[发明专利]病原微生物毒力基因关联模型及其建立方法和应用

权利要求书

1.一种病原微生物毒力基因关联模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立病原微生物基因数据库：获取病原微生物的参考基因数据，构建病原微生物基因数据库；

建立毒力基因数据库：获取毒力基因参考数据，构建毒力基因数据库；

获取病原微生物和毒力基因数据：获取临床样本的病原微生物宏基因组测序数据，分别比对到上述病原微生物基因数据库和毒力基因数据库，得到每个临床样本中病原微生物的序列数据和该样本中毒力基因序列数据；

建立毒力因子-病原微生物关联模型：对上述病原微生物的序列数据和毒力基因序列数据进行聚类分析，获得单个毒力基因与至少一个疑似关联病原微生物的正态分布模型，选取其中病原微生物丰度高，且毒力基因序列数与病原微生物序列数强相关的模型，即为病原微生物毒力基因关联模型。

2.根据权利要求1所述的病原微生物毒力基因关联模型的建立方法，其特征在于，所述建立毒力因子-病原微生物关联模型步骤中，通过以下方法进行聚类分析：

计算毒力基因序列与病原微生物序列的对数比值，对该对数比值用高斯混合模型进行聚类分析，具体过程为：先以期望值最大算法进行迭代，对于每个样品分别计算该毒力基因由该混合模型内的每种病原微生物携带的概率，获得每种病原微生物携带该毒力基因的先验概率，并获得每种病原微生物携带该毒力基因时，测序观察到毒力序列的条件概率；然后使用最大似然概率算法计算每个样品在该毒力基因序列和病原微生物序列观察值下，该毒力基因最可能是属于哪种病原微生物分类，从而实现聚类。

3.根据权利要求1所述的病原微生物毒力基因关联模型的建立方法，其特征在于，所述毒力基因及毒力基因的参考数据由VFDB数据库获取。

4.根据权利要求1所述的病原微生物毒力基因关联模型的建立方法，其特征在于，所述建立毒力因子-病原微生物关联模型步骤中，在获得病原微生物毒力基因关联模型后，还对该模型进行筛选质控，保留同时符合以下条件的模型：

1)符合该模型的临床样本数≥30个；

2)该模型中作为来源归属的病原微生物丰度中位数≥1000条序列；

3)所述毒力基因序列数与病原微生物序列数强相关的条件为：pearson相关系数，spearman相关系数，线性系数均具有统计学意义的显著性，且相关系数cor≥0.6；

4)该模型中毒力基因序列数与病原微生物序列数比值密度分布在log维度下为正态分布。

5.根据权利要求1所述的病原微生物毒力基因关联模型的建立方法，其特征在于，所述获取病原微生物和毒力基因数据步骤中，获取临床样本的病原微生物宏基因组测序数据后，先去除低质量测序数据，再比对到人参考基因组，去除人源序列，得到非人基因组序列，按照以下方法分析数据：

分析得到病原微生物的序列数据：将获得的非人基因组序列比对到所述病原微生物基因数据库；根据比对序列数进行病原微生物丰度的定量计算，并解读判断每个临床样本检出的病原体微生物，获得病原微生物的序列数据；

分析得到毒力基因的序列数据：将获得的非人基因组序列比对到所述毒力基因数据库，根据比对序列数进行毒力基因丰度的定量计算，获得毒力基因的序列数据。

6.根据权利要求4所述的病原微生物毒力基因关联模型的建立方法，其特征在于，所述获取病原微生物和毒力基因数据步骤中：对于每个毒力基因按基因长度1000±100bp进行标准化处理，如该毒力基因对应多个参考序列版本，则选择标准化后丰度最高的版本作为该毒力基因的丰度。

7.根据权利要求1所述的病原微生物毒力基因关联模型的建立方法，其特征在于，所述建立毒力因子-病原微生物关联模型步骤中，还对所得病原微生物毒力基因关联模型按照正态分布95％置信区间的计算方法，获得对应的毒力基因与病原微生物比例的95％置信区间。

8.权利要求1-6任一项所述的病原微生物毒力基因关联模型的建立方法得到的病原微生物毒力基因关联模型。