Геномный надзор за патогенами (сервис)

01Обзор и цепочка создания стоимости

Маркеры: [EC: IHR (2005) + рамки биобезопасности ЕС HERA | OECD: Biotech-health | Regulator: FDA (США), EMA (ЕС), NMPA (Китай)]

Геномный надзор за патогенами секвенирует геномы патогенов в масштабе для отслеживания вирусной и бактериальной эволюции, обнаружения возникающих вариантов и картирования цепочек передачи, обеспечивая решения здравоохранения быстрее, чем только отчётность по числу случаев. Платформа Concentric компании Ginkgo Bioworks обслуживает Программу геномного надзора на основе путешественников CDC, секвенируя объединённые образцы назальных мазков и сточных вод от международных путешественников, и расширилась на новые аэропорты США, включая Майами и Чикаго, при этом партнёрствуя с Illumina для глобального развёртывания технологий бионадзора, включая партнёрство с правительством Руанды. Портативные секвенаторы MinION компании Oxford Nanopore Technologies обеспечивают полевое секвенирование в реальном времени во время вспышек — опубликованный рабочий процесс для секвенирования вируса оспы обезьян — один из текущих примеров технологии, ранее применявшейся при реагировании на вспышки Эболы и COVID-19. Wellcome Sanger Institute ведёт Национальную программу метагеномного надзора за патогенами Великобритании в партнёрстве с Агентством по безопасности здоровья Великобритании (UKHSA), поделившись первоначальными данными надзора на Европейском конгрессе клинической микробиологии и инфекционных болезней (ESCMID). BGI Genomics управляет крупномасштабной инфраструктурой геномного секвенирования патогенов в Китае, развёрнутой во время пандемии COVID-19 и продолжающей работать как часть возможностей страны по реагированию на инфекционные заболевания. В Индии Rajiv Gandhi Centre for Biotechnology выбран национальным хабом секвенирования нового поколения для метагеномного синдромного надзора.

Ключевые направления геномного надзора за патогенами:

1. Бионадзор на основе путешественников (Traveler-Based Genomic Surveillance): секвенирование объединённых образцов от международных путешественников или в пограничных пунктах для обнаружения возникающих вариантов до их выявления через клиническую отчётность по случаям — Concentric компании Ginkgo Bioworks, программа аэропортов CDC.
2. Портативное полевое секвенирование (Portable Genomic Sequencing): компактные секвенаторы, развёрнутые прямо на местах вспышек для получения геномных данных в реальном времени без отправки образцов в центральную лабораторию — Oxford Nanopore Technologies.
3. Национальные программы метагеномного надзора (Metagenomic Pathogen Surveillance): государственно-партнёрские программы секвенирования, обеспечивающие постоянную геномную инфраструктуру патогенов для системы здравоохранения страны — Wellcome Sanger Institute/UKHSA, Rajiv Gandhi Centre for Biotechnology.
4. Крупномасштабная инфраструктура секвенирования (Genomic Surveillance Infrastructure): высокопроизводительные национальные мощности секвенирования, построенные для реагирования на пандемию и сохранённые как постоянный потенциал надзора — BGI Genomics.

Отраслевая цепочка создания стоимости

[забор образца (клинический/путешественника)] ──> [секвенирование (портативное или централизованное NGS)] ──> [биоинформатический калинг линии/варианта]
                                                        │
                                          (отчётность и оповещение здравоохранения)
                                                        │
                                                        ▼
[международный обмен данными и координация] <─── [решение по реагированию на вспышку] <─────┘

Уровни цепочки создания стоимости

Сквозные технологии сектора:

• Бионадзор на основе путешественников (Traveler-Based Genomic Surveillance): объединённый отбор проб в международных транспортных узлах выявляет возникающие варианты, циркулирующие за рубежом, до их появления в отечественных клинических данных о случаях.
• Портативное секвенирование нанопорами (Portable Genomic Sequencing): компактные, развёртываемые в поле секвенаторы генерируют геномные данные прямо на месте вспышки, сокращая время оборота, которое добавила бы стадия отправки в центральную лабораторию.
• Национальная метагеномная инфраструктура (Metagenomic Pathogen Surveillance): постоянные государственно-партнёрские хабы секвенирования обеспечивают непрерывный потенциал геномики патогенов вместо разовой мобилизации для реагирования на пандемию.

02США

США закрепляют бионадзор на основе путешественников через партнёрскую с CDC частную платформу, расширяя охват аэропортов и международное развёртывание.

Concentric by Ginkgo, CDC, Illumina

• Ginkgo Bioworks (Concentric): обслуживает Программу геномного надзора на основе путешественников CDC, секвенируя объединённые образцы от международных путешественников, причём программа недавно расширилась на новые международные аэропорты, включая Майами и Чикаго.
• Партнёрство с Illumina: Concentric by Ginkgo и Illumina сотрудничают для международного развёртывания технологий бионадзора, включая государственное партнёрство в Руанде, поддерживающее глобальную безопасность здоровья.
• Рамки FDA/CDC: геномный надзор за патогенами в США функционирует в основном как сервис, партнёрский с органом здравоохранения, а не как регулируемый FDA диагностический продукт, управляемый требованиями программ CDC и международными обязательствами отчётности IHR (2005).

03КНР

Китай эксплуатирует крупномасштабную инфраструктуру геномного секвенирования патогенов, развёрнутую во время пандемии COVID-19, во главе с BGI Genomics.

BGI Genomics, NMPA

• BGI Genomics (华大基因): управляет крупномасштабной инфраструктурой геномного секвенирования патогенов в Китае, расширенной во время реагирования на пандемию COVID-19 и продолжающей работать как часть постоянного потенциала страны по геномному надзору за инфекционными заболеваниями.
• Рамки NMPA: секвенирование геномного надзора за патогенами в Китае функционирует в рамках национальной системы здравоохранения и регуляторных рамок NMPA для диагностики и отчётности по инфекционным заболеваниям.

04ЕС

Великобритания закрепляет геномный потенциал надзора за патогенами в Европе как через национальную программу метагеномного надзора, так и через глобальную платформу технологии портативного секвенирования.

Wellcome Sanger Institute, Oxford Nanopore, UKHSA

• Wellcome Sanger Institute: ведёт Национальную программу метагеномного надзора за патогенами Великобритании в партнёрстве с Агентством по безопасности здоровья Великобритании (UKHSA), поделившись первоначальными данными надзора на Европейском конгрессе клинической микробиологии и инфекционных болезней (ESCMID).
• Oxford Nanopore Technologies: портативные секвенаторы MinION обеспечивают геномный надзор в реальном времени в полевых условиях, а опубликованный рабочий процесс для секвенирования вируса оспы обезьян иллюстрирует текущее развёртывание для реагирования на вспышки.
• Рамки UKHSA/EU HERA: геномный надзор за патогенами Великобритании функционирует в рамках программы геномики патогенов Агентства по безопасности здоровья Великобритании, согласованной с более широкими рамками биобезопасности Управления готовности и реагирования на чрезвычайные ситуации в здравоохранении ЕС (HERA) и отчётностью по Международным медико-санитарным правилам (IHR 2005).

05Ведущие компании и научно-исследовательские институты

06Технологический стек и инновации

Стек сочетает оборудование секвенирования (портативное и централизованное) с биоинформатическими конвейерами калинга линий и рабочими процессами отчётности здравоохранения, превращая сырые геномные данные в действенный сигнал надзора.

1. Бионадзор на основе путешественников (Traveler-Based Genomic Surveillance):
   • Платформа Concentric компании Ginkgo Bioworks объединяет образцы назальных мазков и сточных вод от международных путешественников на площадках аэропортов, секвенируя их для обнаружения вариантов, циркулирующих за рубежом, до их появления в отечественных клинических данных, теперь расширенная на дополнительные международные аэропорты США.
2. Портативное полевое секвенирование (Portable Genomic Sequencing):
   • Устройства MinION компании Oxford Nanopore Technologies генерируют данные геномной последовательности прямо на месте вспышки, а опубликованные рабочие процессы (включая для оспы обезьян) поддерживают быстрое полевое развёртывание без отправки образцов в центральную лабораторию.
3. Национальная метагеномная инфраструктура надзора (Metagenomic Pathogen Surveillance):
   • Партнёрство Wellcome Sanger Institute/UKHSA и назначение Rajiv Gandhi Centre for Biotechnology национальным хабом NGS Индии оба строят постоянный, государственно-партнёрский потенциал секвенирования вместо разовой мобилизации для пандемии.
4. Крупномасштабная инфраструктура секвенирования (Genomic Surveillance Infrastructure):
   • Пандемический масштаб мощностей секвенирования BGI Genomics, развёрнутый во время COVID-19, продолжает работать как часть постоянного потенциала геномного надзора за инфекционными заболеваниями Китая.

07Цепочки и производственные трубопроводы

Промышленный трубопровод сервиса геномного надзора за патогенами (IHR 2005 / рамки биобезопасности ЕС HERA)

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. Забор образца          │ ───> │ 2. Секвенирование         │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                   │
                                                   ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. Отчётность             │ <─── │ 3. Биоинформатика и      │
│    здравоохранения         │      │    калинг линии             │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. Решение по             │ ───> │ 6. Международный обмен   │
│    реагированию на вспышку │      │    данными                  │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

Этап 1: Забор образца

Клинические образцы, объединённые назальные мазки путешественников в международных транспортных узлах или полевые образцы, собранные на месте активной вспышки, отбираются для секвенирования.

Этап 2: Секвенирование

Геном патогена секвенируется либо на портативном полевом устройстве (MinION компании Oxford Nanopore), либо через централизованное высокопроизводительное NGS (BGI Genomics, Wellcome Sanger Institute), в зависимости от требований скорости и инфраструктуры.

Этап 3: Биоинформатика и калинг линии

Сырая последовательность собирается и классифицируется относительно известных линий патогена и баз данных вариантов, определяя, представляет ли она ранее охарактеризованный штамм или новый вариант, вызывающий обеспокоенность.

Этап 4: Отчётность здравоохранения

Вызовы линий и вариантов сообщаются органам здравоохранения (CDC, UKHSA, связанным с NMPA органам, национальной сети надзора Индии) почти в реальном времени для сигнализации о возникающих угрозах.

Этап 5: Решение по реагированию на вспышку

Органы здравоохранения действуют по отчёту надзора — выпуская рекомендации по путешествиям, обновляя выбор штамма вакцины или направляя меры сдерживания — используя геномные данные, которые опережают клиническую отчётность по числу случаев на дни-недели.

Этап 6: Международный обмен данными

Валидированные данные последовательности депонируются в общие международные геномные базы данных, поддерживая глобальную координацию по Международным медико-санитарным правилам (IHR 2005) и региональным рамкам, таким как орган биобезопасности HERA ЕС.