Введение.Введение. Технологии нанопорового секвенирования стали рутинным инструментом в науке и медицине, широко применяются в исследовании разнообразия и распространения патогенов, играют ключевую роль в полевой эпидемиологии.Цель.Цель. Проведение сравнительного анализа функциональных возможностей секвенаторов третьего поколения MinION и Нанопорус в задаче выявления патогенов в биологическом материале, включая сопоставление таксономического состава, определенного с их использованием, с результатами, полученными на референсной платформе второго поколения MiSeq (Illumina).Материалы и методы.Материалы и методы. Проведено исследование 138 образцов архивной ДНК с известным таксономическим составом (исследованы 14 семейств, 20 родов и 43 вида патогенов вирусной и бактериальной природы, суммарно 169 возбудителей инфекций). В исследовании использовались нанопоровые секвенаторы MinION и Нанопорус с оригинальными проточными ячейками R9.4.1 и R10.4.1 от ONT, а также высокопроизводительная платформа MiSeq от Illumina для предварительной идентификации состава исследуемых образцов, содержащих различные титры нуклеиновых кислот возбудителей инфекций ряда таксономических групп. Сравнительный анализ полученных данных (количество последовательностей, средние показатели качества прочтений (Qscore) для каждого нуклеотида, GC-состав последовательностей, распределение длин последовательностей, уровень дупликаций прочтений) проводился биоинформатическим инструментом MultiQC (версия 1.20).Результаты.Результаты. В ходе проведенных исследований на приборах MinION и Нанопорус было идентифицировано 98,8 и 97,6[%] патогенов соответственно, включая малоизученные или новые вирусы. Применение последней версии проточной ячейки на обоих приборах значительно снизило долю низкокачественных прочтений. Полученные данные продемонстрировали высокую степень корреляции между результатами секвенаторов второго и третьего поколений, что подтверждает сопоставимость и взаимозаменяемость этих технологий в задаче идентификации нуклеиновых кислот патогенов.Выводы.Выводы. Результаты исследования демонстрируют потенциал нанопоровых секвенаторов MinION и Нанопорус для применения в эпидемиологическом надзоре. Приборы способны обеспечивать высокую точность идентификации патогенов различной природы и благодаря своей компактности и портативности могут существенно повысить скорость диагностики и мониторинга инфекционных заболеваний.
Brown BL, Watson M, Minot SS, Rivera MC, Franklin RB. MinIONTM nanopore sequencing of environmental metagenomes: a synthetic approach. GigaScience. 2017;6(3):gix007. https://doi.org/10.1093/gigascience/gix007.
DOI: 10.1093/gigascience/gix007
Schmidt K, Mwaigwisya S, Crossman LC, Doumith M, Munroe D, Pires C. Identification of bacterial pathogens and antimicrobial resistance directly from clinical urines by nanopore-based metagenomic sequencing. J Antimicrob Chemother. 2017;72(1):104–14. https://doi.org/10.1093/jac/dkw397.
DOI: 10.1093/jac/dkw397
Ciuffreda L, Rodríguez-Pérez H, Flores C. Nanopore sequencing and its application to the study of microbial communities. Comput Struct Biotechnol J. 2021;19:1497–511.https://doi.org/10.1016/j.csbj.2021.02.020.
DOI: 10.1016/j.csbj.2021.02.020
Jain M, Olsen HE, Paten B, Akeson M. The Oxford Nanopore MinION: delivery of nanopore sequencing to the genomics community. Genome Biol. 2016;17(1):239. https://doi.org/10.1186/s13059-016-1103-0.
DOI: 10.1186/s13059-016-1103-0
Leggett RM, Clark MD. A world of opportunities with nanopore sequencing. J Exp Bot. 28 2017;68(20):5419–29. https://doi.org/10.1093/jxb/erx289.
DOI: 10.1093/jxb/erx289
Ahmed YW, Alemu BA, Bekele SA, Gizaw ST, Zerihun MF, Wabalo EK. Epigenetic tumor heterogeneity in the era of single-cell profiling with nanopore sequencing. Clin Epigenetics.2022;14(1):107. https://doi.org/10.1186/s13148-022-01323-6.
DOI: 10.1186/s13148-022-01323-6
Searle B, Müller M, Carell T, Kellett A. Third-Generation Sequencing of Epigenetic DNA. Angew Chem. 2023;135(14):e202215704. https://doi.org/10.1002/ange.202215704.
DOI: 10.1002/ange.202215704
Parker MT, Knop K, Sherwood AV, Schurch NJ, Mackinnon K, Gould PD. Nanopore direct RNA sequencing maps the complexity of Arabidopsis mRNA processing and m6A modification. Wan Y, Hardtke CS. eLife. 2020;9:e49658. https://doi.org/10.7554/eLife.49658.
DOI: 10.7554/eLife.49658
Quick J, Loman NJ, Duraffour S, Simpson JT, Severi E, Cowley L. Real-time, portable genome sequencing for Ebola surveillance. Nature. 2016;530(7589):228–32. https://doi.org/10.1038/nature16996.
DOI: 10.1038/nature16996
Ameur A, Kloosterman WP, Hestand MS. Single-Molecule Sequencing: Towards Clinical Applications. Trends Biotechnol. 2019;37(1):72–85. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2018.07.01.
DOI: 10.1016/j.tibtech.2018.07.01
Sun X, Song L, Yang W, Zhang L, Liu M, Li X. Nanopore Sequencing and Its Clinical Applications. Methods Mol Biol Clifton NJ. 2020;2204:13–32. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-0904-0_2.
DOI: 10.1007/978-1-0716-0904-0_2
Wang M, Fu A, Hu B, Tong Y, Liu R, Liu Z. Nanopore Targeted Sequencing for the Accurate and Comprehensive Detection of SARS-CoV-2 and Other Respiratory Viruses. Small. 2020;16(32):2002169. https://doi.org/10.1002/smll.202002169.
DOI: 10.1002/smll.202002169
Chen Z, He X. Application of third-generation sequencing in cancer research. Med Rev. 2021;1:000010151520210013. https://doi.org/10.1515/mr-2021-0013.
DOI: 10.1515/mr-2021-0013
Lau BT, Almeda A, Schauer M, McNamara M, Bai X, Meng Q. Single-molecule methylation profiles of cell-free DNA in cancer with nanopore sequencing. Genome Med. 2023;15(1):33 https://doi.org/10.1186/s13073-023-01178-3.
DOI: 10.1186/s13073-023-01178-3
Faizuloev E, Mintaev R, Petrusha O, Marova A, Smirnova D, Ammour Y. New approach of genetic characterization of group A rotaviruses by the nanopore sequencing method. J Virol Methods. 2021;292:114114. https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2021.114114.
DOI: 10.1016/j.jviromet.2021.114114
Tombácz D, Dörmő Á, Gulyás G, Csabai Z, Prazsák I, Kakuk B. High temporal resolution Nanopore sequencing dataset of SARS-CoV-2 and host cell RNAs. GigaScience. 2022;11:giac094. https://doi.org/10.1093/gigascience/giac094.
DOI: 10.1093/gigascience/giac094
Vacca D, Fiannaca A, Tramuto F, Cancila V, La Paglia L, Mazzucco W. Direct RNA Nanopore Sequencing of SARS-CoV-2 Extracted from Critical Material from Swabs. Life. 2022;12(1):69. https://doi.org/10.3390/life12010069.
DOI: 10.3390/life12010069
Gauthier NPG, Nelson C, Bonsall MB, Locher K, Charles M, MacDonald C. Nanopore metagenomic sequencing for detection and characterization of SARS-CoV-2 in clinical samples. Plos one. 2021;16(11):e0259712. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0259712.
DOI: 10.1371/journal.pone.0259712
Ben Chehida S, Filloux D, Fernandez E, Moubset O, Hoareau M, Julian C. Nanopore Sequencing Is a Credible Alternative to Recover Complete Genomes of Geminiviruses. Microorganisms. 2021;9(5):903. https://doi.org/10.3390/microorganisms9050903.
DOI: 10.3390/microorganisms9050903
Zhang, JY, Zhang, Y, Wang L, Guo F, Yun Q, Zeng T, Dong Y. A single-molecule nanopore sequencing platform. bioRxiv. 2024;08. https://doi.org/10.1101/2024.08.19.608720.
DOI: 10.1101/2024.08.19.608720
Linde J, Brangsch H, Hölzer M, Thomas C, Elschner MC, Melzer F, et al. Comparison of Illumina and Oxford Nanopore Technology for genome analysis of Francisella tularensis, Bacillus anthracis, and Brucella suis. BMC Genomics.2023;24(1):258. https://doi.org/10.1186/s12864-023-09343-z.
DOI: 10.1186/s12864-023-09343-z
Satam H, Joshi K, Mangrolia U, Waghoo S, Zaidi G, Rawool S, et al. Next-Generation Sequencing Technology: Current Trends and Advancements. Biology. 2023;12(7):997. https://doi.org/10.3390/biology12070997.
DOI: 10.3390/biology12070997
Greig DR, Jenkins C, Gharbia S, Dallman TJ. Comparison of single-nucleotide variants identified by Illumina and Oxford Nanopore technologies in the context of a potential outbreak of Shiga toxin–producing Escherichia coli. GigaScience. 2019;8(8):giz104. https://doi.org/10.1093/gigascience/giz104.
DOI: 10.1093/gigascience/giz104
Winand R, Bogaerts B, Hoffman S, Lefevre L, Delvoye M, Van Braekel J, et al.Targeting the 16S rRNA Gene for Bacterial Identification in Complex Mixed Samples: Comparative Evaluation of Second (Illumina) and Third (Oxford Nanopore Technologies) Generation Sequencing Technologies. Int J Mol Sci. 2020;21(1):298. https://doi.org/10.3390/ijms21010298.
DOI: 10.3390/ijms21010298
de Souza LM, de Oliveira ID, Sales FCS, da Costa AC, Campos KR, Abbud A, et al. Technical comparison of MinIon and Illumina technologies for genotyping Chikungunya virus in clinical samples. J Genet Eng Biotechnol. 2023;21:88. https://doi.org/10.1186/s43141-023-00536-3.
DOI: 10.1186/s43141-023-00536-3
Ye F, Han Y, Zhu J, Li P, Zhang Q, Lin Y, и др. First Identification of Human Adenovirus Subtype 21a in China With MinION and Illumina Sequencers. Front Genet. 2020. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.00285.
DOI: 10.3389/fgene.2020.00285
Peng K, Yin Y, Li Y, Qin S, Liu Y, Yang X, et al. QitanTech Nanopore Long-Read Sequencing Enables Rapid Resolution of Complete Genomes of Multi-Drug Resistant Pathogens. Frontiers in microbiology. 2022;13:778659. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.778659.
DOI: 10.3389/fmicb.2022.778659
Wang Z, Qin L, Liu J, Jiang L, Zou X, Chen X, et al. Forensic nanopore sequencing of microhaplotype markers using QitanTech’s QNome. Forensic science international. Genetics. 2022;57:102657. https://doi.org/10.1016/j.fsigen.2021.102657.
DOI: 10.1016/j.fsigen.2021.102657