Диагностика талассемий и наследственных гемоглобинопатий

Делеции кластера HBA, мутации HBB и их фазирование — один длиннопрочтный тест вместо связки gap-PCR + MLPA + Sanger

🧬 Описание пейплайна

Талассемии — наследственные нарушения синтеза глобиновых цепей гемоглобина: α-талассемия (кластер генов HBA1/HBA2 на 16-й хромосоме) и β-талассемия (ген HBB на 11-й). Тяжёлые формы — Hb H-болезнь, гидропс плода Hb Bart’s (состояние –/– по α-генам) и β-талассемия major с пожизненной трансфузионной зависимостью и перегрузкой железом — формируют одно из самых значимых бремен наследственных болезней в мире.

Диагностика талассемий исторически фрагментирована: α-делеции ловят gap-PCR, делеции и дупликации — MLPA, точечные мутации HBB — секвенированием по Сэнгеру. Причина в самой генетике локуса: при α-талассемии преобладают крупные делеции (–SEA, -α3.7, -α4.2, –MED, –THAI и др.), а кластер HBA содержит высокогомологичные дубликаты и псевдогены, поэтому короткие прочтения NGS принципиально не разрешают этот регион. При β-талассемии основу составляют точечные мутации HBB — в Китае чаще всего CD41-42 (-TTCT), IVS-II-654 (C>T), CD17 (A>T), -28 (A>G) и CD71-72.

Длинные прочтения Oxford Nanopore решают задачу за один тест — LR-PCR-ампликоны по локусам HBA/HBB или таргетное обогащение / adaptive sampling позволяют: (1) прямо выявлять крупные делеции и определять их точные точки разрыва, (2) разрешать гомологию HBA1/HBA2, (3) фазировать мутации (cis/trans), (4) одновременно находить точечные варианты HBB. Опубликованные исследования показывают полное согласие ONT-подхода с комбинацией gap-PCR/MLPA/Sanger — при замене 3–4 отдельных тестов одним.

Наш пайплайн выдаёт единый геномный паспорт: α-делеции и неделеционные варианты, мутации HBB, гаплотиповое фазирование и готовую интерпретацию для генетического консультирования.

📥 На входе: Сырые данные в формате FASTQ после High Accuracy basecalling (Dorado SUP, химия R10.4.1). Материал: геномная ДНК из крови (в т.ч. из ворсин хориона / амниоцентеза для пренатальной диагностики). Оптимально: длиннопрочные ампликоны (LR-PCR) локусов HBA и HBB или таргетное обогащение / adaptive sampling.
📤 На выходе: HTML-отчёт для врача — генотип по α- и β-локусам (делеции, точечные варианты, фазирование), интерпретация носительства и рисков для пары, заключение для пренатальной / преимплантационной (PGT-M) диагностики.

📊 Доступность продукта

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

🎯 Детектируемые варианты и клинические маркеры

α-талассемия: делеции и неделеционные варианты кластера HBA

Вариант	Тип	Значение
–SEA	α⁰-делеция	Самая частая α⁰-делеция в Юго-Восточной Азии и Южном Китае; носительство у обоих партнёров — риск гидропса плода Hb Bart’s
-α3.7	α⁺-делеция	Самая частая α-делеция в мире; комбинация -α3.7/– — Hb H-болезнь
-α4.2	α⁺-делеция	Частая α⁺-делеция; клинически значима в сочетании с α⁰-делециями
–MED, –THAI и др.	α⁰-делеции	Региональные варианты; точные точки разрыва определяются прямым чтением длинных прочтений
Hb Constant Spring (HBA2:c.427T>C)	Неделеционный	Удлинённый нестабильный α-глобин; частый компонент неделеционной Hb H-болезни
Hb Quong Sze и др.	Неделеционные	Редкие неделеционные варианты, не детектируемые gap-PCR

β-талассемия и гемоглобинопатии (ген HBB)

Вариант	Тип	Значение
CD41-42 (-TTCT)	β⁰	Самая частая мутация β-талассемии в Китае
IVS-II-654 (C>T)	β⁺	Вторая по частоте в Китае; нарушение сплайсинга
CD17 (A>T)	β⁰	Частая нонсенс-мутация в Южном Китае
-28 (A>G)	β⁺	Промоторная мутация, мягкий фенотип
CD71-72 (+A)	β⁰	Частый вариант в Юго-Восточной Азии
Hb E (HBB:c.79G>A)	Структурный вариант + β⁺	Очень частая мутация в Юго-Восточной Азии; комбинация Hb E/β-талассемия — тяжёлое заболевание
Делеции HPFH / δβ-талассемии	Крупные делеции	Наследственное персистирование фетального гемоглобина; компенсируют тяжесть β-талассемии, важны для прогноза

Фазирование (cis/trans)

Маркер	Значение
Гаплотиповое фазирование α/β-локусов	Длинные прочтения определяют положение мутаций на одной или разных хромосомах — критично для прогноза (например, cis- vs trans-положение двух α⁺-дефектов)

⚙️ Версии и ML-модели

Основной инструмент

Компонент	Статус
OnSiteSeq Thalassemia Pipeline	🟡 В разработке

Планируемые ML-модели

Модель	Целевая задача
THAL-SV-Caller	Классификация делеций/дупликаций кластера HBA по профилю покрытия и split-reads
THAL-Interpreter	Интерпретация генотипа α+β: носительство, тяжесть фенотипа, риск для пары

🛠 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` (гомологичный кластер HBA/HBB, специализированные референсы локусов)
3. Поиск мутаций (SNV/Indel)	`clair3`, `medaka` — точечные варианты и мелкие инделы HBB, неделеционные α-варианты
4. Анализ CNV/SV (делеции)	Специализированный модуль: профиль покрытия + split-reads; `Sniffles2`, `cuteSV` — точные точки разрыва делеций
5. Фазирование	`WhatsHap` — cis/trans-конфигурация вариантов по длинным прочтениям
6. ML-инференс	`PyTorch`, `pandas`, `scikit-learn`

🌍 Глобальный контекст: почему это важно

ВОЗ — гемоглобинопатии (талассемии и серповидноклеточная анемия) отнесены к растущему глобальному бремени наследственных болезней: сотни тысяч детей рождаются ежегодно с тяжёлыми формами, и миграция носителей расширяет зону спроса на диагностику за пределы традиционных регионов.
Пояс носительства — Средиземноморье, Ближний Восток, Южная и Юго-Восточная Азия. В Южном Китае (Гуанси, Гуандун, Юньнань, Хайнань) носительство местами достигает ~10–20% — талассемии являются одной из главных наследственных болезней региона.
Программы превенции — Кипр и Сардиния почти элиминировали рождение детей с тяжёлыми формами через массовый скрининг пар и пренатальную диагностику; в Китае действуют государственные программы скрининга пар до беременности, а опыт Гуанси считается образцовым.
Диагностический разрыв — рутинная диагностика требует связки gap-PCR + MLPA + Sanger (несколько разных тестов на пациента); единый длиннопрочный тест сокращает стоимость, время и риск пропустить редкий вариант, особенно при пренатальной диагностике и PGT-M.
Дифференциальная диагностика — микроцитарная анемия при носительстве талассемии часто маскируется под железодефицит; молекулярное подтверждение предотвращает ошибочную терапию железом.