CN111575358A - 非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统 - Google Patents

非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111575358A
CN111575358A CN202010394083.2A CN202010394083A CN111575358A CN 111575358 A CN111575358 A CN 111575358A CN 202010394083 A CN202010394083 A CN 202010394083A CN 111575358 A CN111575358 A CN 111575358A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
image
sample
analysis
intestinal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010394083.2A
Other languages
English (en)
Inventor
李一苇
付宗坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heze Disease Prevention And Control Center
Original Assignee
Heze Disease Prevention And Control Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heze Disease Prevention And Control Center filed Critical Heze Disease Prevention And Control Center
Priority to CN202010394083.2A priority Critical patent/CN111575358A/zh
Publication of CN111575358A publication Critical patent/CN111575358A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6869—Methods for sequencing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00—Pattern recognition
    • G06F18/20—Analysing
    • G06F18/23—Clustering techniques
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00—Pattern recognition
    • G06F18/20—Analysing
    • G06F18/24—Classification techniques
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0012—Biomedical image inspection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/60—Type of objects
    • G06V20/69—Microscopic objects, e.g. biological cells or cellular parts
    • G06V20/698—Matching; Classification
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10056—Microscopic image
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V2201/00—Indexing scheme relating to image or video recognition or understanding
    • G06V2201/04—Recognition of patterns in DNA microarrays

Abstract

本发明属于肠道微生物检测技术领域，公开了一种非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统，所述非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测系统包括：取样模块、微观图像采集模块、图像特征提取模块、中央控制模块、基因提取模块、扩增模块、测序模块、分析模块、数据存储模块、显示模块。本发明通过基因提取模块减少了有机溶剂的使用，成本低廉且提取的微生物总DNA纯度较高；异硫氰酸胍可以迅速破碎细胞并抑制细胞释放出的核酶，得到的DNA质量高；通过分析模块能直观地对结果进行处理和审核，更加直观和方便；通过图像特征提取模块而且可以捕获更丰富的细节纹理信息，提高图像局部特征识别率，降低了局部特征噪声影响。

Description

非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统
技术领域
本发明属于肠道微生物检测技术领域，尤其涉及一种非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统。
背景技术
目前，肠道微生物指动物肠道中存在的数量庞大的微生物，这群微生物依靠动物的肠道生活，同时帮助寄主完成多种生理生化功能。肠道不仅是人体消化吸收的重要场所，同时也是最大的免疫器官，在维持正常免疫防御功能中发挥着极其重要的作用。人体肠道为微生物提供了良好的栖息环境，具有人体自身不具备的代谢功能。作为人体最庞大、最复杂的微生态系统，肠道微生物本身及其代谢产物不仅能调节人体健康，更在膳食和宿主之间起到了重要的桥梁作用。正如诺贝尔奖获得者Joshua Lederberg曾指出的，人体与人体共生微生物构成了超级生物体(superorganism)。然而，现有非诊断目的的肠道微生物定性与定量的检测方法DNA提取效率普遍偏低，且稳定性差；同时，对肠道微生物信息分析不直观，工作量大。
综上所述，现有技术存在的问题及缺陷是：现有非诊断目的的肠道微生物定性与定量的检测方法DNA提取效率普遍偏低，且稳定性差；同时，对肠道微生物信息分析不直观，工作量大。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统。
本发明是这样实现的，一种非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法，所述非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法包括以下步骤：
步骤一，通过取样模块利用样本提取设备采集所述肠道微生物的粪菌检测样品，对装有粪菌样本的离心管进行灭菌处理，获得待检测菌体，并对粪菌的基因组DNA进行提取和纯化处理。
步骤二，通过微观图像采集模块利用显微设备从抽取的肠道微生物样品中采集肠道微生物的微观图像。
步骤三，通过图像特征提取模块利用提取程序将采集的肠道微生物微观图像通过不同大小的分块法进行均分，每个分块法下得到多个大小相同的子图像。
步骤四，对同一大小分块法下得到的每个子图像分别进行空间结构处理，得到同一大小分块法下每个子图像的梯度值和每个子图像的像素均值。
步骤五，根据步骤四得到的梯度值和像素均值，采用局部差分二进制来得到同一分块法下的待处理图像的二进制序列Bn。
步骤六，将不同分块法下的待处理图像的二进制序列Bn按照同样顺序进行排列即可得到待处理图像的选取特征FD。
步骤七，利用遗传算法提取选取特征FD中的最优个体，得到的最优个体的集合即为最终提取得到的肠道微生物图像特征。
步骤八，通过中央控制模块利用主控机控制所述非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测系统各个模块的正常工作。
步骤九，通过基因提取模块利用基因提取设备提取肠道微生物基因组DNA；通过扩增模块利用PCR扩增技术对肠道微生物进行扩展处理；通过测序模块利用测序设备对扩展处理后的肠道微生物进行测序操作。
步骤十，通过分析模块利用分析程序根据提取的肠道微生物的图像特征及基因序列对测序完成后的样本下机数据进行拆分和过滤，得到过滤后的肠道微生物样本序列。
步骤十一，对过滤后的样本序列进行聚类比对和物种注释分类；对物种注释分类的结果进行谱分析，所述谱分析包括alpha多样性分析、beta多样性分析以及益生菌含量和病原菌含量分析。
步骤十二，根据菌群功能及疾病关联数据库对谱分析的结果进行自动解读，并生成分析报告；将自动解读的结果和谱分析的结果自动提交给可视化平台进行可视化展示和审核。
步骤十三，通过数据存储模块利用存储器存储采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告。
步骤十四，通过显示模块利用显示器显示采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告的实时数据。
进一步，步骤一中，所述对装有粪菌样本的离心管进行灭菌处理，获得待检测菌体的方法，包括：
(I)采集粪菌样本，并对离心管进行灭菌处理；
取样时手带一次性无菌手套，持灭菌后的离心管，探入粪便排泄物中，打开离心管盖，将粪便样本装入离心管中，离心管充满后立刻盖严，并迅速取出，做好标记和记录，直接投入干冰中冻存，之后置于-80℃的环境中保存；
(II)菌体获得；
取粪菌样品，然后向粪菌样品中加入经4℃预冷的PBS缓冲液，其中，加入的比例为每3克粪菌中加入10ml的PBS缓冲液，待样品融化后涡旋振荡1min，然后在4℃下采用1000r/min的速度离心5min，吸取上清液；样品重复震荡、离心、取上清液三次；
将四次融化洗涤后所得上清液在4℃下采用12000r/min的速度离心10min，弃掉离心管上层清液，向每管底部沉淀均加入TE缓冲液，其中，TE缓冲液的体积与之前加入的PBS缓冲液的体积比为100：17；混匀后吸取液体至同一个灭菌离心管中，充分震荡混匀，形成细胞悬液。
进一步，步骤一中，所述对粪菌的基因组DNA进行提取和纯化处理的方法，包括：
取细胞悬液置于无菌管中加入经4℃预冷的PBS缓冲液，其中细胞悬液、PBS缓冲液的体积比为1：50；
加入与细胞悬液等体积的无菌玻璃小珠、裂解液、酚氯仿，借助10ul枪头将细胞悬浮，然后涡旋震荡1min，放在冰上1min，重复四次；采用12000r/min的速度离心5min，吸取上清液，并在上清液中加入等体积的酚氯仿，颠倒混匀，去蛋白，再次采用12000r/min的速度离心5min；加入溶菌酶和异硫氰酸胍，其中，每1ul的细胞悬液加入15ug的溶菌酶和0.5ul的异硫氰酸胍，混匀后于37℃孵育1h；加入蛋白酶K，混匀后于37℃孵育1h；
加入等体积的氯仿/异戊醇混合液，抽提2次，在4℃下采用12000r/min的速度离心10min；收集上清液，加入等体积的苯酚/氯仿/异戊醇混合液，混匀，在4℃下采用12000r/min的速度离心3min；
吸取上清液，加入等体积的异丙醇，室温放置10min，采用12000r/min的速度离心10min；弃上清液，留取沉淀物，在沉淀物中加入70％冰乙醇洗涤2次，自然干燥；加入DEPC水，加入的DEPC水与取的细胞悬液的体积比为1：4；然后将产物置于-20℃的环境中保存。
进一步，步骤四中，所述同一大小分块法下每个子图像的梯度值和每个子图像的像素均值的获得方法，包括：
通过分块法将待处理图像均分为分辨率大小相同的多个子图像，即将待处理图像划分为n×n块，得到n2个图像，Ii表示第i块图像，i∈[1,n2]；
将待处理图像在同一大小分块法下均分得到的子图像进行空间结构处理，得到子图像在空间结构内不同划分区域内的像素均值，根据子图像在不同划分区域内的像素均值得到子图像在空间结构内的梯度值。
进一步，步骤十中，所述对测序完成后的样本下机数据进行拆分和过滤，得到过滤后的肠道微生物样本序列的方法，包括：
对原始输入文件进行文件分割，所述原始输入文件包含有测序完成后的样本下机数据；
根据设定的过滤参数对文件分割后的文件进行数据拆分和数据过滤，得到过滤后的样本序列。
进一步，步骤十一中，所述对过滤后的样本序列进行聚类比对和物种注释分类的方法，包括：
根据序列相似性对过滤后的样本序列进行聚类，得到最小分类单元；
从每一个最小分类单元随机挑选1条序列作为代表序列，使用基因数据库中已有的数据作为参考与该代表序列进行比对和分类注释；其中，基因数据库用于存储序列及其对应的属性信息。
进一步，步骤十一中，所述对物种注释分类的结果进行谱分析的方法，包括：
(1)对物种注释分类后的结果进行假阳性去除处理，以去除物种注释分类的结果中只分到一个序列的文件；
(2)对假阳性去除处理后的文件进行均一化处理，得到均一化处理后的文件；
(3)采用稀疏法对均一化处理后的文件进行alpha多样性分析，得到样本的丰富度指数、多样性指数、测序深度指数和观察到的物种个数；
(4)根据设定的健康参考集采用Unifrac算法对均一化处理后的文件进行beta多样性分析，得到样本与健康参考集间的weightedunifrac距离和unweightedunifrac距离；
(5)根据设定的健康参考集对均一化处理后的文件进行益生菌含量和病原菌含量分析，得到样本与健康参考集间的益生菌含量和病原菌含量差异；其中，益生菌包括双歧杆菌属、普拉梭菌、乳酸菌属、罗氏菌属、拟杆菌属和芽孢杆菌属。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测系统，所述非诊断目的的肠道微生物定性与定量的检测系统包括：
取样模块、微观图像采集模块、图像特征提取模块、中央控制模块、基因提取模块、扩增模块、测序模块、分析模块、数据存储模块、显示模块。
取样模块，与中央控制模块连接，用于通过样本提取设备采集所述肠道微生物的粪菌检测样品；
微观图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过显微设备从抽取的肠道微生物样品中采集肠道微生物的微观图像；
图像特征提取模块，与中央控制模块连接，用于通过提取程序从采集的肠道微生物微观图像中提取肠道微生物图像特征；
中央控制模块，与取样模块、微观图像采集模块、图像特征提取模块、基因提取模块、扩增模块、测序模块、分析模块、数据存储模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；
基因提取模块，与中央控制模块连接，用于通过基因提取设备提取肠道微生物基因组DNA；
扩增模块，与中央控制模块连接，用于通过PCR扩增技术对肠道微生物进行扩展处理；
测序模块，与中央控制模块连接，用于通过测序设备对扩展处理后的肠道微生物进行测序操作；
分析模块，与中央控制模块连接，用于通过分析程序根据提取的肠道微生物的图像特征及基因序列对肠道微生物信息进行分析，并生成分析报告；
数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告的实时数据。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过基因提取模块减少了有机溶剂的使用，成本低廉且提取的微生物总DNA纯度较高；异硫氰酸胍可以迅速破碎细胞并抑制细胞释放出的核酶，得到的DNA质量高；能得到更加丰富的DNA种群信息，可更加全面地反映肠道微生物的多样性和群落结构组成，操作步骤较少，稳定性好。
本发明提供过的图像特征提取模块通过将待处理图像均分为多个子图像，对每个子图像分别进行空间结构处理，得到每个子图像的梯度值和每个子图像的像素均值，然后根据得到每个子图像的梯度值和像素均值，采用局部差分二进制来得到待处理图像的二进制序列，采用多重局部差分二进制表示网格单元强度和梯度的差异和纹理信息，而且可以捕获更丰富的细节纹理信息，提高图像局部特征识别率，将不同分块大小下待处理图像的二进制序列按照同样顺序进行排列即可得到待处理图像的选取特征，利用遗传算法提取选取特征中的最优个体，得到的最优个体的集合即为最终提取得到的图形特征，降低了局部特征噪声影响。
同时，通过分析模块能在分析结果中自动给出细菌功能以及与疾病关联的相关信息，降低了人工解读工作量；在自动解读与可视化展示模块中增设了将自动解读的结果和谱分析的结果自动提交给可视化平台进行可视化展示和审核的过程，能直观地对结果进行处理和审核，更加直观和方便。
附图说明
图1是本发明实施例提供的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法流程图。
图2是本发明实施例提供的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测系统结构框图；
图中：1、取样模块；2、微观图像采集模块；3、图像特征提取模块；4、中央控制模块；5、基因提取模块；6、扩增模块；7、测序模块；8、分析模块；9、数据存储模块；10、显示模块。
图3是本发明实施例提供的通过提取程序从采集的肠道微生物微观图像中提取肠道微生物图像特征的方法流程图。
图4是本发明实施例提供的通过分析程序根据提取的肠道微生物的图像特征及基因序列对肠道微生物信息进行分析，并生成分析报告的方法流程图。
图5是本发明实施例提供的对物种注释分类的结果进行谱分析的方法流程图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法包括以下步骤：
S101，通过取样模块利用样本提取设备采集所述肠道微生物的粪菌检测样品。
S102，通过微观图像采集模块利用显微设备从抽取的肠道微生物样品中采集肠道微生物的微观图像。
S103，通过图像特征提取模块利用提取程序从采集的肠道微生物微观图像中提取肠道微生物图像特征。
S104，通过中央控制模块利主控机控制所述非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测系统各个模块的正常工作。
S105，通过基因提取模块利基因提取设备提取肠道微生物基因组DNA；通过扩增模块利PCR扩增技术对肠道微生物进行扩展处理。
S106，通过测序模块利测序设备对扩展处理后的肠道微生物进行测序操作；通过分析模块利分析程序根据提取的肠道微生物的图像特征及基因序列对肠道微生物信息进行分析，并生成分析报告。
S107，通过数据存储模块利存储器存储采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告。
S108，通过显示模块利用显示器显示采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告的实时数据。
如图2所示，本发明实施例提供的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测系统包括：取样模块1、微观图像采集模块2、图像特征提取模块3、中央控制模块4、基因提取模块5、扩增模块6、测序模块7、分析模块8、数据存储模块9、显示模块10。
取样模块1，与中央控制模块4连接，用于通过样本提取设备采集所述肠道微生物的粪菌检测样品；
微观图像采集模块2，与中央控制模块4连接，用于通过显微设备从抽取的肠道微生物样品中采集肠道微生物的微观图像；
图像特征提取模块3，与中央控制模块4连接，用于通过提取程序从采集的肠道微生物微观图像中提取肠道微生物图像特征；
中央控制模块4，与取样模块1、微观图像采集模块2、图像特征提取模块3、基因提取模块5、扩增模块6、测序模块7、分析模块8、数据存储模块9、显示模块10连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；
基因提取模块5，与中央控制模块4连接，用于通过基因提取设备提取肠道微生物基因组DNA；
扩增模块6，与中央控制模块4连接，用于通过PCR扩增技术对肠道微生物进行扩展处理；
测序模块7，与中央控制模块4连接，用于通过测序设备对扩展处理后的肠道微生物进行测序操作；
分析模块8，与中央控制模块4连接，用于通过分析程序根据提取的肠道微生物的图像特征及基因序列对肠道微生物信息进行分析，并生成分析报告；
数据存储模块9，与中央控制模块4连接，用于通过存储器存储采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告；
显示模块10，与中央控制模块4连接，用于通过显示器显示采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告的实时数据。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本发明实施例提供的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法如图1所示，作为优选实施例，如图3所示，本发明实施例提供的通过提取程序从采集的肠道微生物微观图像中提取肠道微生物图像特征的方法包括：
S201，通过图像特征提取模块利用提取程序将采集的肠道微生物微观图像通过不同大小的分块法进行均分，每个分块法下得到多个大小相同的子图像。
S202，对同一大小分块法下得到的每个子图像分别进行空间结构处理，得到同一大小分块法下每个子图像的梯度值和每个子图像的像素均值。
S203，根据S202得到的梯度值和像素均值，采用局部差分二进制来得到同一分块法下的待处理图像的二进制序列Bn。
S204，将不同分块法下的待处理图像的二进制序列Bn按照同样顺序进行排列即可得到待处理图像的选取特征FD。
S205，利用遗传算法提取选取特征FD中的最优个体，得到的最优个体的集合即为最终提取得到的肠道微生物图像特征。
本发明实施例提供的同一大小分块法下每个子图像的梯度值和每个子图像的像素均值的获得方法，包括：
通过分块法将待处理图像均分为分辨率大小相同的多个子图像，即将待处理图像划分为n×n块，得到n2个图像，Ii表示第i块图像，i∈[1,n2]；
将待处理图像在同一大小分块法下均分得到的子图像进行空间结构处理，得到子图像在空间结构内不同划分区域内的像素均值，根据子图像在不同划分区域内的像素均值得到子图像在空间结构内的梯度值。
实施例2
本发明实施例提供的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法如图1所示，作为优选实施例，如图4所示，本发明实施例提供的通过分析程序根据提取的肠道微生物的图像特征及基因序列对肠道微生物信息进行分析，并生成分析报告的方法包括：
S301，通过分析模块利用分析程序根据提取的肠道微生物的图像特征及基因序列对测序完成后的样本下机数据进行拆分和过滤，得到过滤后的肠道微生物样本序列。
S302，对过滤后的样本序列进行聚类比对和物种注释分类；对物种注释分类的结果进行谱分析，所述谱分析包括alpha多样性分析、beta多样性分析以及益生菌含量和病原菌含量分析。
S303，根据菌群功能及疾病关联数据库对谱分析的结果进行自动解读，并生成分析报告；将自动解读的结果和谱分析的结果自动提交给可视化平台进行可视化展示和审核。
本发明实施例提供的对测序完成后的样本下机数据进行拆分和过滤，得到过滤后的肠道微生物样本序列的方法，包括：
对原始输入文件进行文件分割，所述原始输入文件包含有测序完成后的样本下机数据；
根据设定的过滤参数对文件分割后的文件进行数据拆分和数据过滤，得到过滤后的样本序列。
本发明实施例提供的对过滤后的样本序列进行聚类比对和物种注释分类的方法，包括：
根据序列相似性对过滤后的样本序列进行聚类，得到最小分类单元；
从每一个最小分类单元随机挑选1条序列作为代表序列，使用基因数据库中已有的数据作为参考与该代表序列进行比对和分类注释；其中，基因数据库用于存储序列及其对应的属性信息。
如图5所示，本发明实施例提供的对物种注释分类的结果进行谱分析的方法，包括：
S401，对物种注释分类后的结果进行假阳性去除处理，以去除物种注释分类的结果中只分到一个序列的文件。
S402，对假阳性去除处理后的文件进行均一化处理，得到均一化处理后的文件。
S403，采用稀疏法对均一化处理后的文件进行alpha多样性分析，得到样本的丰富度指数、多样性指数、测序深度指数和观察到的物种个数。
S404，根据设定的健康参考集采用Unifrac算法对均一化处理后的文件进行beta多样性分析，得到样本与健康参考集间的weightedunifrac距离和unweightedunifrac距离。
S405，根据设定的健康参考集对均一化处理后的文件进行益生菌含量和病原菌含量分析，得到样本与健康参考集间的益生菌含量和病原菌含量差异。
本发明实施例提供的益生菌包括双歧杆菌属、普拉梭菌、乳酸菌属、罗氏菌属、拟杆菌属和芽孢杆菌属。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法，其特征在于，所述非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法包括以下步骤：
步骤一，通过取样模块利用样本提取设备采集所述肠道微生物的粪菌检测样品，对装有粪菌样本的离心管进行灭菌处理，获得待检测菌体，并对粪菌的基因组DNA进行提取和纯化处理；
步骤二，通过微观图像采集模块利用显微设备从抽取的肠道微生物样品中采集肠道微生物的微观图像；
步骤三，通过图像特征提取模块利用提取程序将采集的肠道微生物微观图像通过不同大小的分块法进行均分，每个分块法下得到多个大小相同的子图像；
步骤四，对同一大小分块法下得到的每个子图像分别进行空间结构处理，得到同一大小分块法下每个子图像的梯度值和每个子图像的像素均值；
步骤五，根据步骤四得到的梯度值和像素均值，采用局部差分二进制来得到同一分块法下的待处理图像的二进制序列Bn；
步骤六，将不同分块法下的待处理图像的二进制序列Bn按照同样顺序进行排列即可得到待处理图像的选取特征FD；
步骤七，利用遗传算法提取选取特征FD中的最优个体，得到的最优个体的集合即为最终提取得到的肠道微生物图像特征；
步骤八，通过中央控制模块利用主控机控制所述非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测系统各个模块的正常工作；
步骤九，通过基因提取模块利用基因提取设备提取肠道微生物基因组DNA；通过扩增模块利用PCR扩增技术对肠道微生物进行扩展处理；通过测序模块利用测序设备对扩展处理后的肠道微生物进行测序操作；
步骤十，通过分析模块利用分析程序根据提取的肠道微生物的图像特征及基因序列对测序完成后的样本下机数据进行拆分和过滤，得到过滤后的肠道微生物样本序列；
步骤十一，对过滤后的样本序列进行聚类比对和物种注释分类；对物种注释分类的结果进行谱分析，所述谱分析包括alpha多样性分析、beta多样性分析以及益生菌含量和病原菌含量分析；
步骤十二，根据菌群功能及疾病关联数据库对谱分析的结果进行自动解读，并生成分析报告；将自动解读的结果和谱分析的结果自动提交给可视化平台进行可视化展示和审核；
步骤十三，通过数据存储模块利用存储器存储采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告；
步骤十四，通过显示模块利用显示器显示采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告的实时数据。
2.如权利要求1所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法，其特征在于，步骤一中，所述对装有粪菌样本的离心管进行灭菌处理，获得待检测菌体的方法，包括：
(I)采集粪菌样本，并对离心管进行灭菌处理；
取样时手带一次性无菌手套，持灭菌后的离心管，探入粪便排泄物中，打开离心管盖，将粪便样本装入离心管中，离心管充满后立刻盖严，并迅速取出，做好标记和记录，直接投入干冰中冻存，之后置于-80℃的环境中保存；
(II)菌体获得；
取粪菌样品，然后向粪菌样品中加入经4℃预冷的PBS缓冲液，其中，加入的比例为每3克粪菌中加入10ml的PBS缓冲液，待样品融化后涡旋振荡1min，然后在4℃下采用1000r/min的速度离心5min，吸取上清液；样品重复震荡、离心、取上清液三次；
将四次融化洗涤后所得上清液在4℃下采用12000r/min的速度离心10min，弃掉离心管上层清液，向每管底部沉淀均加入TE缓冲液，其中，TE缓冲液的体积与之前加入的PBS缓冲液的体积比为100：17；混匀后吸取液体至同一个灭菌离心管中，充分震荡混匀，形成细胞悬液。
3.如权利要求1所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法，其特征在于，步骤一中，所述对粪菌的基因组DNA进行提取和纯化处理的方法，包括：
取细胞悬液置于无菌管中加入经4℃预冷的PBS缓冲液，其中细胞悬液、PBS缓冲液的体积比为1：50；
加入与细胞悬液等体积的无菌玻璃小珠、裂解液、酚氯仿，借助10ul枪头将细胞悬浮，然后涡旋震荡1min，放在冰上1min，重复四次；采用12000r/min的速度离心5min，吸取上清液，并在上清液中加入等体积的酚氯仿，颠倒混匀，去蛋白，再次采用12000r/min的速度离心5min；加入溶菌酶和异硫氰酸胍，其中，每1ul的细胞悬液加入15ug的溶菌酶和0.5ul的异硫氰酸胍，混匀后于37℃孵育1h；加入蛋白酶K，混匀后于37℃孵育1h；
加入等体积的氯仿/异戊醇混合液，抽提2次，在4℃下采用12000r/min的速度离心10min；收集上清液，加入等体积的苯酚/氯仿/异戊醇混合液，混匀，在4℃下采用12000r/min的速度离心3min；
吸取上清液，加入等体积的异丙醇，室温放置10min，采用12000r/min的速度离心10min；弃上清液，留取沉淀物，在沉淀物中加入70％冰乙醇洗涤2次，自然干燥；加入DEPC水，加入的DEPC水与取的细胞悬液的体积比为1：4；然后将产物置于-20℃的环境中保存。
4.如权利要求1所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法，其特征在于，步骤四中，所述同一大小分块法下每个子图像的梯度值和每个子图像的像素均值的获得方法，包括：
通过分块法将待处理图像均分为分辨率大小相同的多个子图像，即将待处理图像划分为n×n块，得到n2个图像，Ii表示第i块图像，i∈[1,n2]；
将待处理图像在同一大小分块法下均分得到的子图像进行空间结构处理，得到子图像在空间结构内不同划分区域内的像素均值，根据子图像在不同划分区域内的像素均值得到子图像在空间结构内的梯度值。
5.如权利要求1所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法，其特征在于，步骤十中，所述对测序完成后的样本下机数据进行拆分和过滤，得到过滤后的肠道微生物样本序列的方法，包括：
对原始输入文件进行文件分割，所述原始输入文件包含有测序完成后的样本下机数据；
根据设定的过滤参数对文件分割后的文件进行数据拆分和数据过滤，得到过滤后的样本序列。
6.权利要求1所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法，其特征在于，步骤十一中，所述对过滤后的样本序列进行聚类比对和物种注释分类的方法，包括：
根据序列相似性对过滤后的样本序列进行聚类，得到最小分类单元；
从每一个最小分类单元随机挑选1条序列作为代表序列，使用基因数据库中已有的数据作为参考与该代表序列进行比对和分类注释；其中，基因数据库用于存储序列及其对应的属性信息。
7.如权利要求1所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法，其特征在于，步骤十一中，所述对物种注释分类的结果进行谱分析的方法，包括：
(1)对物种注释分类后的结果进行假阳性去除处理，以去除物种注释分类的结果中只分到一个序列的文件；
(2)对假阳性去除处理后的文件进行均一化处理，得到均一化处理后的文件；
(3)采用稀疏法对均一化处理后的文件进行alpha多样性分析，得到样本的丰富度指数、多样性指数、测序深度指数和观察到的物种个数；
(4)根据设定的健康参考集采用Unifrac算法对均一化处理后的文件进行beta多样性分析，得到样本与健康参考集间的weightedunifrac距离和unweightedunifrac距离；
(5)根据设定的健康参考集对均一化处理后的文件进行益生菌含量和病原菌含量分析，得到样本与健康参考集间的益生菌含量和病原菌含量差异；其中，益生菌包括双歧杆菌属、普拉梭菌、乳酸菌属、罗氏菌属、拟杆菌属和芽孢杆菌属。
8.一种应用如权利要求1～7任意一项所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测系统，其特征在于，所述非诊断目的的肠道微生物定性与定量的检测系统包括：
取样模块、微观图像采集模块、图像特征提取模块、中央控制模块、基因提取模块、扩增模块、测序模块、分析模块、数据存储模块、显示模块；
取样模块，与中央控制模块连接，用于通过样本提取设备采集所述肠道微生物的粪菌检测样品；
微观图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过显微设备从抽取的肠道微生物样品中采集肠道微生物的微观图像；
图像特征提取模块，与中央控制模块连接，用于通过提取程序从采集的肠道微生物微观图像中提取肠道微生物图像特征；
中央控制模块，与取样模块、微观图像采集模块、图像特征提取模块、基因提取模块、扩增模块、测序模块、分析模块、数据存储模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；
基因提取模块，与中央控制模块连接，用于通过基因提取设备提取肠道微生物基因组DNA；
扩增模块，与中央控制模块连接，用于通过PCR扩增技术对肠道微生物进行扩展处理；
测序模块，与中央控制模块连接，用于通过测序设备对扩展处理后的肠道微生物进行测序操作；
分析模块，与中央控制模块连接，用于通过分析程序根据提取的肠道微生物的图像特征及基因序列对肠道微生物信息进行分析，并生成分析报告；
数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的肠道微生物图像、图像特征、基因组DNA、测序结果及分析报告的实时数据。
9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1～7任意一项所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～7任意一项所述的非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法。
CN202010394083.2A 2020-05-11 2020-05-11 非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统 Pending CN111575358A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010394083.2A CN111575358A (zh) 2020-05-11 2020-05-11 非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010394083.2A CN111575358A (zh) 2020-05-11 2020-05-11 非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111575358A true CN111575358A (zh) 2020-08-25

Family

ID=72109208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010394083.2A Pending CN111575358A (zh) 2020-05-11 2020-05-11 非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111575358A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010104301A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Eiken Chem Co Ltd 微生物の検出方法、装置およびプログラム
CN107463800B (zh) * 2017-07-19 2018-05-11 东莞博奥木华基因科技有限公司 一种肠道微生物信息分析方法及系统
CN110852235A (zh) * 2019-11-05 2020-02-28 长安大学 一种图像特征提取方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010104301A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Eiken Chem Co Ltd 微生物の検出方法、装置およびプログラム
CN107463800B (zh) * 2017-07-19 2018-05-11 东莞博奥木华基因科技有限公司 一种肠道微生物信息分析方法及系统
CN110852235A (zh) * 2019-11-05 2020-02-28 长安大学 一种图像特征提取方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. A novel abundance-based algorithm for binning metagenomic sequences using l-tuples
Sepehri et al. Microbial diversity of inflamed and noninflamed gut biopsy tissues in inflammatory bowel disease
CN111933218B (zh) 一种优化的宏基因组binning分析微生物群落的方法
Hu et al. High-throughput single-cell cultivation reveals the underexplored rare biosphere in deep-sea sediments along the Southwest Indian Ridge
EP2926288B1 (en) Accurate and fast mapping of targeted sequencing reads
Wang et al. Laser capture microdissection and metagenomic analysis of intact mucosa-associated microbial communities of human colon
CN105420375B (zh) 一种环境微生物基因组草图的构建方法
JP6644672B2 (ja) アセンブルされていない配列情報、確率論的方法、及び形質固有（ｔｒａｉｔ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）のデータベースカタログを用いた生物材料の特性解析
WO2023098152A1 (zh) 一种微生物基因数据库的构建方法及系统
CN114974411A (zh) 宏基因组病原微生物基因组数据库及其构建方法
Mun et al. Decoding the intestinal microbiota repertoire of sow and weaned pigs using culturomic and metagenomic approaches
Suetsugu et al. Mycorrhizal communities of two closely related species, Pyrola subaphylla and P. japonica, with contrasting degrees of mycoheterotrophy in a sympatric habitat
CN110827917A (zh) 一种基于snp鉴定个体肠道菌群类型的方法
CN114023386A (zh) 宏基因组数据分析及特征菌筛选方法
EP3961638A1 (en) Novel method for processing sequence information about single biological unit
CN111575358A (zh) 非诊断目的的肠道微生物定性与定量检测方法及检测系统
Evans et al. Comparing two common DNA extraction kits for the characterization of symbiotic microbial communities from ascidian tissue
Westaway et al. Methods for exploring the faecal microbiome of premature infants: a review
TWI582631B (zh) 用以分析細菌菌種之定序資料的系統及其方法
CN114369673B (zh) 结直肠腺瘤生物标志物、试剂盒及生物标志物的筛选方法
CN113470752A (zh) 一种基于纳米孔测序仪的细菌测序数据鉴定方法
Paulson Normalization and differential abundance analysis of metagenomic biomarker-gene surveys
CN113337578A (zh) 一种基于转录组数据高效筛选水产动物阳性snp的方法
Li et al. DNA Enrichment Methods for Microbial Symbionts in Marine Bivalves
US20220005545A1 (en) Method and Apparatus For Analysing a Sample

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination