[發(fā)明專利]病原微生物耐藥基因歸屬模型及其建立方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110055195.X
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112863601B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設計）人: 許騰;何福生;張俊杰;曾偉奇;張澤武;茍雪靜;李永軍;王小銳;蘇杭
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州微遠基因科技有限公司;廣州微遠醫(yī)療器械有限公司;廣州微遠醫(yī)學檢驗實驗室有限公司;深圳微遠醫(yī)療科技有限公司;微遠（深圳）醫(yī)學研究中心有限公司
• 主分類號: G16B30/10
• 分類號: G16B30/10;G16B5/00
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 李海恬

1.一種病原微生物耐藥基因歸屬模型的建立方法，其特征在于，包括以下步驟：

建立病原微生物基因數(shù)據(jù)庫：獲取病原微生物參考基因數(shù)據(jù)，構(gòu)建病原微生物基因數(shù)據(jù)庫；

建立耐藥基因數(shù)據(jù)庫：獲取耐藥基因參考數(shù)據(jù)，以基因為單位進行序列相似性整合，并去除質(zhì)粒同源性片段，構(gòu)建耐藥基因數(shù)據(jù)庫；

獲取病原微生物和耐藥基因數(shù)據(jù)：獲取臨床樣本的病原微生物宏基因組測序數(shù)據(jù)，分別比對到上述病原微生物基因數(shù)據(jù)庫和耐藥基因數(shù)據(jù)庫，得到每個臨床樣本中病原微生物的序列數(shù)據(jù)和所對應的耐藥基因序列數(shù)據(jù)；具體為：獲取臨床樣本的病原微生物宏基因組測序數(shù)據(jù)后，先去除低質(zhì)量測序數(shù)據(jù)，再比對到人參考基因組，去除人源序列，得到非人基因組序列，按照以下方法分析數(shù)據(jù)：

1）分析得到病原微生物的序列數(shù)據(jù)：將獲得的非人基因組序列比對到所述病原微生物基因數(shù)據(jù)庫；根據(jù)比對序列數(shù)進行病原微生物豐度的定量計算，并解讀判斷每個臨床樣本檢出的病原體微生物，獲得病原微生物的序列數(shù)據(jù)；

2）分析得到耐藥基因的序列數(shù)據(jù)：將獲得的非人基因組序列比對到所述耐藥基因數(shù)據(jù)庫，根據(jù)比對序列數(shù)進行耐藥基因豐度的定量計算，獲得耐藥基因的序列數(shù)據(jù)；

建立耐藥基因-病原微生物歸屬模型：對上述病原微生物的序列數(shù)據(jù)和耐藥基因序列數(shù)據(jù)進行聚類分析，獲得單個耐藥基因與至少一個疑似來源病原微生物的正態(tài)分布模型，選取其中病原微生物豐度高，且耐藥基因序列數(shù)與病原微生物序列數(shù)強相關(guān)的模型，即為病原微生物耐藥基因歸屬模型；

所述建立耐藥基因-病原微生物歸屬模型步驟中，通過以下方法進行聚類分析：

計算耐藥基因序列與病原微生物序列的對數(shù)比值，對該對數(shù)比值用高斯混合模型進行聚類分析，具體過程為：先以期望值最大算法進行迭代，對于每個樣品分別計算該耐藥基因由該混合模型內(nèi)的每種病原微生物攜帶的概率，獲得每種病原微生物攜帶該耐藥基因的先驗概率，并獲得每種病原微生物攜帶該耐藥基因時，測序觀察到耐藥序列的條件概率；然后在該耐藥基因序列和病原微生物序列觀察值下使用最大似然概率算法對每個樣品進行計算，判斷該耐藥基因是屬于哪種病原微生物分類，從而實現(xiàn)聚類。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的病原微生物耐藥基因歸屬模型的建立方法，其特征在于，所述建立耐藥基因-病原微生物歸屬模型步驟中，在獲得病原微生物耐藥基因歸屬模型后，還對該模型進行篩選質(zhì)控，保留同時符合以下條件的模型：

1）符合模型的臨床樣本數(shù)≥30個；

2）模型中作為來源歸屬的病原微生物豐度中位數(shù)≥1000條序列；

3）所述耐藥基因序列數(shù)與病原微生物序列數(shù)強相關(guān)的條件為：pearson相關(guān)系數(shù)，spearman相關(guān)系數(shù)，線性系數(shù)均具有統(tǒng)計學意義的顯著性，且相關(guān)系數(shù)cor≥0.6；

4）模型中耐藥基因序列數(shù)與病原微生物序列數(shù)比值密度分布在log維度下為正態(tài)分布；

5）模型中耐藥基因序列數(shù)與病原微生物序列數(shù)的比值的中位數(shù)，與該耐藥基因組長度和所對應病原微生物基因組長度的理論比值相匹配。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的病原微生物耐藥基因歸屬模型的建立方法，其特征在于，所述獲取病原微生物和耐藥基因數(shù)據(jù)步驟中：對于每個耐藥基因按基因長度1000±100bp進行標準化處理，如果該耐藥基因?qū)鄠€參考序列版本，則選擇標準化后豐度最高的版本作為該耐藥基因的豐度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的病原微生物耐藥基因歸屬模型的建立方法，其特征在于，所述建立耐藥基因-病原微生物歸屬模型步驟中，還對所得病原微生物耐藥基因歸屬模型按照正態(tài)分布95%置信區(qū)間的計算方法，獲得對應的耐藥基因與病原微生物比例的95%置信區(qū)間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的病原微生物耐藥基因歸屬模型的建立方法，其特征在于，所述耐藥基因包括：mecA、mecC、msr(A)、mef(A)、erm(A)、erm(B)、erm(C)、TEM、SHV、CTX-M、DHA、KPC、IMP、NDM、OXA-23、OXA-24、OXA-48、OXA-51、VIM、SIM、DIM、vanA、vanB、vanC、qnrA、qnrB、qnrS、Sul1、Sul2、nimA、nimB、fosA3、mcr-1、tet(A)、aac(6')中的至少一種。