Нанопоровое секвенирование можно использовать для анализа лекарственной чувствительности туберкулезной микобактерии

Точная диагностика и надлежащее лечение являются ключом к прогрессу в борьбе с туберкулезом. Для решения обеих задач применяют полногеномное секвенирование (whole-genome sequencing, WGS). Некоторые системы здравоохранения в настоящее время полагаются на WGS для тестирования лекарственной чувствительности и внедрения индивидуальных терапевтических схем. Также данные WGS помогают в эпиднадзоре и борьбе со вспышками.

Наиболее часто в лабораториях общественного здравоохранения используют платформы Illumina — они служат эталоном качества данных WGS для изучения Mycobacterium tuberculosis. Точность такого секвенирования чрезвычайно высока, что делает эту технологию привлекательной для прогнозирования генотипической резистентности и эпиднадзора. Однако технология Illumina требует больших капиталовложений и объемов исследований, чтобы можно было обеспечить клинически приемлемое время выполнения работ, сохраняя при этом рентабельность. Oxford Nanopore Technologies (ONT) предлагает портативную платформу MinION, которая позволяет быстро секвенировать геномы отдельных изолятов, но частота ошибок при этом выше, чем у Illumina.Точность Oxford Nanopore при тестировании лекарственной чувствительности оценивалась в нескольких исследованиях, однако возможность использования этой технологии для анализа кластеризации изолятов в контексте расследования вспышек туберкулеза оставалось плохо изученным.

Международная команда исследователей напрямую сравнила производительность нанопорового секвенирования и Illumina и оценила, подходит ли нанопоровая технология для использования в общественном здравоохранении.

Они проанализировали 151 изолят М. tuberculosis. Образцы были собраны в Англии, Южной Африке и Мадагаскаре в период с 2011 по 2018 годы. Секвенирование Illumina выполнялось на платформах MiSeq, HiSeq 2500 или NextSeq500, а нанопоровое — на приборах MinION или GridION. При обработке данных нанопорового секвенирования ученые оптимизировали алгоритм фильтрации вариантов для обнаружения кластер-специфических однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) с использованием ПО BCFtools и сравнили получившийся алгоритм с программой COMPASS, которая применяется для анализа данных Illumina. Они также оценили прогнозы лекарственной чувствительности обеих технологий, взяв за основу сервис Mykrobe.

Алгоритм BCFtools идентифицировал SNP с медианной точностью 99,3% и полнотой 90,2% по сравнению с точностью 99,6% и полнотой 91,9% для COMPASS. Технология Illumina идентифицировала 98 изолятов как неродственные и 53 — как принадлежащие к 19 различным кластерам. Для выделения кластеров использовался порог в 12 SNP. Технология Oxford Nanopore идеально воспроизвела 15 кластеров из 19. Из оставшихся четырех два кластера были объединены в один, в одном отсутствовал один образец, к еще одному присоединился дополнительный образец.

При использовании порога в 5 SNP кластеры, выделенные Illumina, близко воспроизводились в данных нанопорового секвенирования. Точность кластеризации поддерживалась при использовании смешанных наборов данных, полученных с помощью обеих технологий. Варианты резистентности, определенные при генотипировании с помощью нанопорового секвенирования, в высокой степени совпадали с таковыми для Illumina. Результаты анализа более чем 3 000 SNP совпадали. Расхождения наблюдались для лишь четырех вставок или делеции при общем количестве инделов, равном 60 000.

Таким образом, ученые показали сопоставимую производительность технологий Oxford Nanopore и Illumina и программ для обработки данных. Лаборатории, проводящие тестирование лекарственной чувствительности М. tuberculosis и расшифровку вспышек, могут использовать обе платформы в комбинации или независимо. Учреждения общественного здравоохранения при выборе метода секвенирования для лечения туберкулеза могут основываться на стоимости, объеме исследований и времени обработки результатов.