[发明专利]基于宏基因组的临床重要致病菌毒力基因检测的方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于宏基因组的临床重要致病菌毒力基因检测的方法和系统。该方法包括：S10，建立临床致病菌毒力基因数据库；S20，获取临床样本宏基因组测序原始数据，对其预处理获得目标数据；S30，利用预设宏基因组测序数据多重比对注释系统分析目标数据，鉴定毒力基因；S40，建立重要毒力基因‑毒力因子‑表征(功能/临床表型)关联数据库；S50，利用预设临床自动化报告系统，基于毒力基因鉴定结果和关联数据库，生成毒力基因鉴定报告。该系统能够对不同类型(脑脊液等)的临床感染样本的宏基因组测序数据进行毒力基因鉴定，一次性鉴定样本中多种病原菌的多个重要毒力基因，具有较好的灵敏性和准确性，帮助医生及时进行诊断、治疗和预后。

技术领域

本发明属于生物信息算法软件技术领域。可以应用于临床致病菌检测产品-病原宏基因组检测的临床致病菌毒力基因分析，包括多种临床致病菌的数百个毒力基因。应用领域：各类感染性疾病患者的组织、体液(脑脊液、肺泡灌洗液、血液、痰液)等样本的病原宏基因组检测的致病菌毒力基因的识别、鉴定和溯源，协助临床医生进行精准诊断、治疗方案选择和预后判断，且在细菌感染类疾病的监控中提供有用信息。

背景技术

细菌作为在自然界中广泛分布的微生物，其感染人类事件在世界范围内发生，细菌感染可以引发多种急性和慢性疾病，也可以作为条件致病菌，通过病原、宿主及环境因素之间相互作用引发疾病，其中某些临床致病菌会严重危害人类生命健康。如金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)，常引起人类化脓感染，可直接导致肺炎、伪膜性肠炎、心包炎等，甚至败血症、脓血症等全身感染。肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)广泛存在于动物粘膜表面(如人体胃肠道)或环境，是医院医疗相关感染、严重社区获得性感染的主要病原。在中国，肺炎克雷伯菌占呼吸机相关肺炎和重症监护病房获得性肺炎分离病原体的11.9％。而肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)是社区获得性肺炎、中耳炎、脑膜炎、脓肿、败血症等主要致病菌之一。在发展中国家，每年超过110万儿童因患肺炎而死亡，其中肺炎链球菌导致的约占20％。另一类治疗棘手、致死率高、常呈现多重耐药或泛耐药的是铜绿假单胞菌(pseudomonas aeruginosa)，它是一种革兰氏阴性菌，易在呼吸道形成定植和感染，特别是免疫力低下人群易感。这些临床致病菌在感染人类的过程中常常通过多种毒力基因发挥其致病性，导致疾病发生。

毒力因子是病原微生物产生、导致宿主疾病发生的一类效应或调控分子(蛋白质、脂质分子或化合物等)及其组合的功能单元的统称。编码这些毒力因子的基因，常称为毒力基因。如金黄色葡萄球菌可通过产生多种毒力因子来实现对宿主细胞的黏附、侵染和散播，并可通过形成生物被膜逃避宿主免疫系统或抗生素的作用，其重要毒力基因包括pvl、sea、seb等，pvl可促进中性粒细胞溶解而赋予菌株强致病性，与皮肤、软组织化脓性感染相关，严重者可导致坏死性肺炎，致死率较高；sea、seb等肠毒素基因可刺激呕吐中枢导致以呕吐为主要症状的急性肠胃炎，是引起人类细菌性食物中毒的主要原因。而肺炎链球菌具有多种毒力基因，如荚膜多糖合成素A基因、肺炎链球菌溶血素基因(ply)、lytA和nanA等。其中cps4A等荚膜相关基因是肺炎链球菌具有致病性的前提；溶血素可导致宿主细胞溶解，引起肺泡水肿和出血，并诱发肺炎，以及促使细菌进入血液引起菌血症；lytA参与细菌的自溶，导致溶血素等成分分泌，会引起宿主的强炎症反应。肺炎克雷伯菌的不同菌株毒力基因的差异会导致其致病性的差异，其重要毒力基因有rmpA，可调节其荚膜多糖合成，参与其高黏液表型的产生，导致菌株的强致病性，与iutA等毒力基因共同影响形成肝脓肿时的毒力作用等。这些编码毒素、表面蛋白质等毒力因子的毒力基因，能协助细菌粘附与侵入宿主细胞、提高其在宿主细胞内存活与繁殖、导致宿主细胞中毒死亡等，最终引发宿主的各种感染性疾病。因此，检测鉴定临床样本高频或重要致病菌的毒力基因，有助于识别潜在的致病菌，评估临床菌株的毒力强弱，辅助临床感染类疾病的诊断、精准治疗、预后处理等具体措施的选择实施。另一方面，在公共卫生领域，毒力基因检测及其特定毒力谱的识别，对细菌感染类疾病的监控、疫情暴发几率的判断、疫情严重性评估等方面提供了有用信息，助力合理疾控防治措施的提出和实施。