London Calling 2026: мультиомное нанопоровое секвенирование

В мае 2026 года состоялась ежегодная конференция компании Oxford Nanopore — London Calling. Представители компании рассказали о новинках оборудования, ПО и химии для секвенирования ДНК и РНК, а также о долговременных инновациях — включая применение ИИ для дизайна белков и разработку секвенирования белков.

Секцию открыло выступление Лакмала Джаясингхе, директора по науке Oxford Nanopore. Он отметил, что нанопоровая технология позволяет с помощью единой платформы решать множество задач: от секвенирования генома и метилома можно перейти к изучению транскриптома, эпитранскриптома и даже протеома. С момента внедрения в 2014 году секвенатора MinION компания значительно расширила свое портфолио, выпустив новые секвенаторы, усовершенствовав используемые нанопоры и разработав новые биоинформатические алгоритмы. Благодаря этому нанопоровые секвенаторы не только сохраняют актуальность для фундаментальных исследований, но и находят применение в прикладной и клинической науке. Докладчик перечислил ряд фармацевтических компаний и крупных исследовательских центров, которые активно сотрудничают с Oxford Nanopore, назвав в том числе клинику Мэйо, NIH Card и многие другие. В R&D подразделении компании работают более 400 исследователей.

Вице-президент компании по секвенированию Грэм Холл рассказал о том, как компания стремится улучшать опыт пользователей: для основной линейки из четырех приборов используется всего две проточные ячейки, что облегчает выбор расходников. Производство ячеек стремятся автоматизировать, чтобы поддерживать качество на высоком уровне. Компания готова предоставлять клиентам подробные протоколы для каждого прибора.

Сиссел Джуул, вице-президент по практическому применению технологий, еще раз подчеркнула мультиомные возможности нанопоровой платформы. Она позволяет анализировать как ДНК, так и РНК, включая их модификации, при этом возможно делать как короткие, так и ультрадлинные прочтения. Благодаря этому можно картировать даже те участки генома или транскриптома, которые «пропускаются» для традиционными технологиями секвенирования. Нанопоровое секвенирование может выявлять широкое разнообразие клинически значимых изменений в геноме -- однонуклеотидные замены (SNV), инделы, структурные вариации (SV) и др., а также выполнять фазирование вариантов.

Далее Грэм Холл рассказал о новых возможностях приборов Oxford Nanopore. Так, для случаев, когда при секвенировании исследователя интересует конкретный участок цепи ДНК/РНК в образце, разработан подход адаптивного сэмплирования (adaptive sampling). Если подгрузить в ПО прибора файлы референсного генома/транскриптома и координат интересующих регионов, то при секвенировании цепочки нуклеиновой кислоты в реальном времени будет происходить base calling и выравнивание прочтений. Таким образом, прибор сможет определять, есть ли в цепочке, которая сейчас считывается, интересующий участок, и отвергать ее, если его там нет. Благодаря этому даже без ПЦР можно сразу сосредоточить внимание только на необходимых вам последовательностях, не тратя время на другие. В апреле 2026 года технологию адаптированного сэмплирования усовершенствовали, добавив возможность коррекции шума в реальном времени. Оказалось, что если интересующей мишени мало, то качество данных снижается из-за шума. Благодаря коррекции в реальном времени на выходе пользователь получает уже «чистые» данные, что облегчит детекцию редких вариантов.

Oxford Nanopore также выпустила ряд цифровых панелей для таргетного секвенирования только интересующих генов. В частности, уже доступны панели для метиломного профилирования (для 7 млн CpG, что охватывает 90% промоторных участков в геноме), для фармакогенетики (375 генов) и для диагностирования наследственных форм рака (SNV, SV в 258 генах, в том числе учитываются варианты метилирования). Компания также планирует выпуск расширенной мультиомной панели для диагностики опухолей, которая будет включать мутации в 723 генах и профили метилирования.

При совмещении цифровых панелей с адаптивным сэмплированием можно не только ускорить процесс секвенирования, но и повысить покрытие, что улучшит чувствительность детекции даже редких вариантов. В качестве примера докладчик привел панель для гематологических заболеваний, которая включает 144 мишеней. В рамках тестирования панели ДНК выделяли из крови и костного мозга. Для 95% мишеней удалось достигнуть глубины секвенирования выше 100х за 24 часа, а поиск de novo SNV в опухоли можно было осуществить даже при частотности аллели всего 10–20%. Подобные цифровые панели можно разработать для любых интересующих мишеней.

По сравнению с традиционным бисульфитным секвенированием нанопоровое секвенирование предоставляет большее покрытие CpG-островков. Благодаря большой длине прочтений также повышается и точность картирования метилома.

От редких заболеваний страдают 300–400 млн человек в мире, и около 80% их имеют генетическую природу. Значительную роль в развитии этих заболеваний играют эпигенетические факторы, которые можно исследовать с помощью нанопорового секвенирования. Например, оно помогло расшифровать необычный клинический случай: отец был здоров, а у его детей развился синдром Прадера—Вилли. Анализ геномов не давал ответа на вопрос, почему у отца нет этого заболевания, ведь в одном из гаплотипов у него и его детей присутствовала одна и та же делеция. Но при дополнительном анализе эпигенома становится ясно, что у отца делеция находится в метилированном гаплотипе, а у детей — нет. Делеция в этом случае затронула участок генома, ответственный за регуляцию импринтинга, что привело к развитию болезни. Только мультиомный подход мог решить эту загадку.

Нанопоровое секвенирование — единственная технология, которая позволяет секвенировать РНК напрямую. С 26 мая клиенты могут заказать наборы для мультиплексного секвенирования РНК, которые дают возможность секвенировать несколько образцов на одной ячейке и детектировать эпитранскриптомные изменения. Компания также обновила протоколы секвенирования транскриптома с этапом кДНК: теперь можно секвенировать полные транскрипты, так как длина прочтений увеличена в два раза. Такой подход улучшает анализ транскриптов изоформ. При этом полученные результаты секвенирования высоко коррелируют с прямым секвенированием РНК.

Oxford Nanopore представила платформу для анализа данных EPI2ME, дружественную к пользователям с любым уровнем экспертизы. На платформе можно провести анализ данных с помощью 20 уже подготовленных протоколов, причем компания предоставляет вычислительные мощности в «облаке». На выходе программа выдает понятные отчеты.

Помимо этого, компания ведет разработку специализированных биоинформатических инструментов для анализа сложных, но медицински релевантных генов (challenging medically relevant genes). К их числу относятся Mahimahi — тул для анализа клинически релевантных тандемных повторов, Sillago для анализа копийности и вариантов в генах, у которых есть очень похожие паралоги, а также Chinook — для генотипирования SNV и SV в гене CYP2D6 цитохрома Р450IID6, играющего важную роль в метаболизме лекарств.

Для биофармацевтических компаний Oxford Nanopore предлагает ряд алгоритмов, позволяющие максимально оптимизировать рутинные тесты контроля качества, которые часто отдаются на аутсорс. В частности, такие алгоритмы разработаны для разработки мРНК-вакцин и для анализа аденоассоциированных вирусов (ААВ), причем их применение может повысить безопасность разрабатываемых продуктов. Наконец, обновлена линейка приборов Q-Line — решений для работы в строго курируемых лабораторных условиях, в том числе в клинике (об этом представители компании рассказывали на JP Morgan Healthcare 2026).

Следующим слово взял Майк Велла, вице-президент по машинному обучению. Он отметил, что Oxford Nanopore активно использует алгоритмы машинного обучения в разных сферах — от дизайна белков до автоматизации производства. Кроме того, машинное обучение все больше внедряется в сами алгоритмы анализа данных, позволяя устранять нежелательные технические шумы.

Oxford Nanopore выпустила новую модель для base calling — HAC v6.0. Эта модель лучше работает с короткими тандемными повторами и модифицированными основаниями по сравнению с предыдущими версиями. Обычно для увеличения точности модели требуется ее расширить, что, в свою очередь, замедляет время вычислений. Однако в этом случае разработчикам не нужно было идти на компромисс, так как они создали собственные слои для нейросетей, которые оптимизированы для нанопорового секвенирования.

Другая модель, Dorado SmallVar, предназначена для variant calling и позволяет выявить варианты в полногеномной сборке всего за 13 минут. Получить доступ к этим моделям можно с помощью инструмента Dorado v2.0.0 на GitHub.

Далее Лакмал Джаясингхе рассказал о запланированных в долговременной перспективе инновациях. Во-первых, в компании активны программы R&D по разработке новых чипов для проточных ячеек: с одной стороны, разрабатываются сенсорные чипы для небольших форматов, с другой — чипы для работы сразу с сотнями тысяч каналов.

Во-вторых, уже внедряется возможность мультиомного анализа на одной и той же проточной ячейке. Докладчик привел еще один пример из клинической практики: в ходе диагностике синдрома Ли-Фраумени, где при анализе генома выявили крупную SV в районе гена TP53, а при анализе транскриптома нашли крупный слитый транскрипт — оба типа данных были получены с одной и той же проточной ячейки.

Следующий доклад представил Марк Брюс, вице-президент по исследованию методов секвенирования. Он рассказал о том, как с помощью машинного обучения происходит дизайн нанопоры и моторного белка.

В компании используется несколько ИИ-моделей для создания и анализа таких предсказанных белков: в частности, оценивается их способность складываться в полностью функциональные молекулы. Благодаря этому разрабатывается больше белков-кандидатов для улучшения платформы. Дальнейший высокопроизводительный скрининг отобранных кандидатных белков выполняет автоматизированная система. Затем кандидатные белки тестируются непосредственно в проточных ячейках.

Сейчас в компании уже рассматривается новая нанопора, при использовании которой снижается шум в данных. С этой нанопорой точнее выявляются SNV, причем для этого требуется более низкое покрытие. Новые моторные белки повышают скорость транслокации цепочки нуклеиновой кислоты через пору до 600 оснований в секунду, что позволяет сократить время секвенирования.

Предполагается, что для секвенирования РНК будут использоваться специальные моторные белки, результативность которых будет сопоставимой с моторными белками для ДНК.

Чтобы максимизировать эффективность новых белков, совершенствуются и все остальные компоненты проточной ячейки: минимизируется блокирование нанопоры, улучшается стабильность адаптеров и плотность мембраны. Сейчас лучшие системы в разработке могут успешно работать даже с низким объемом образца — до 10 пг на ячейку.

Завершила секцию Джейн Уоллес, вице-президент по исследованию нанопор и секвенированию белка — «функционального слоя биологии». Именно белки отвечают за фенотип и белки являются прямыми мишенями лекарств.

В отличие от традиционных непрямых методов анализа белка, нанопоровое секвенирование считывает аминокислотную последовательность напрямую. Для разработки такой платформы понадобятся особые нанопоры и моторные белки. При этом возможны два подхода к секвенированию, в которых отличается анализируемый материал — это либо полноразмерные белки, либо пептиды, которые соединяются со вспомогательными цепочками ДНК. Докладчица подчеркнула, что нанопоровое секвенирование пептидов позволяет детектировать посттрансляционные модификации: сигнал фосфорилированных аминокислотных остатков четко отличается от немодифицированных.

Для анализа полученных данных ведется разработка моделей: в частности, создаются библиотеки для тренировки таких моделей, где каждому анализируемому пептиду предшествует соответствующий лейбл. Сейчас эти модели в основном предсказывают саму идентичность пептида, но долговременная цель компании — разработать программы для amino calling, которые смогут считывать напрямую аминокислотную последовательность. Находящийся в разработке алгоритм уже позволяет получить аминокислотные последовательности для трети белков протеома кишечной палочки.