病原体检测方法和系统与流程

本发明涉及生物，尤其是涉及一种病原体检测方法和系统。

背景技术：

1、病原体通常是指可造成人或动植物感染疾病的微生物，包括细菌、真菌、病毒、衣原体、支原体、寄生虫或其他媒介。病原体在人与人、动物与动物、人与动物之间相互传播造成的疾病被称为传染病。病原体可以通过空气、水源、食物、接触、土壤、母婴、体液、粪口等多种方式传播，并且具有流行性、地方性、季节性等特点。某些病原体能够造成反复感染。病原体传播造成的传染病严重危害着人类健康。传染病的大流行能够带来巨大的经济负担，并且某些传染病流行对经济的影响可能超过几十年。通过病原体检测技术，可以帮助我们准确判断传染病的致病原因，了解病原体的传播特点，毒性，药物抗性。进而更好的帮助我们进行传染病的治疗，预防传染病的流行。

2、传统的病原体检测技术包括:显微镜观察病原体形态、病原体特异性抗原检测、病原体分离培养、血清学实验等。随着分子生物学技术的发展，核酸杂交、基因芯片、聚合酶链反应等基因检测技术在病原体检测领域也逐渐被广泛应用。尤其是近20年，宏基因组二代测序技术(mngs)配合强大生物信息平台，为感染性疾病的诊断带来了巨大的帮助。伴随着mngs的应用，kraken2、bracken、centrifuge、metaphlan等一系列病原体检测注释软件被发明出来。但上述软件也存在功能单一(kracken2、bracken、centrifuge、metaphlan仅能进行物种序列注释、丰度计算，不能进行物种质量评估及病原体筛选)，系统安装维护困难等问题。另外，mngs具有无偏向性检出的特性，能检出临床标本中所有的微生物，这些微生物中包含大量非病原体(如定值菌、背景菌、医院或实验室污染等)，所有样本都可能带有部分微生物或微生物核酸，但并非都会致病，因此，mngs数据经过物种分类之后还需要进一步的分析判断，才能确定检测到的哪些序列的病原体可能是致病的，目前宏基因组技术中，仍缺乏简单、有效的病原体鉴定方法。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种病原体检测方法，能够用于临床病原体的辅助筛查，以解决上述问题中的至少一种。

2、本发明的第二目的在于提供一种用于病原体检测的系统。

3、第一方面，本发明提供了一种非疾病诊断目的的病原体微生物鉴定方法，包括以下步骤：

4、a.获取样品的宏基因组测序数据，进行序列物种注释；

5、b.获得样品中各微生物物种的丰度排名；

6、c.计算样品中每种微生物的序列分散度；

7、d.判断微生物是否满足以下条件：丰度排名在前5以内；序列分散度≥0.95；属于已知病原体；

8、e.若满足d步骤的全部条件，则判定为病原体微生物，否则，判定为不是病原体微生物。

9、作为进一步技术方案，所述样品中各微生物物种的丰度排名计算方式为：统计被注释到各物种的序列数，按序列数从大到小排序。

10、作为进一步技术方案，所述微生物的序列分散度通过计算注释到各微生物的序列的辛普森指数来统计，所述辛普森指数采用放回抽样或不放回抽样的方式计算，具体计算方式为：对注释到某个物种的序列进行两次随机抽样，两条序列位于同一区域的概率为d，序列分散度定义为1-d，同一区域的定义为：平均将某个物种的基因组分割为n个窗口，两次抽取的序列位于同一个窗口时，则表示位于同一区域；

11、优选地，n取值范围为80～120；更优选地，n取值为100；

12、优选地，所述辛普森指数采用放回抽样的方式计算。

13、作为进一步技术方案，所述样品为体液样品或组织样品；

14、优选地，所述样品为肺泡灌洗液、痰液、经皮肺穿刺组织、经气管镜活检肺组织或鼻咽拭子。

15、作为进一步技术方案，所述宏基因组测序数据为去除宿主序列数据的宏基因组测序数据；

16、优选地，去除宿主序列数据的软件包括：bwa、soapaligner或bowtie2；

17、优选地，序列物种注释的软件包括：blast、kraken2、bracken、centrifuge或metaphlan。

18、作为进一步技术方案，所述宏基因组测序数据为去除低质量序列和接头序列的宏基因组测序数据。

19、第二方面，本发明提供了一种用于病原体检测的系统，包括：

20、a.计算处理模块：用于对样品的宏基因组测序数据进行数据分析，并获得微生物的丰度和序列分散度；

21、b.判断模块：若微生物满足以下指标，则判断该微生物为病原体：

22、指标1：丰度排名≤5；

23、指标2：序列分散度≥0.95；

24、指标3：微生物属于已知病原体；

25、利用放回抽样或不放回抽样模型计算微生物序列的辛普森指数来统计微生物的序列分散度。

26、作为进一步技术方案，还包括数据提取模块：对样品进行核酸提取，建库测序，得到宏基因组测序数据。

27、作为进一步技术方案，所述数据分析包括：去除宿主序列，然后对剩余序列进行物种注释。

28、作为进一步技术方案，所述数据分析之前还包括对宏基因组测序数据去除低质量序列和接头序列。

29、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

30、本发明提供的病原体检测方法，简单方便，准确率高，结合3个指标可鉴定出引起宿主患病的病原体微生物种类；

技术特征：

1.一种非疾病诊断目的的病原体微生物鉴定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的病原体微生物鉴定方法，其特征在于，所述样品中各微生物物种的丰度排名计算方式为：统计被注释到各物种的序列数，按序列数从大到小排序。

3.根据权利要求1所述的病原体微生物鉴定方法，其特征在于，所述微生物的序列分散度通过计算注释到各微生物的序列的辛普森指数来统计，所述辛普森指数采用放回抽样或不放回抽样的方式计算，具体计算方式为：从注释到某个物种的所有序列中进行两次随机抽一条序列，两次抽取的序列位于同一区域的概率为d，序列分散度定义为1-d，所述同一区域的定义为：平均将某个物种的基因组分割为n个窗口，两次抽取的序列位于同一个窗口时，则表示位于同一区域；

4.根据权利要求1所述的病原体微生物鉴定方法，其特征在于，所述样品为体液样品或组织样品；

5.根据权利要求1所述的病原体微生物鉴定方法，其特征在于，所述宏基因组测序数据为去除宿主序列数据的宏基因组测序数据；

6.根据权利要求1所述的病原体微生物鉴定方法，其特征在于，所述宏基因组测序数据为去除低质量序列和接头序列的宏基因组测序数据。

7.一种用于病原体检测的系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括数据提取模块：对样品进行核酸提取，建库测序，得到宏基因组测序数据。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述数据分析包括：去除宿主序列，然后对剩余序列进行物种注释。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述数据分析之前还包括对宏基因组测序数据去除低质量序列和接头序列。

技术总结
本发明提供了一种病原体检测方法和系统，涉及生物技术领域。本发明提供的病原体检测方法，包括：a.获取样品的宏基因组测序数据，进行序列物种注释；b.获得样品中各微生物物种的丰度排名；c.计算样品中每种微生物的序列分散度；d.判断微生物是否满足以下条件：丰度排名在前5以内；序列分散度≥0.95；属于已知病原体；e.若满足d步骤的全部条件，则判定为病原体微生物，否则，判定为不是病原体微生物。该病原体检测方法，简单方便，准确率高，结合3个指标可鉴定出引起宿主患病的病原体微生物种类。

技术研发人员：张朋,周金升,王亮,宋佳平
受保护的技术使用者：珠海碳华检测科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12