[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

说明书

本发明涉及一种病原微生物毒力基因关联模型及其建立方法和应用，属于基因检测技术领域。该方法包括以下步骤：建立病原微生物基因数据库和毒力基因数据库；获取临床样本的病原微生物宏基因组测序数据，得到每个临床样本中病原微生物和所对应的毒力基因序列数据；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，即得。采用该方法得到的病原微生物毒力基因关联模型，能够判断每种毒力基因究竟来源于哪种细菌，弥补了现有技术的缺陷，且具有适用范围广、准确性高的优点。

技术领域

本发明涉及基因检测技术领域，特别是涉及一种病原微生物毒力基因关联模型及其建立方法和应用。

背景技术

毒力因子(Virulence factor，VFs)指由细菌，病毒，真菌等代谢产生的带有侵袭力和毒素等毒力性质的分子，表示病原体致病能力的强弱。主要用于微生物感染宿主时，在机体内定殖、突破机体的防御屏障、内化作用、繁殖和扩散，通过抑制或逃避宿主的免疫反应等出入宿主组织细胞，并从宿主获得营养及自身增殖生长的目的。

细菌毒素按其来源、性质和作用等的不同，可分为外毒素和内毒素两大类。在大多数情况下，外毒素一般简称毒素。病原菌之所有能感染宿主并且在宿主环境中繁殖，通常就是依靠一系列的毒力因子之间相互协调作用起作用。所以研究病原菌的毒力因子，对于了解病原菌和宿主之间的相互作用，判断该病原菌的致病性强弱，为医生提供治疗指导意义非常重要。

目前的毒力因子数据库是由中国医学科学院研发的病原菌毒力因子数据库VFDB(http://www.mgc.ac.cn/VFs/main.htm)，研究还主要局限于肠道微生态科研方面，肠道微生态是由很多种微生物构成的群落，研究毒力因子一般用于判断细菌之间是否有群体失衡或者细菌功能紊乱。

然而，目前并没有研究临床毒力因子方面的报道，并且VFDB数据库里面毒力基因众多，致病性强弱意义不同。

因此，亟需开展对于临床常见病原微生物和毒力因子之间关联和影响的研究，获得临床常见致病病原微生物中对临床意义大的毒力基因(毒力基因是与生成毒力因子相关的基因)，并且研究毒力基因与病原菌之间的比例关系，判断是什么病原菌，携带了什么毒力基因，及时准确地为医生提供判断该病原菌的毒性强弱，为临床治疗策略提供信息支撑。

常规临床鉴定毒力因子，需要先培养出细菌，之后进行实验测试，比较复杂，周期较长且操作容易引入污染。也可基于固相芯片鉴定毒力因子，但和基于聚合酶链反应和微流控载体的毒力因子检测试剂盒的方法，只能检测特定的少量毒力因子，或者是少量细菌类型，并且无法把毒力因子与细菌对应起来，毒力因子可能来源于采样皮肤微生物污染或者由微生态细菌携带，导致结果受限且会带来假阳性。

因此，采用传统方法检测毒力因子存在以下问题：检测方法需要时间长，方法操作繁琐、报告结果慢、通量低，往往仍需要先鉴定出菌种，才能进行毒力实验，而难以适应临床治疗需求；例如高毒力肺炎克雷伯菌常采用拉丝实验进行判断是否是高粘液表型(同时存在iutA和rmpA或者rmpA2毒力基因而形成的荚膜多糖高产的毒力因子)，即需要肺克培养阳性才能进行实验判断。而基于固相芯片和微流控体系的毒力因子检测存在检测目标有限、成本高等特点，并且也不能确定细菌和毒力因子对应关系。

病原宏基因组学(mNGS)是一种不依赖于培养，直接从临床标本提取核酸并检测病原体的高通量测序技术。与传统临床的实验室检测方法相比，病原mNGS是基于核酸水平对序列进行检测，可以突破不同病原体类型的局限性，无偏向性的全面覆盖数千种病原体，同时鉴定细菌、真菌、病毒和寄生虫等多种类型病原微生物，病原mNGS已逐渐成为临床微生物鉴定领域的重要工具。

发明内容