🧬 Описание пейплайна
SARS-CoV-2 — РНК-вирус семейства Coronaviridae, возбудитель COVID-19. С 2020 года вирус непрерывно эволюционирует: сменившие друг друга варианты (Alpha → Delta → Omicron и его подварианты) демонстрируют нарастающий иммунный уход и изменённую чувствительность к противовирусным препаратам. Одновременно зафиксирована клинически значимая резистентность к нирматрелвиру (Paxlovid) — мутации в гене nsp5 (3CL-протеаза).
Наш пайплайн выполняет полногеномное секвенирование по протоколу ARTIC (ампликонное, нанопоровое) и автоматически выдаёт клинициту: геномный вариант/линию, профиль мутаций в спайк-белке и оценку чувствительности к четырём противовирусным препаратам.
- 📥 На входе: Сырые данные в формате
FASTQ после basecalling (Dorado, химия R10.4.1). Ампликонное секвенирование по схемам праймеров ARTIC V4.1 / V5.3.
- 📤 На выходе: HTML-отчёт для клинициста (вариант, мутации S-белка, профиль устойчивости к препаратам) и QC-отчёт для биоинформатика.
🧭 Класс по Балтимору: IV — (+)ssRNA
Класс IV — вирусы с одноцепочечной РНК положительной полярности: их геном сам является мРНК и сразу после проникновения в клетку транслируется рибосомами в полибелок репликазы. У SARS-CoV-2 это один из крупнейших известных РНК-геномов (~30 т.п.н.): из репликазного комплекса собирается РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp, nsp12), которая синтезирует новые геномные РНК и набор субгеномных РНК — именно с них транслируются структурные белки (S, M, N, E). Уникальная черта коронавирусов — корректирующая 3’→5’-экзонуклеаза nsp14 (ExoN): она исправляет ошибки RdRp, поэтому коронавирусы мутируют медленнее других РНК-вирусов (хотя и быстрее ДНК-вирусов). Вся клиническая геномика COVID-19 работает с продуктами этой стратегии: мутации вариантов накапливаются в субгеномно кодируемом S-белке, а мишени резистентности — nsp5 (протеаза) и nsp12 (RdRp) — ферменты того самого репликазного комплекса, которые и аннотирует наш пайплайн.
| Класс |
Геном |
Стратегия репликации |
Примеры |
| I |
dsDNA |
ДНК → мРНК (как у клетки) |
Герпесвирусы, аденовирусы, оспа, АЧС |
| II |
ssDNA (+) |
Через промежуточную dsDNA |
Парвовирусы |
| III |
dsRNA |
РдРП транскрибирует с dsRNA |
Ротавирусы |
| IV |
(+)ssRNA |
Геном = мРНК, сразу трансляция |
SARS-CoV-2, гепатит C |
| V |
(−)ssRNA |
Сначала синтез (+)цепи (РдРП) |
Грипп, SFTS, бешенство |
| VI |
(+)ssRNA-RT |
Обратная транскриптаза: РНК → ДНК |
ВИЧ, ретровирусы |
| VII |
dsDNA-RT |
Реверт-транскрипция через РНК-интермедиат |
Гепатит B |
📊 Доступность продукта
| Платформа |
Статус доступности |
| OnSiteSeq Cockpit Edge |
🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Desktop |
🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Cloud |
🔴 Не доступно |
🎯 Ключевые мутации и гены
Определение варианта — ген S (Spike)
Пайплайн анализирует S-ген полностью и ключевые мутации, определяющие вариант и иммунный уход:
| Мутация |
Значение |
| D614G |
Базовая мутация всех современных вариантов (повышенная трансмиссивность) |
| N501Y |
Alpha, Beta, Gamma, Omicron — повышенное сродство к ACE2 |
| E484K/A |
Beta, Gamma, ряд Omicron — иммунный уход от нейтрализующих антител |
| L452R |
Delta — повышенная трансмиссивность и уход от нейтрализующих антител |
| P681H/R |
Alpha/Delta — эффективное расщепление фурином |
| K417N/T |
Beta, Gamma, Omicron BA.1 — иммунный уход |
| F486P/V/S |
Подварианты Omicron XBB, JN.1 — нейтрализационный уход |
ВОЗ классифицирует варианты по степени риска: VOC (Variant of Concern — подтверждённое влияние на трансмиссивность/тяжесть/иммунный уход), VOI (Variant of Interest — потенциальный риск) и VUM (Variant Under Monitoring — наблюдение). Пайплайн присваивает линию Pango и автоматически сопоставляет её с актуальной категорией ВОЗ.
Устойчивость к противовирусным препаратам
| Ген |
Мутации |
Препарат |
| nsp5 (3CLpro) |
E166V, L50F, A173V (комбинация L50F+E166V — наиболее сильная) |
Нирматрелвир (Paxlovid) |
| nsp12 (RdRp) |
V792I, S759A, E802D (in vitro и у иммунокомпрометированных пациентов) |
Ремдесивир |
| — |
Клинически значимых маркеров не установлено |
Молнупиравир / Фавипиравир |
Профиль противовирусных препаратов в отчёте
| Препарат |
Механизм |
Значение в РФ |
| Нирматрелвир/Ритонавир |
3CL-протеаза ингибитор |
Наиболее эффективный при раннем назначении |
| Ремдесивир |
RdRp ингибитор |
Госпитальный стандарт тяжёлого COVID |
| Молнупиравир |
RdRp мутаген |
Альтернатива при противопоказаниях к Paxlovid |
| Фавипиравир |
RdRp ингибитор |
Широко используется в России |
⚠️ Ограничения и границы применимости
- Низкая вирусная нагрузка — при Ct > 30–33 ампликонная схема даёт неполный геном; линия Pango может не определиться. В отчёте указывается процент покрытия генома.
- Порог классификации — для надёжного определения линии требуется покрытие ≥ 80 % генома (стандарт QC Nextclade).
- Резистентность ≠ клиническая неудача — носительство маркера устойчивости интерпретируется с учётом иммунного статуса пациента и предыдущей терапии.
- Быстрое устаревание баз — классификация вариантов и база мутаций резистентности требуют регулярного обновления (Pango-линейки пересматриваются еженедельно).
⚙️ Версии и ML-модели
Основной инструмент
| Компонент |
Статус |
| OnSiteSeq SARS-CoV-2 Pipeline |
🟡 В разработке |
Планируемые ML-модели
| Модель |
Целевая задача |
| CoV2-Variant-Classifier |
Классификация варианта/линии Pango по WGS (аналог Nextclade, офлайн) |
| CoV2-Res-Detector |
Предсказание устойчивости к противовирусным препаратам |
Классификация вариантов будет выполняться локально — без передачи данных во внешние сервисы (Nextstrain, GISAID), что критично при работе с деидентифицированными геномными данными пациентов.
🛠 Под капотом: Зависимости и Окружение (Pipeline Stack)
| Этап пайплайна |
Ключевые библиотеки и инструменты |
| 1. Тримминг праймеров (QC) |
porechop_abi, NanoFilt, trim_galore (ARTIC праймеры V4.1/V5.3) |
| 2. Выравнивание (Mapping) |
minimap2 2.26, samtools >=1.17 (Референс: NC_045512.2 / MN908947.3) |
| 3. Сборка консенсуса |
medaka, bcftools, htslib |
| 4. Определение варианта/линии |
nextclade, pangolin (локальный запуск, обновляемые базы) |
| 5. Аннотация резистентности |
Кастомная база мутаций nsp5/nsp12/S + snpEff |
| 6. ML-инференс |
PyTorch, pandas, scikit-learn |
🌍 Глобальный контекст
- ВОЗ — геномный эпидемиологический надзор за SARS-CoV-2 признан обязательным элементом готовности к пандемиям.
- Китай — первый геном вируса был опубликован китайскими учёными в январе 2020 года (Шанхай, Fudan University) и сделал возможной разработку первых ПЦР-тестов и вакцин. В период политики «нулевой терпимости» массовое тестирование и геномный надзор стали в Китае инструментом государственного масштаба — опыт, показавший всему миру ценность быстрой геномной диагностики.
- Нирматрелвир-резистентность — мутация E166V зафиксирована в клинических случаях; в условиях массового применения Paxlovid мониторинг резистентности становится критическим.
- Россия — Фавипиравир используется широко; отечественный геномный надзор (GISAID-совместимые данные из РФ) требует локальной инфраструктуры анализа.
- Преимущество нанопора — полный геном SARS-CoV-2 (~30 кб) секвенируется за 4–6 часов от образца до результата, что позволяет принять клиническое решение в тот же день.
🔬 Связанные источники
© 2026 Роман Горбенко, МФТИ-стартап "OnSiteSeq - Секвенирование на месте (у кровати / у стола / в поле)"
