CN117727368A - 一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，涉及基因检测技术领域，所述系统包括：参考数据获取模块用于从开源基因数据库中获取参考基因组数据；模式选择模块用于选择单一病毒分析模式或选择混合病毒分析模式；比对序列模块用于获取对应分析模式所需的病毒测序数据并与对应的参考基因组数据进行比对，得到序列比对文件；数据分析模块用于测序深度计算、覆盖度计算、突变检测、基因组组装、溯源分析、丰度统计中至少任一项，得到分析数据；报告生成模块用于将数据分析模块所得的分析数据输出为报告文件。本发明针对缺少能够自动、快速生成新型冠状病毒基因组分型报告的系统的问题，提高了生成新型冠状病毒基因组分型报告的效率。
Description
技术领域
本发明涉及基因检测技术领域，更具体地，涉及一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统。
背景技术
由于新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的迅速传播和高度变异，发病率的增加是一个具有国际重要性的全球性问题。不同地区疾病发病率的上升和下降与某些变体的传播有关，这些变体是在人口免疫力的影响下产生的，也是由于病毒的自然进化过程。全球出现的各种SARS-CoV-2病毒谱系可能导致病毒抗体和疫苗失效，这推动了对准确和有效的基因组分型的需求。将SARS-CoV-2纳入分子遗传监测系统，能够及时应对新变异的出现，调整防疫措施，降低发病率。SARS-CoV-2的分子检测是临床管理和监测的关键。国家相继发布了多个针对SARS-CoV-2的监测工作方案，要求哨点医院就诊患者、入境人员、重点场所和重点人群中核酸检测阳性标本，以及重症和死亡病例标本等开展新冠病毒全基因组测序工作，将序列按时报送中国疾控中心病毒病所。另外，要求选择有条件的城市布点探索性开展污水监测，采集污水处理厂污水样本开展新冠病毒核酸检测，对阳性样本进行病毒基因测序，动态了解环境样本阳性率和病毒量变化，跟踪污水阳性样本的病毒基因序列变化。
当前缺少能够自动、快速生成新型冠状病毒基因组分型报告的系统。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术中缺少能够自动、快速生成新型冠状病毒基因组分型报告的系统的问题，提供了一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，本发明提高了生成新型冠状病毒基因组分型报告的效率。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：
一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，所述系统包括：参考数据获取模块、模式选择模块、比对序列模块、数据分析模块和报告生成模块；
所述参考数据获取模块，用于从开源基因数据库中获取参考基因组数据；
所述模式选择模块，用于选择单一病毒分析模式，或选择混合病毒分析模式；
所述比对序列模块，用于获取对应分析模式所需的病毒测序数据并与对应的参考基因组数据进行比对，得到序列比对文件；
所述数据分析模块，用于测序深度计算、覆盖度计算、突变检测、基因组组装、溯源分析、丰度统计中至少任一项，得到分析数据；
所述报告生成模块，用于将数据分析模块所得的分析数据输出为报告文件。
优选地，所述参考数据获取模块，用于从开源基因数据库中获取参考基因组数据，包括如下：
从开源基因数据库中获取第一基因序列，并将第一基因序列作为第一参考基因组数据库；
从不同的开源基因数据库筛选出覆盖所有型别的新型冠状病毒基因序列，根据筛选出的新型冠状病毒基因序列更新本地基因组数据库，将本地基因组数据库中的基因序列作为第二参考基因组数据库。
优选地，所述从不同的开源基因数据库筛选出覆盖所有型别的新型冠状病毒基因序列，根据筛选出的新型冠状病毒基因序列更新本地基因组数据库，包括：
从开源基因数据库中筛选出覆盖所有型别的新型冠状病毒基因序列，得到最新的新型冠状病毒基因序列文件及最新列表信息；
将本地基因组数据库的列表信息与最新列表信息进行比对，所述本地基因组数据库的列表信息与最新列表信息均包括每条新型冠状病毒基因序列对应的型别、发布日期和编录号；
筛选出不存在于本地基因组数据库的列表信息中的型别，并将型别与其发布日期和编录号添加进本地基因组数据库的列表信息，将最新的新型冠状病毒基因序列文件中对应的新型冠状病毒基因序列添加进本地基因组数据库的基因序列。
优选地，所述用于获取对应分析模式所需的病毒测序数据并与对应的参考基因组数据进行比对，得到序列比对文件，包括：
获取单一病毒测序数据，并进行质量评估和数据过滤；
将质量评估和数据过滤后的单一病毒测序数据与第一参考基因组数据库中的序列进行比对，得到单一病毒序列比对文件；
获取混合病毒测序数据，并进行质量评估和数据过滤；
将质量评估和数据过滤后的混合病毒测序数据与第二参考基因组数据库中的序列进行比对，得到混合病毒序列比对文件。
优选地，所述测序深度计算，具体包括如下：
计算比对序列模块所得的序列比对文件对于本地基因组数据库的基因序列中不同型别新型冠状病毒基因序列的测序深度，再将序列比对文件划分为若干个具有预设大小的分区，计算每个分区的平均测序深度。
优选地，所述覆盖度计算，具体包括如下：
计算比对序列模块所得的序列比对文件对于本地基因组数据库的基因序列中不同型别新型冠状病毒基因序列的覆盖度，根据覆盖度判断序列比对文件的基因型。
优选地，所述突变检测，具体包括：
优选地，对单一病毒序列比对文件进行突变检测，得到其具体突变位点。
优选地，所述基因组组装、溯源分析，具体包括：
对单一病毒序列比对文件采用有参拼接进行基因组组装，得到其全基因组序列；
根据全基因组序列构建进化树，进行溯源分析。
优选地，所述丰度统计，具体包括：
混合病毒序列比对文件中记录有读长数，分析混合病毒序列比对文件中的读长数，将唯一比对上本地基因组数据库的基因序列中的某一型别的读长数除以总有效读长数，得到每个型别的丰度。
优选地，所述将数据分析模块所得的分析数据输出为报告文件，包括如下：
病毒测序数据具有对应的样本编号，根据病毒测序数据的样本编号提取数据分析模块中对应的分析数据，再将数据分析模块中对应的分析数据绘制为图表；
将图表按照预设模板保存为文件，再按照样本编号及对应的基因型为文件命名，得到报告文件。
本发明的有益效果如下：
本发明解决了现有技术缺少能够自动、快速生成新型冠状病毒基因组分型报告的系统的问题，采用了参考数据获取模块、模式选择模块、比对序列模块、数据分析模块和报告生成模块，能够根据不同模式自动对样本数据进行分析并生成报告文件，提高了生成新型冠状病毒基因组分型报告的效率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案更加清楚，本发明提供如下附图并进行说明：
图1为本发明的整体流程图。
具体实施方式
以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，所述系统包括：参考数据获取模块、模式选择模块、比对序列模块、数据分析模块和报告生成模块；
所述参考数据获取模块，用于从开源基因数据库中获取参考基因组数据；
所述模式选择模块，用于选择单一病毒分析模式，或选择混合病毒分析模式；
所述比对序列模块，用于获取对应分析模式所需的病毒测序数据并与对应的参考基因组数据进行比对，得到序列比对文件；
所述数据分析模块，用于测序深度计算、覆盖度计算、突变检测、基因组组装、溯源分析、丰度统计中至少任一项，得到分析数据；
所述报告生成模块，用于将数据分析模块所得的分析数据输出为报告文件。
优选地，所述参考数据获取模块，用于从开源基因数据库中获取参考基因组数据，包括如下：
从开源基因数据库中获取第一基因序列，并将第一基因序列作为第一参考基因组数据库；
从不同的开源基因数据库筛选出覆盖所有型别的新型冠状病毒基因序列，根据筛选出的新型冠状病毒基因序列更新本地基因组数据库，将本地基因组数据库中的基因序列作为第二参考基因组数据库。
优选地，所述从不同的开源基因数据库筛选出覆盖所有型别的新型冠状病毒基因序列，根据筛选出的新型冠状病毒基因序列更新本地基因组数据库，包括：
从开源基因数据库中筛选出覆盖所有型别的新型冠状病毒基因序列，得到最新的新型冠状病毒基因序列文件及最新列表信息；
将本地基因组数据库的列表信息与最新列表信息进行比对，所述本地基因组数据库的列表信息与最新列表信息均包括每条新型冠状病毒基因序列对应的型别、发布日期和编录号；
筛选出不存在于本地基因组数据库的列表信息中的型别，并将型别与其发布日期和编录号添加进本地基因组数据库的列表信息，将最新的新型冠状病毒基因序列文件中对应的新型冠状病毒基因序列添加进本地基因组数据库的基因序列。
在一个具体的实施例中，所述开源基因数据库包括Nextclade和GenBank。
在一个具体的实施例中，所述第一基因序列为2019-nCoV(MN908947.3)序列。
在一个具体的实施例中，所述最新的新型冠状病毒基因序列文件采用fasta格式；所述最新列表信息采用csv格式。
优选地，所述用于获取对应分析模式所需的病毒测序数据并与对应的参考基因组数据进行比对，得到序列比对文件，包括：
获取单一病毒测序数据，并进行质量评估和数据过滤；
将质量评估和数据过滤后的单一病毒测序数据与第一参考基因组数据库中的序列进行比对，得到单一病毒序列比对文件；
获取混合病毒测序数据，并进行质量评估和数据过滤；
将质量评估和数据过滤后的混合病毒测序数据与第二参考基因组数据库中的序列进行比对，得到混合病毒序列比对文件。
优选地，所述测序深度计算，具体包括如下：
计算比对序列模块所得的序列比对文件对于本地基因组数据库的基因序列中不同型别新型冠状病毒基因序列的测序深度，再将序列比对文件划分为若干个具有预设大小的分区，计算每个分区的平均测序深度。
优选地，所述覆盖度计算，具体包括如下：
计算比对序列模块所得的序列比对文件对于本地基因组数据库的基因序列中不同型别新型冠状病毒基因序列的覆盖度，根据覆盖度判断序列比对文件的基因型。
在一个具体的实施例中，采用samtools软件进行测序深度计算和覆盖度计算；当序列比对文件与本地基因组数据库的基因序列中某一型别新型冠状病毒基因组的覆盖度大于或等于90％时则判断序列比对文件的基因型与其相同。
优选地，所述突变检测，具体包括：
优选地，对单一病毒序列比对文件进行突变检测，得到其具体突变位点。
优选地，所述基因组组装、溯源分析，具体包括：
对单一病毒序列比对文件采用有参拼接进行基因组组装，得到其全基因组序列；
根据全基因组序列构建进化树，进行溯源分析。
优选地，所述丰度统计，具体包括：
在一个具体的实施例中，所述有参拼接采用ivar软件进行。
混合病毒序列比对文件中记录有读长数，分析混合病毒序列比对文件中的读长数，将唯一比对上本地基因组数据库的基因序列中的某一型别的读长数除以总有效读长数，得到每个型别的丰度。
优选地，所述将数据分析模块所得的分析数据输出为报告文件，包括如下：
病毒测序数据具有对应的样本编号，根据病毒测序数据的样本编号提取数据分析模块中对应的分析数据，再将数据分析模块中对应的分析数据绘制为图表；
将图表按照预设模板保存为文件，再按照样本编号及对应的基因型为文件命名，得到报告文件。
在一个具体的实施例中，所述单一病毒测序数据的报告文件包括测序数据质量分析、测序数据统计、比对结果、分型结果、SNP/InDel变异结果以及溯源分析。
在一个具体的实施例中，所述混合病毒测序数据的报告文件包括测序数据质量分析、测序数据统计、比对结果以及对应型别的丰度。
本发明的自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统能够自动并且准确、快速地对新型冠状病毒进行分型、分析和遗传进化研究，其筛选了适合进行新型冠状病毒分型的参考序列，搭建了新型冠状病毒分型与序列分析的流程，构建了单一新型冠状病毒和混合新型冠状病毒同步分析的方法，实现了分析的并行化与自动化，本发明能够满足各类疫病预防控制机构和研究院所开展新型冠状病毒的流行病学调查和遗传变异研究，降低了分析的技术门槛和难度，提高了工作效率。
实施例2
实施例1所述的自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其工作原理包括如下：
采用模式选择模块选择单一病毒分析模式；
获取单一病毒测序数据，并进行质量评估和数据过滤；
将质量评估和数据过滤后的单一病毒测序数据与2019-nCoV(MN908947.3)序列进行比对，得到单一病毒序列比对文件；
采用samtools软件计算单一病毒序列比对文件对于本地基因组数据库的基因序列中不同型别新型冠状病毒基因序列的测序深度，再将混合病毒序列比对文件划分为若干个具有预设大小的分区，计算每个分区的平均测序深度；
采用samtools软件计算单一病毒序列比对文件对于本地基因组数据库的基因序列中不同型别新型冠状病毒基因序列的覆盖度，将覆盖度大于或等于90％的型别作为单一病毒序列比对文件的基因型；
对单一病毒序列比对文件进行突变检测，得到其具体突变位点；
采用ivar软件对单一病毒序列比对文件进行有参拼接并进行基因组组装，得到其全基因组序列；
根据全基因组序列构建进化树，进行溯源分析；
单一病毒测序数据具有对应的样本编号，根据单一病毒测序数据的样本编号提取测序数据质量分析、测序数据统计、比对结果、分型结果、SNP/InDel变异结果以及溯源分析，再将测序数据质量分析、测序数据统计、比对结果、分型结果、SNP/InDel变异结果以及溯源分析绘制为图表；
将图表按照预设模板保存为文件，再按照样本编号及对应的基因型为文件命名，得到报告文件。
实施例3
实施例1所述的自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其工作原理包括如下：
采用模式选择模块选择混合病毒分析模式；
获取混合病毒测序数据，并进行质量评估和数据过滤；
将质量评估和数据过滤后的混合病毒测序数据与本地基因组数据库中的基因序列进行比对，得到混合病毒序列比对文件；
采用samtools软件计算混合病毒序列比对文件对于本地基因组数据库的基因序列中不同型别新型冠状病毒基因序列的测序深度，再将混合病毒序列比对文件划分为若干个具有预设大小的分区，计算每个分区的平均测序深度；
采用samtools软件计算混合病毒序列比对文件对于本地基因组数据库的基因序列中不同型别新型冠状病毒基因序列的覆盖度，将覆盖度大于或等于90％的型别作为混合病毒序列比对文件的基因型；
混合病毒序列比对文件中记录有读长数，分析混合病毒序列比对文件中的读长数，将唯一比对上本地基因组数据库的基因序列中的某一型别的读长数除以总有效读长数，得到每个型别的丰度；
混合病毒测序数据具有对应的样本编号，根据混合病毒测序数据的样本编号提取测序数据质量分析、测序数据统计、比对结果以及对应型别的丰度，再将测序数据质量分析、测序数据统计、比对结果以及对应型别的丰度绘制为图表；
将图表按照预设模板保存为文件，再按照样本编号及对应的基因型为文件命名，得到报告文件。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其特征在于：所述系统包括：参考数据获取模块、模式选择模块、比对序列模块、数据分析模块和报告生成模块；
所述参考数据获取模块，用于从开源基因数据库中获取参考基因组数据；
所述模式选择模块，用于选择单一病毒分析模式，或选择混合病毒分析模式；
所述比对序列模块，用于获取对应分析模式所需的病毒测序数据并与对应的参考基因组数据进行比对，得到序列比对文件；
所述数据分析模块，用于测序深度计算、覆盖度计算、突变检测、基因组组装、溯源分析、丰度统计中至少任一项，得到分析数据；
所述报告生成模块，用于将数据分析模块所得的分析数据输出为报告文件。
2.根据权利要求1所述的一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其特征在于：所述参考数据获取模块，用于从开源基因数据库中获取参考基因组数据，包括如下：
从开源基因数据库中获取第一基因序列，并将第一基因序列作为第一参考基因组数据库；
从不同的开源基因数据库筛选出覆盖所有型别的新型冠状病毒基因序列，根据筛选出的新型冠状病毒基因序列更新本地基因组数据库，将本地基因组数据库中的基因序列作为第二参考基因组数据库。
3.根据权利要求2所述的一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其特征在于：所述从不同的开源基因数据库筛选出覆盖所有型别的新型冠状病毒基因序列，根据筛选出的新型冠状病毒基因序列更新本地基因组数据库，包括：
从开源基因数据库中筛选出覆盖所有型别的新型冠状病毒基因序列，得到最新的新型冠状病毒基因序列文件及最新列表信息；
将本地基因组数据库的列表信息与最新列表信息进行比对，所述本地基因组数据库的列表信息与最新列表信息均包括每条新型冠状病毒基因序列对应的型别、发布日期和编录号；
筛选出不存在于本地基因组数据库的列表信息中的型别，并将型别与其发布日期和编录号添加进本地基因组数据库的列表信息，将最新的新型冠状病毒基因序列文件中对应的新型冠状病毒基因序列添加进本地基因组数据库的基因序列。
4.根据权利要求2所述的一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其特征在于：所述用于获取对应分析模式所需的病毒测序数据并与对应的参考基因组数据进行比对，得到序列比对文件，包括：
获取单一病毒测序数据，并进行质量评估和数据过滤；
将质量评估和数据过滤后的单一病毒测序数据与第一参考基因组数据库中的序列进行比对，得到单一病毒序列比对文件；
获取混合病毒测序数据，并进行质量评估和数据过滤；
将质量评估和数据过滤后的混合病毒测序数据与第二参考基因组数据库中的序列进行比对，得到混合病毒序列比对文件。
5.根据权利要求2所述的一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其特征在于：所述测序深度计算，具体包括如下：
计算比对序列模块所得的序列比对文件对于本地基因组数据库的基因序列中不同型别新型冠状病毒基因序列的测序深度，再将序列比对文件划分为若干个具有预设大小的分区，计算每个分区的平均测序深度。
6.根据权利要求2所述的一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其特征在于：所述覆盖度计算，具体包括如下：
计算比对序列模块所得的序列比对文件对于本地基因组数据库的基因序列中不同型别新型冠状病毒基因序列的覆盖度，根据覆盖度判断序列比对文件的基因型。
7.根据权利要求4所述的一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其特征在于：所述突变检测，具体包括：
对单一病毒序列比对文件进行突变检测，得到其具体突变位点。
8.根据权利要求4所述的一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其特征在于：所述基因组组装、溯源分析，具体包括：
对单一病毒序列比对文件采用有参拼接进行基因组组装，得到其全基因组序列；
根据全基因组序列构建进化树，进行溯源分析。
9.根据权利要求4所述的一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其特征在于：所述丰度统计，具体包括：
混合病毒序列比对文件中记录有读长数，分析混合病毒序列比对文件中的读长数，将唯一比对上本地基因组数据库的基因序列中的某一型别的读长数除以总有效读长数，得到每个型别的丰度。
10.根据权利要求6所述的一种自动化新型冠状病毒基因组快速分型报告系统，其特征在于：所述将数据分析模块所得的分析数据输出为报告文件，包括如下：
病毒测序数据具有对应的样本编号，根据病毒测序数据的样本编号提取数据分析模块中对应的分析数据，再将数据分析模块中对应的分析数据绘制为图表；
将图表按照预设模板保存为文件，再按照样本编号及对应的基因型为文件命名，得到报告文件。
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