Определение лекарственной устойчивости Helicobacter pylori

Геномный профиль устойчивости и вирулентности для подбора индивидуальной эрадикационной терапии

🧬 Описание пейплайна

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 FASTQ после 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: HTML-отчёт для клинициста 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	🔴 Не доступно

🎯 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 прогностически значимая информация для врача:

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