Мониторинг штаммов и антигенного сдвига вируса гриппа
Субтипирование, отслеживание реассортации сегментов и устойчивости к противовирусным препаратам
🧬 Описание пейплайна
Вирус гриппа (Influenza) характеризуется высокой частотой точечных мутаций (антигенный дрейф) и способностью обмениваться целыми сегментами генома при коинфекции — реассортацией, следствием которой становится антигенный сдвиг и появление новых пандемических штаммов. Поэтому недостаточно определить субтип — нужно понимать происхождение каждого из 8 сегментов.
Пайплайн выполняет полногеномный анализ вируса гриппа: субтипирование HA/NA, реконструкцию всех сегментов, детекцию реассортантов и профиль устойчивости к противовирусным препаратам. Для отслеживания происхождения сегментов используется локусное графовое выравнивание (OnSiteSeq-PanG): граф кодирует историю известных сегментов и наглядно показывает, из каких «исторических кусков» собран вирус пациента. Субтипирование и сборка сегментов выполняются зрелыми стандартными инструментами (IRMA, CDC).
- 📥 На входе: Сырые данные в формате
FASTQпосле High Accuracy basecalling (Dorado SUP, R10.4.1). Материал: мазок из носо-/ротоглотки, вирусная культура. Оптимально: WGS всех 8 сегментов (мультиплекс-ПЦР). - 📤 На выходе: HTML-отчёт с субтипом (H1N1pdm09, H3N2, Victoria/Yamagata), кладой Nextclade, информацией о реассортантных сегментах и профилем устойчивости.
📊 Доступность продукта
| Платформа | Статус доступности |
|---|---|
| OnSiteSeq Cockpit Edge | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Desktop | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Cloud | 🔴 Не доступно |
🎯 Ключевые маркеры и устойчивость
| Маркер | Значение | Класс препаратов |
|---|---|---|
| Гемагглютинин (HA) | Определение H-антигена (H1, H3, H5…). Основная мишень вакцин; сопоставление с вакцинными штаммами сезона | — |
| Нейраминидаза (NA) | Определение N-антигена (N1, N2). Мутации H275Y, E119V, R292K | Осельтамивир, Занамивир (ингибиторы нейраминидазы) |
| Полимераза (PA) | Мутации I38T/F/M | Балоксавир (ингибитор PA-эндонуклеазы) |
| Белок M2 | Мутация S31N (резистентны >99% H3N2 и pH1N1) | Амантадин, Римантадин — только справочно |
💉 Связь с вакцинологией и эпиднадзором
Данные субтипирования и антигенного анализа напрямую используются системой WHO GISRS (>150 национальных центров) при выборе состава сезонной вакцины. Локальный мониторинг циркулирующих штаммов — вклад в глобальную систему и раннее предупреждение о несовпадении вакцинного и эпидемического штаммов. Отдельный контур — мониторинг высокопатогенного птичьего гриппа (H5N1, H5N8): детекция реассортантов с сегментами птичьего происхождения у человека — сигнал эпидемиологической тревоги.
Для метагеномной дифференциальной диагностики гриппа с другими ОРВИ (RSV, риновирус, SARS-CoV-2) см. пейплайн OnSiteSeq ОРВИ.
⚙️ Версии и ML-модели
Основной инструмент
| Компонент | Статус |
|---|---|
| OnSiteSeq Flu-Track Pipeline | 🟡 В разработке |
Планируемые ML-модели
| Модель | Целевая задача |
|---|---|
| Flu-Subtyper | Субтипирование HA/NA из WGS (H1N1pdm09/H3N2, B Victoria/Yamagata) |
| Flu-Reassort-Detector | Детекция реассортантных сегментов (графовое выравнивание PanG) |
| Flu-Res-Detector | Предсказание устойчивости к осельтамивиру и балоксавиру |
🛠 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. Сборка и субтипирование | IRMA (Iterative Refinement Meta-Assembler, CDC) |
| 3. Выравнивание (Mapping) | minimap2 на сегментные референсы; OnSiteSeq-PanG для анализа происхождения сегментов |
| 4. Поиск мутаций (Variant Calling) | clair3, medaka |
| 5. Кладная классификация | Nextclade (клады Influenza A/B, оценка антигенного соответствия) |
| 6. Аннотация резистентности | Кастомная база мутаций NA/PA/M2 + snpEff |
| 7. ML-инференс | PyTorch, pandas, scikit-learn |
🌍 Глобальный контекст: почему это важно
- WHO GISRS — ежегодно определяет состав вакцин по данным о циркулирующих штаммах; геномный надзор — основа этой системы.
- H5N1 — расширение круга хозяев высокопатогенного птичьего гриппа (птицы → млекопитающие → единичные случаи у человека) делает мониторинг реассортантов приоритетом эпиднадзора.
- Устойчивость к осельтамивиру — мутация H275Y уже приводила к глобальному закреплению резистентного H1N1 (сезон 2008–2009); постоянный мониторинг обязателен.