Вирус простого герпеса (HSV-1/HSV-2): энцефалит и резистентность к ацикловиру

mNGS ликвора, генотипирование UL23/UL30 и целогеномная сборка на длинных ридах — когда каждый час стоит нейронов

🧬 О пейплайне

Вирус простого герпеса 1 типа (HSV-1, HHV-1) — ведущая причина спорадического смертельного энцефалита у взрослых: вирус поражает височные доли, вызывая геморрагический некроз. Без лечения летальность составляет ~70%, с ранним внутривенным ацикловиром снижается до ~20–30% — но каждый час задержки терапии необратимо стоит нейронов и когнитивных функций. HSV-2 отвечает за генитальную инфекцию, неонатальный герпес (сепсис и энцефалит новорождённых с летальностью до 60% без лечения) и рецидивирующий асептический менингит.

ПЦР ликвора — золотой стандарт диагностики, но у неё есть слепые зоны: в первые 24–72 часа болезни ПЦР может быть ложноотрицательной, атипичные и вакцино-ассоциированные случаи ускользают, а главное — ПЦР не отвечает на вопрос о резистентности. У иммуносупрессированных пациентов (трансплантация органов и КМК, ВИЧ) резистентность к ацикловиру достигает 4–14%: фенотипический тест требует вирусной культуры и занимает недели, тогда как генотип по генам UL23 (тимидинкиназа, ~95% случаев резистентности) и UL30 (ДНК-полимераза) даёт ответ за часы и сразу указывает на смену терапии (фоскарнет, цидофовир).

Наш пайплайн по данным нанопорового секвенирования объединяет три задачи в одном прогоне: mNGS ликвора (детекция HSV вместе с дифференциальным рядом — VZV, энтеровирусы, HHV-6, бактериальный менингит), генотипирование резистентности по UL23/UL30 и целогеномную сборку для эпидемиологии штаммов.

• 📥 На входе: Сырые данные в формате FASTQ после High Accuracy basecalling (Dorado SUP, химия R10.4.1). Материал: ликвор (приоритет), везикулярная жидкость, мазки слизистых, кровь при неонатальной инфекции. Оптимально — запуск на Flongle для экстренного сценария (Edge) в реанимации.
• 📤 На выходе: HTML-отчёт неврологу/инфекционисту — вид и тип вируса (HSV-1/HSV-2 по US6), генотип резистентности с интерпретацией мутаций UL23/UL30 и рекомендацией по смене терапии, дифференциальный ряд по mNGS; технический QC-отчёт для биоинформатика.

🧭 Класс по Балтимору: I — двуцепочечная ДНК (dsDNA)

HSV-1 и HSV-2 относятся к классу I классификации Балтимора — вирусам с двуцепочечным ДНК-геномом. Их стратегия экспрессии самая «клеточная»: геном dsDNA транскрибируется ДНК-зависимой РНК-полимеразой (хозяйской и вирусной) в мРНК, которая сразу транслируется в белок — классическая схема «ДНК → мРНК → белок», без обратной транскрипции и РНК-интермедиатов. Геном HSV — ~152 kb dsDNA с характерной архитектурой: уникальные сегменты UL и US окружены терминальными и внутренними инвертированными повторами (TRL/IRL/IRS/TRS), а в нейронах ганглиев вирус уходит в пожизненную латентность. Для пайплайна это означает две вещи: dsDNA — стабильная мишень, которая не требует стадии обратной транскрипции и прямо читается нанопорой, включая нативное метилирование; а длинные риды ONT резолвят инвертированные репиты целиком, позволяя собирать геном одним контигом и точно картировать инделы в гомополимерных треках UL23.

📊 Доступность продукта

🎯 Маркеры: идентификация и резистентность

Ключевые гены

Генотип резистентности в отчёте

mNGS-дифференциальный ряд при подозрении на энцефалит

Одним прогоном пайплайн проверяет весь ряд причин острого энцефалита/менингита — критично, когда ПЦР на HSV отрицательна, а клиника остаётся:

• VZV — вторая по частоте причина вирусного энцефалита;
• Энтеровирусы — частая причина асептического менингита;
• HHV-6 — энцефалит у иммуносупрессированных и реактивация после трансплантации;
• Бактериальный менингит (N. meningitidis, S. pneumoniae, L. monocytogenes) — не пропустить при атипичной картине ликвора.

🧬 Технический козырь ONT: геном с повторами

Геном HSV — двунитяная ДНК ~152 kb со сложной архитектурой: уникальные сегменты UL и US окружены терминальными и внутренними инвертированными повторами (TRL/IRL/IRS/TRS, по 6–9 kb). Сборка короткими ридами (Illumina) ломается на репитах: повторы коллапсируют, контекст мутаций в TK и гомополимерных треках UL23 теряется, геном собирается фрагментами. Длинные риды Oxford Nanopore проходят повторы насквозь, давая целогеномную сборку одним контигом — это открывает:

• точное картирование делеций/вставок в UL23, включая гомополимерные треки (C₇–C₈, G-стретчи), где чаще всего рождается резистентность;
• целогеномную эпидемиологию штаммов HSV-1/HSV-2 — филогенетику нозокомиальных и неонатальных вспышек без ПЦР-амплификации отдельных локусов;
• детекцию смешанных популяций (латентный резервуар резистентных квазивидов) по доле ридов.

⚙️ Версии и ML-модели

Основной инструмент

Планируемые ML-модели

🛠 Техническая архитектура (Pipeline Stack)

Пайплайн управляется фреймворком Snakemake в изолированных Conda-окружениях.

🌍 Мировой контекст: почему это важно

• Каждый час — нейроны — герпетический энцефалит имеет годовую заболеваемость ~2–4 случая на миллион, но остаётся самой частой причиной смертельного спорадического энцефалита. Ранняя ПЦР-отрицательность (первые 24–72 ч) провоцирует отмену ацикловира — и гибель пациента; mNGS с накоплением данных по тактам секвенирования повышает чувствительность на ранних сроках.
• Неонатальный герпес — HSV-2 (и всё чаще HSV-1) при родах даёт диссеминированную инфекцию и энцефалит новорождённых: без лечения летальность до 60%, у выживших — тяжёлая неврологическая инвалидность. Скорость типирования определяет исход.
• Резистентность при иммуносупрессии — у реципиентов трансплантатов и пациентов с ВИЧ доля ацикловир-резистентных штаммов достигает 4–14%; фенотипический тест (культура, недели) клинически бесполезен, генотип по UL23/UL30 — единственный быстрый ответ, определяющий переход на токсичный фоскарнет.
• Эпидемиология — целогеномное секвенирование HSV выявило глобальную рекомбинацию и географическую кластеризацию штаммов; длинные риды впервые делают такой анализ рутинным, включая нозокомиальные и неонатальные вспышки.

🔬 Ссылки

• 📄 WHO — Herpes simplex virus (Fact sheet)
• 📄 StatPearls — Herpes Simplex Encephalitis (NCBI Bookshelf)
• 📄 ECDC — Herpes simplex virus