Новости

Nov 10, 2023

Молекулярный штрих-код и сеть

Том коммуникативной биологии

Биология коммуникаций, том 5, Номер статьи: 1411 (2022) Цитировать эту статью

1834 г. Доступов

1 Цитаты

18 Альтметрика

Подробности о метриках

Традиционно для различения завозных случаев малярии от аутохтонных случаев малярии использовалась история поездок пациентов, но спящие стадии Plasmodium vivax в печени затрудняют этот подход. Молекулярные инструменты предлагают альтернативный метод выявления и картирования импортированных случаев. Используя подходы машинного обучения, включающие иерархический индекс фиксации и анализ дерева решений, примененные к 799 геномам P. vivax из 21 страны, мы идентифицировали штрих-коды 33-SNP, 50-SNP и 55-SNP (GEO33, GEO50 и GEO55) с высокой способностью прогнозировать. страна происхождения инфекции. Коэффициент корреляции Мэтьюса (MCC) для существующего, широко применяемого штрих-кода 38-SNP (BR38) превысил 0,80 в 62% стран. Панели GEO превзошли BR38 со средним значением MCC > 0,80 в 90% стран в GEO33 и в 95% в GEO50 и GEO55. Для поддержки анализа данных была создана онлайн-система классификаторов с открытым доступом, основанная на вероятности (vivaxGEN-geo). Методы выбора и классификатора SNP можно легко изменить для других случаев использования для поддержки программ борьбы с малярией.

Последние три мировых доклада о малярии выявили тревожный рост числа случаев малярии, а за пределами Африки к югу от Сахары — увеличение доли малярии, вызываемой Plasmodium vivax, что подрывает согласованные усилия по снижению передачи инфекции, предпринимавшиеся в последнее десятилетие1. Эти тенденции подчеркивают острую необходимость в новых инструментах наблюдения и необходимость уделять больше внимания видам Plasmodium, не относящимся к falciparum. Одной из особых проблем в борьбе с малярией является высокая мобильность населения, что приводит к импорту изолятов Plasmodium из одной страны в другую (завозные случаи), что может препятствовать местным усилиям по борьбе с малярией и повышать риски вспышек и распространения устойчивости к противомалярийным препаратам. Чтобы противодействовать этой проблеме, существует острая необходимость в разработке инструментов, которые помогут определить, где пациенты заразились.

Отличить местную и завозную инфекцию особенно сложно для P. vivax, учитывая способность паразита образовывать спящие стадии печени (гипнозоиты), которые могут реактивироваться через несколько недель или месяцев после первоначального заражения, а также его способность вызывать высокостойкие, селезеночные поражения. и инфекции циркулирующей крови с низкой плотностью крови, которые могут ускользнуть от рутинной диагностики2,3,4. Возрождение P. vivax во многих регионах, где он когда-то был практически уничтожен, подчеркивает важность тщательного надзора5,6. В условиях низкой эндемичности относительная доля завозных случаев обычно увеличивается по мере снижения заболеваемости, что подчеркивает важность инструментов эпиднадзора, которые могут выявлять завозные случаи P. vivax, в частности, в этих регионах5. Традиционно завозные случаи выявлялись и картировались с использованием информации об истории поездок пациентов, но стойкие инфекции селезенки и крови, а также поздние рецидивы ограничивают точность этого подхода в отношении P. vivax. Молекулярные инструменты для выявления и картирования завозных случаев P. vivax представляют собой привлекательное дополнение к традиционным эпидемиологическим инструментам.

Секвенирование на основе ампликонов стало предпочтительным подходом для целевого генотипирования малярийных паразитов7,8. Используя высокопараллельные платформы секвенирования, такие как секвенаторы Illumina последнего поколения, секвенирование на основе ампликонов можно применять с умеренной и высокой производительностью, с высокой точностью и чувствительностью. Эти платформы являются гибкими и позволяют итеративно улучшать штрих-коды однонуклеотидного полиморфизма (SNP), что может обеспечить доступный подход к генотипированию, пригодный для молекулярного надзора на уровне населения.

Предыдущие исследования использовали митохондриальные и апикопластные маркеры, чтобы отличить импортированные изоляты P. vivax от местных, но разрешение этих органелларных геномов ограничено9,10,11. В 2015 году была выявлена ​​панель из 42 SNP, обычно называемая широким штрих-кодом, для облегчения идентификации паразитов и географического присвоения12. Широкий штрих-код 42-SNP был получен на основе геномных данных, полученных от 13 изолятов из 7 стран, и применялся в нескольких исследованиях с использованием целевых анализов генотипирования12,13,14. В более недавнем исследовании был выявлен еще один штрих-код SNP P. vivax с использованием данных 433 изолятов из 17 стран15. Этот штрих-код также был призван облегчить как дактилоскопию, так и географическое определение, но экспериментальные анализы для этого штрих-кода недоступны, и он остается только инструментом in-silico15. Кроме того, все исследования малярии с использованием географических штрих-кодов на сегодняшний день основывались на визуальных методах, таких как анализ основных компонентов, для оценки страны происхождения. Хотя этот подход имеет некоторую полезность, он умеренно субъективен и не отвечает потребностям конечных пользователей перевода, таких как Национальные программы по борьбе с малярией (NMCP), которые могут не обладать навыками генетической эпидемиологии или биоинформации, необходимыми для создания и интерпретации этих графиков.