От генотипа к фенотипу: EUCAST о прогнозировании чувствительности к антибиотикам по данным полногеномного секвенирования
Содержание
Общая информация
Статья: The role of whole genome sequencing in antimicrobial susceptibility prediction of bacteria: 2025 update from the European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing Subcommittee
Авторы: Ørjan Samuelsen, Carla López-Causapé, Frank Møller Aarestrup и соавт.
Журнал: Clinical Microbiology and Infection, 2026, том 32, выпуск 7S, стр. S1–S34
DOI: 10.1016/j.cmi.2026.05.012
Тип: рекомендации подкомитета EUCAST
Скачать материал
В Clinical Microbiology and Infection опубликовано обновлённое заключение подкомитета EUCAST о роли полногеномного секвенирования в прогнозировании чувствительности бактерий к антимикробным препаратам.
Предыдущий документ EUCAST, опубликованный в 2017 году, исходил из достаточно осторожной позиции: имеющихся на тот момент данных было недостаточно, чтобы рассматривать полногеномное секвенирование как полноценную альтернативу фенотипическому определению чувствительности.
За прошедшие годы ситуация заметно изменилась. Расширились базы генетических детерминант устойчивости, получили развитие длинночтительное секвенирование, видоспецифические биоинформатические алгоритмы и методы машинного обучения. Существенно увеличился и объём данных, позволяющих сопоставлять генетические особенности микроорганизма с его фактической чувствительностью к антимикробным препаратам.
Однако основной вывод нового документа EUCAST остаётся достаточно сдержанным: для большинства сочетаний «микроорганизм – антимикробный препарат» геномное прогнозирование пока не может полностью заменить фенотипическое определение чувствительности.
Именно различие между обнаружением генетического маркера устойчивости и прогнозированием клинически значимого фенотипа становится одной из центральных тем документа.
Обнаружить ген устойчивости недостаточно
На первый взгляд задача может казаться простой: если в геноме обнаружен известный ген или мутация, связанная с устойчивостью, можно предположить, что микроорганизм должен быть устойчив к соответствующему препарату.
На практике связь между генотипом и фенотипом значительно сложнее.
Наличие генетической детерминанты ещё не всегда означает клиническую устойчивость. С другой стороны, отсутствие известного маркера не гарантирует чувствительность микроорганизма.
На формирование фенотипа могут влиять:
- уровень экспрессии генов устойчивости;
- количество копий гена;
- изменения поринов;
- активность эффлюксных систем;
- регуляторные мутации;
- конкретный вариант гена или белка;
- принадлежность микроорганизма к определённой линии;
- сочетание нескольких механизмов устойчивости.
Особенно сложны случаи, когда отдельный механизм вызывает только небольшое увеличение минимальной подавляющей концентрации, а клиническая устойчивость возникает лишь при сочетании нескольких механизмов.
Поэтому обнаружение гена устойчивости и определение категории чувствительности S, I или R являются принципиально разными задачами.
Генотип лучше определяет биологические изменения, чем клиническую категорию
EUCAST обращает особое внимание на различие между эпидемиологическими и клиническими критериями интерпретации.
Геномный анализ может достаточно эффективно выявлять микроорганизмы, отличающиеся от популяции дикого типа, то есть обнаруживать приобретённые механизмы устойчивости или соответствующие мутации.
Для этого используется сопоставление с эпидемиологическим пороговым значением ECOFF, разделяющим микроорганизмы дикого и недикого типа.
Однако ECOFF и клиническое пограничное значение не всегда совпадают.
Это означает, что микроорганизм может содержать механизм устойчивости и относиться к недикому типу, но при этом сохранять клиническую чувствительность к препарату.
Именно поэтому переход:
генетический маркер → механизм устойчивости → изменение МПК → категория S/I/R
не всегда может быть выполнен автоматически.
Это особенно важно при использовании геномных данных для поддержки клинических решений.
Насколько далеко продвинулось геномное прогнозирование
В обновлённом документе EUCAST оценивает состояние доказательной базы для различных микроорганизмов.
Ниже приведено обобщение этой оценки.
| Микроорганизм | Доказательная база WGS-прогнозирования | Основные достижения и ограничения |
|---|---|---|
| Enterobacterales | Высокая | Разработаны видоспецифические инструменты и накоплены большие массивы связанных генотипических и фенотипических данных. Ограничениями остаются сочетанные механизмы устойчивости, число копий генов, различия между видами и линиями, а также новые препараты |
| Staphylococcus aureus | Высокая | Для ряда ключевых механизмов устойчивости генотип-фенотипические связи хорошо изучены. Дополнительные возможности могут дать методы машинного обучения и анализ экспрессии генов |
| Mycobacterium tuberculosis | Высокая | Наиболее зрелое направление. Создан каталог мутаций WHO, а в ряде стран WGS уже используется в рутинной диагностике |
| Pseudomonas aeruginosa | Средняя | Разработаны специализированные инструменты, однако прогнозирование осложняют мутационные механизмы, порины, эффлюксные системы и сочетанное действие нескольких механизмов |
| Acinetobacter baumannii | Средняя | Активно развиваются модели на основе машинного обучения. Требуются стандартизация подходов и хорошо охарактеризованные коллекции изолятов |
| Neisseria gonorrhoeae | Средняя | Доступны крупные массивы геномных и фенотипических данных. Необходимо дальнейшее повышение точности прогнозирования и изучение устойчивости к новым препаратам |
| Streptococcus pneumoniae | Средняя | Получены хорошие результаты для прогнозирования МПК β-лактамов, однако сохраняются методологические ограничения |
| Enterococcus spp. | Средняя | Для ряда стандартных препаратов генотип-фенотипические связи достаточно хорошо описаны. Более сложными остаются механизмы устойчивости к даптомицину, тигециклину и некоторым другим препаратам |
| Haemophilus influenzae | Средняя | Развивается прогнозирование β-лактамной устойчивости, включая анализ изменений PBP3. Требуется дополнительная внешняя проверка |
| Clostridioides difficile | Низкая | Объём сопоставленных геномных и качественных фенотипических данных пока ограничен |
| Bacteroides fragilis | Низкая | Имеются данные для отдельных антимикробных препаратов, но общая доказательная база остаётся ограниченной |
Важно, что обозначения «высокая», «средняя» и «низкая» характеризуют уровень накопленной доказательной базы, а не универсальную точность геномного прогнозирования для всех препаратов.
Даже внутри одного вида качество прогнозирования может существенно различаться в зависимости от конкретного антимикробного препарата и механизма устойчивости.
Почему Mycobacterium tuberculosis является исключением
Наиболее зрелым направлением EUCAST считает прогнозирование лекарственной устойчивости Mycobacterium tuberculosis.
Одной из причин этого стало создание каталога мутаций Всемирной организации здравоохранения, который систематизирует связь между отдельными генетическими изменениями и фенотипической устойчивостью.
В ряде стран геномное исследование уже позволило существенно сократить объём традиционного фенотипического тестирования препаратов первого ряда.
Тем не менее даже в этом случае EUCAST подчёркивает необходимость сохранения качественных фенотипических данных. Они требуются для обнаружения новых механизмов, актуализации каталогов мутаций и оценки устойчивости к новым препаратам.
Какими должны быть данные для анализа генотипа и фенотипа
Один из наиболее важных выводов документа касается не самого секвенирования, а качества данных, используемых для построения и проверки моделей.
EUCAST рекомендует формировать связанные наборы:
геномные данные + количественный фенотип + метаданные
Причём для фенотипической части предпочтительно использовать не только итоговую категорию S/I/R, а исходные количественные показатели, прежде всего значения минимальной подавляющей концентрации.
Это имеет принципиальное значение.
Клинические пограничные значения могут пересматриваться. Если в базе сохранена только категория «чувствительный» или «резистентный», провести повторную интерпретацию результата становится значительно сложнее. Наличие исходного значения МПК позволяет заново интерпретировать данные при изменении критериев.
Не менее важны сведения о самом изоляте и контексте его получения.
Для корректного изучения генотип-фенотипических зависимостей необходимы репрезентативные выборки, включающие как микроорганизмы дикого типа, так и изоляты с различными механизмами устойчивости, в том числе со значениями МПК вблизи клинических пограничных значений.
Требования к таким наборам данных напрямую связаны с развитием методов машинного обучения. Прогностическая модель может воспроизводить только те генотип-фенотипические закономерности, которые представлены в связанной обучающей выборке, поэтому качество фенотипического тестирования, полнота метаданных и репрезентативность изолятов становятся не менее важными, чем выбор алгоритма. Подробнее об используемых подходах и ограничениях мы рассказываем в материале «Может ли машинное обучение предсказывать антибиотикорезистентность?».
Совместный анализ генотипа и фенотипа становится отдельной аналитической задачей
Развитие геномных технологий постепенно меняет сам подход к анализу антибиотикорезистентности.
Ранее генетические и фенотипические методы нередко рассматривались как альтернативные способы определения устойчивости.
Новая позиция EUCAST показывает, что более продуктивным становится другой подход: рассматривать генотип и фенотип как взаимодополняющие источники информации.
Именно сопоставление двух уровней позволяет ответить на более сложные вопросы:
- соответствует ли обнаруженный генетический механизм фактическому фенотипу;
- какие генетические маркеры сопровождаются повышением МПК;
- какие маркеры присутствуют у фенотипически чувствительных изолятов;
- какие устойчивые фенотипы не объясняются известными генетическими детерминантами;
- как меняется соответствие генотипа и фенотипа для различных видов микроорганизмов;
- какие сочетания генетических механизмов сопровождаются наибольшими изменениями чувствительности.
Такие расхождения нельзя рассматривать только как ошибки одного из методов.
В ряде случаев они отражают неполноту наших знаний о механизмах устойчивости, особенности экспрессии генов, взаимодействие нескольких механизмов или различие между биологической и клинической устойчивостью.
Генотип и фенотип в АБиоГрам
Подход, описываемый EUCAST, особенно важен для развития систем микробиологического мониторинга.
АБиоГрам позволяет анализировать генетические маркеры антимикробной резистентности совместно с результатами фенотипического определения чувствительности.
Это даёт возможность рассматривать данные не как два независимых набора результатов, а как связанные характеристики одного изолята.
В рамках такого анализа можно сопоставлять:
микроорганизм → генетический маркер → механизм устойчивости → антимикробный препарат → фенотипический результат
Такой подход позволяет выявлять как ожидаемые сочетания генотипа и фенотипа, так и случаи их расхождения.
Особый интерес представляют ситуации:
- генетический маркер выявлен, но фенотипическая устойчивость отсутствует;
- фенотипическая устойчивость выявлена, но известный генетический механизм не обнаружен;
- одновременно присутствуют несколько механизмов устойчивости;
- одинаковый генетический маркер сопровождается различным фенотипом у разных изолятов.
По мере накопления данных именно такой совместный анализ может стать основой для более глубокого изучения локальной эпидемиологии механизмов антимикробной резистентности и их фактического фенотипического проявления.
Что меняется в практической микробиологии
Обновление EUCAST фактически показывает переход от сравнительно простой концепции:
«найти ген устойчивости»
к значительно более сложной задаче:
«определить, какое фенотипическое и клиническое значение имеет найденный генетический признак у конкретного микроорганизма».
Для решения этой задачи одного секвенирования недостаточно.
Необходима инфраструктура, объединяющая:
фенотипическое тестирование → геномный анализ → интерпретацию механизмов устойчивости → метаданные → накопление связанных результатов
При таком подходе фенотипические методы не теряют своего значения с развитием геномики. Напротив, качественные фенотипические данные становятся основой для проверки и совершенствования геномного прогнозирования.
Основной вывод
За восемь лет после предыдущего документа EUCAST возможности геномного прогнозирования антибиотикорезистентности существенно расширились.
Для ряда микроорганизмов уже накоплена высокая доказательная база, появились специализированные алгоритмы и большие наборы связанных генотипических и фенотипических данных.
Однако для большинства клинически значимых сочетаний «микроорганизм – препарат» WGS пока не является универсальной заменой фенотипического определения чувствительности.
Поэтому наиболее перспективным направлением становится не противопоставление генотипа и фенотипа, а их совместный анализ.
Именно объединение фенотипических результатов, генетических маркеров устойчивости и контекстных данных позволяет перейти от простого выявления механизмов резистентности к пониманию того, как эти механизмы проявляются у реальных клинических изолятов.
Источник
Samuelsen Ø, Lopez-Causapé C, Aarestrup FM, et al.
The role of whole genome sequencing in antimicrobial susceptibility prediction of bacteria: 2025 update from the European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing Subcommittee.
Clinical Microbiology and Infection. 2026;32(7S):S1–S34.
DOI: 10.1016/j.cmi.2026.05.012