Генотипирование вируса папилломы человека и молекулярный триаж рака шейки матки
Наш первый онкологический пайплайн — от главной причины (ВПЧ) к ключевому элементу профилактики: скринингу «у кровати пациента»
🧬 Почему ВПЧ — это вход в онкологию
Вирус папилломы человека (ВПЧ, HPV) — необходимая причина практически 100 % случаев рака шейки матки, а также значимой доли рака ануса, ротоглотки, вульвы, влагалища и полового члена. Это редкий случай в онкологии, когда рак имеет один установленный инфекционный драйвер — а значит, его можно предотвратить, обнаружив вирус и оценив риск задолго до появления опухоли.
ВОЗ поставила задачу элиминации рака шейки матки и сформулировала стратегию 90–70–90:
- 90 % девочек вакцинированы против ВПЧ к 15 годам;
- 70 % женщин проходят скрининг высокоточным ВПЧ-тестом (к 35 и 45 годам);
- 90 % женщин с выявленной патологией получают лечение.
Второй столб — «высокоточный ВПЧ-тест» — это ниша, где секвенирование даёт то, чего не может дать классический qPCR-скрининг. Здесь OnSiteSeq выбивает дверь в онкологию.
- 📥 На входе: Сырые данные в формате
FASTQпосле High Accuracy basecalling (Dorado SUP, химия R10.4.1). Материал: цервикальный мазок или образец самозабора (влагалищный мазок). - 📤 На выходе: HTML-отчёт для врача — генотип(ы) ВПЧ, статус интеграции, метилирование-триаж с категорией риска (низкий / умеренный / высокий риск CIN2+); QC-отчёт для биоинформатика.
🎯 Что определяет пайплайн: три уровня анализа
В отличие от qPCR-панелей, которые дают лишь «да/нет» по нескольким генотипам, нанопоровое секвенирование в одном прогоне решает три задачи разного клинического веса.
| Уровень | Задача | Клиническое значение |
|---|---|---|
| 1. Генотипирование | Все 14 генотипов высокого риска (16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59, 66, 68), ко-инфекции и редкие типы в одном тесте | ВПЧ-16/18 дают ~70 % рака шейки матки |
| 2. Статус интеграции | Обнаружение встраивания генома ВПЧ в геном хозяина по химерным ридам «вирус–человек» | Интеграция с разрывом гена E2 → гиперэкспрессия онкогенов E6/E7 — драйвер канцерогенеза |
| 3. Метилирование (триаж) | Прямое чтение метилирования нативной ДНК: хозяйские гены CADM1, MAL, FAM19A4/miR124-2 и вирусные L1/L2 | Молекулярный триаж: отделить транзиторную инфекцию от предрака (CIN2+) без кольпоскопии |
Ключевое преимущество нанопоры: длинные риды перекрывают точку вставки «вирус–хозяин» целиком, а нативное чтение ДНК позволяет вызывать метилирование без бисульфитной конверсии и без отдельного теста. Illumina и qPCR этого в одном прогоне не дают.
Это не просто «положительный/отрицательный» тест, а стратификация риска: тот самый переход «от главной причины к ключевому элементу профилактики».
💉 ВПЧ и вакцины: почему скрининг остаётся обязательным
| Вакцина | Генотипы | Доля РШМ, которую они покрывают |
|---|---|---|
| Бивалентная (Церварикс) | 16, 18 | ~70 % |
| Четырёхвалентная (Гардасил) | 6, 11, 16, 18 | ~70 % + кондиломы |
| Девятивалентная (Гардасил-9) | 6, 11, 16, 18, 31, 33, 45, 52, 58 | ~90 % |
- Вакцинация не отменяет скрининг — невакцинные онкогенные типы (35, 39, 51, 56, 59, 66, 68) продолжают циркулировать.
- Секвенирование контролирует сдвиг типов — в вакцинированных популяциях меняется распределение генотипов (type replacement), и только полнотиповый тест отслеживает эту динамику.
- Ко-инфекции — qPCR-панели часто пропускают множественные инфекции; нанопоровое чтение видит весь спектр типов в образце одновременно.
📊 Доступность продукта
| Платформа | Статус доступности |
|---|---|
| OnSiteSeq Cockpit Edge | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Desktop | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Cloud | 🔴 Не доступно |
⚙️ Версии и ML-модели
Основной инструмент
| Компонент | Статус |
|---|---|
| OnSiteSeq HPV Pipeline | 🟡 В разработке |
Планируемые ML-модели
| Модель | Целевая задача |
|---|---|
| HPV-Genotyper | Классификация генотипа ВПЧ по L1 (архитектура — аналог HIV-1-M-Env-Rus: CNN + Self-Attention) |
| HPV-Integration-Caller | Детекция и локализация сайтов интеграции по химерным ридам |
| HPV-Methyl-Triage | Скоринг риска CIN2+ по паттернам метилирования хозяина и вируса |
Обучение планируется на открытых базах PaVE (Papillomavirus Episteme, NCBI), TCGA-CESC (метилирование и интеграция) с валидацией на российских клинических образцах.
🛠 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 (референсы PaVE: HPV16 NC_001526 и др. + GRCh38 для интеграции) |
| 3. Генотипирование / консенсус | medaka, samtools, кастомная база L1 генотипов |
| 4. Детекция интеграции | Поиск split/chimeric ридов «вирус–хозяин» (pysam, кастомный caller) |
| 5. Метилирование | Dorado (модификации 5mC/5hmC), modkit |
| 6. ML-инференс | PyTorch, BioPython, pandas, scikit-learn |
🌍 Почему это важно: скрининг там, где его сейчас нет
- GLOBOCAN 2020 — около 604 000 новых случаев и 342 000 смертей от рака шейки матки в мире ежегодно; это 4-е место среди онкозаболеваний у женщин. При этом РШМ — один из немногих полностью предотвратимых видов рака.
- Россия — тысячи новых случаев ежегодно; заболеваемость растёт в возрастных группах моложе 45 лет, где охват скринингом минимален.
Главный барьер стратегии 90–70–90 — охват (столб «70 %»). Централизованные qPCR-лаборатории недоступны в удалённых регионах, а женщины не всегда доходят до кольпоскопии.
Здесь работает архитектура OnSiteSeq Edge:
- Самозабор материала (self-sampling) + анализ на месте — ВОЗ рекомендует самозабор для повышения охвата скрининга;
- Регионы Крайнего Севера и выездные бригады — результат в тот же день, без холодовой цепи до центральной лаборатории;
- Суверенность данных — геномные данные пациентки не покидают периметр медучреждения.
🔬 Связанные OnSiteSeq-исследования
Ключевые источники и базы данных:
- 📄 ВОЗ, 2020 — Глобальная стратегия элиминации рака шейки матки (90–70–90)
- 📄 ВОЗ, 2021 — Гайдлайн по скринингу и лечению предраковых поражений шейки матки — ВПЧ-ДНК-тестирование рекомендовано как первичный метод скрининга (вместо цитологии/Пап-теста)
- 📄 IARC Monographs, Vol. 100B — ВПЧ высокого риска отнесён к канцерогенам группы 1
- 📄 PaVE — Papillomavirus Episteme (NIAID/NCBI)
- 📄 ВОЗ: Cervical cancer elimination initiative
- 📄 TCGA-CESC — Cervical Squamous Cell Carcinoma (GDC)