[发明专利]一种基于纳米孔测序的病原微生物检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米孔测序的病原微生物检测系统和方法，属于微生物检测技术领域。所述病原微生物检测系统包括：数据输入模块；数据库存储模块；病原微生物鉴定模块；结果输出模块。利用本发明的系统和方法，可快速分析样本中的细菌、真菌、病毒、寄生虫等病原体。其具有测序读长较长、序列读取快速准确等特点，可实现临床感染POCT检测需求。同时因其长度长的特点，可通过测序数据分析病原体对应的毒力及耐药基因。可有效辅助临床感染诊疗。

技术领域

本发明属于微生物检测技术领域，具体地，涉及一种基于纳米孔测序的病原微生物检测系统和方法。

背景技术

一代测序方法，可通过检测核酸序列，进行生物种类的鉴定，其优点准确性高， 缺点是通量低。

二代测序方法，也称下一代高通量测序技术(Next Generation Sequencing，NGS)， 其可一次性对几百万到十亿条DNA分子进行并行测序，是一组较一代测序通量更高、成本更低、用时更短且自动化程度更高的测序技术。

宏基因组(Metagenome)，即环境中全部微小生物遗传物质的总和。它包含了可 培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总 和。宏基因组测序(mNGS)用于分析环境样品中存在的所有DNA或RNA信息，从 而能够分析整个微生物组。

二代测序方法的应用让mNGS研究成为可能，以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和/或测序分析为研究手段，对微生物多样性、种群结构、 进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系进行研究。

病原宏基因组检测，是一种基于宏基因组测序技术的病原体检测方法。其不依赖于传统的微生物培养，直接对临床样本中的核酸进行高通量测序，然后与数据库进行 比对分析，根据比对到的序列信息来判断样本包含的病原微生物种类，能够快速、客 观的检测临床样本中的较多病原微生物(包括病毒、细菌、真菌、寄生虫)，且无需 特异性扩增，尤其适用于急危重症和疑难感染的诊断。目前以神经系统感染和呼吸系 统感染为主要应用方向。

由于目前该检测方法一般采用二代测序技术，主要有以下两大难题有待解决：

1.分析方法复杂，结果的判断和解读困难。由于NGS检测往往可以得到大量背 景或者无关微生物片段，从中寻找或识别责任病原极为关键。

2.检测配置中心化和时效性。二代测序技术实验环节对环境要求高，测序仪体积大(多为台式)、成本高，并且需要配备专业的生物信息学分析团队，需要在专业化 高的实验室进行，往往以检测中心的形式开展检测项目。实际检测过程需要经过样本 采集、运送、收样、实验、上机测序、数据分析、报告出具等众多环节，尤其是从采 样地点(通常为医院)到检测中心的样本运送过程占据了较多的时间。有限的检测中 心难以临近众多采样地点，运输耗时随着采样地点与检测中心的距离增加而延长，严 重影响检测时效性。然而，病原宏基因组测序往往用于急危重症病例，对时效性要求 非常高。同时运输过程具有很大的不确定性，容易产生对样本降解、受污染等情况， 影响检测质量。

纳米孔测序方法，相对于NGS，同样具有高通量的特点，其优势在于测序长度更 长(纳米孔测序为几十到数百kb，NGS为数百bp)，测序仪器更小巧(手持式)； 其缺点在于碱基错误率高(纳米孔测序碱基错误率为20％左右，而NGS以Illumina 测序仪为例，碱基错误率为1％以下)，测序成本较NGS更高。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种基于纳米孔测序的病原微生物检测系统，包括：

数据输入模块，用于接受样本基于纳米孔测序的原始序列集和样本信息的输入，并用于对所述原始序列集进行质控，得到高质量序列集；

数据库存储模块，用于存储病原微生物数据库；