблема «слепой» антибиотикотерапии — при ОРВИ антибиотики назначаются в ~40–60% случаев в РФ, несмотря на вирусную этиологию. Точная идентификация возбудителя у кровати пациента позволяет избежать избыточного назначения антибиотиков.
RSV-сезон — ежегодные вспышки перегружают педиатрические стационары; нирсевимаб (Beyfortus) требует точной RSV-диагностики для обоснования применения.