JP2016214109A - Estimation method of intestine age, and estimation device of intestine age - Google Patents
Estimation method of intestine age, and estimation device of intestine age Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016214109A JP2016214109A JP2015100567A JP2015100567A JP2016214109A JP 2016214109 A JP2016214109 A JP 2016214109A JP 2015100567 A JP2015100567 A JP 2015100567A JP 2015100567 A JP2015100567 A JP 2015100567A JP 2016214109 A JP2016214109 A JP 2016214109A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- intestinal
- age
- subjects
- database
- subject
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 82
- 210000000936 intestine Anatomy 0.000 title abstract description 12
- 230000000968 intestinal effect Effects 0.000 claims abstract description 300
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims abstract description 172
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 claims abstract description 132
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 244000005709 gut microbiome Species 0.000 claims description 58
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 55
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 54
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 40
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 8
- 238000003752 polymerase chain reaction Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 4
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 4
- 241000894007 species Species 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 108020004465 16S ribosomal RNA Proteins 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000305071 Enterobacterales Species 0.000 description 2
- 239000011543 agarose gel Substances 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 2
- 230000002757 inflammatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 description 2
- 238000002493 microarray Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 4-amino-1-[(2r)-6-amino-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-amino-3-phenylpropanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-methylpentanoyl]amino]hexanoyl]piperidine-4-carboxylic acid Chemical compound C([C@H](C(=O)N[C@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N1CCC(N)(CC1)C(O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 0.000 description 1
- 241000186046 Actinomyces Species 0.000 description 1
- 108091093088 Amplicon Proteins 0.000 description 1
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZYFVNVRFVHJEIU-UHFFFAOYSA-N PicoGreen Chemical compound CN(C)CCCN(CCCN(C)C)C1=CC(=CC2=[N+](C3=CC=CC=C3S2)C)C2=CC=CC=C2N1C1=CC=CC=C1 ZYFVNVRFVHJEIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012300 Sequence Analysis Methods 0.000 description 1
- 239000007984 Tris EDTA buffer Substances 0.000 description 1
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 1
- 238000003149 assay kit Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000037213 diet Effects 0.000 description 1
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000000556 factor analysis Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000010187 selection method Methods 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
本発明は、腸内年齢の推定方法、および腸内年齢の推定装置に関する。 The present invention relates to an intestinal age estimation method and an intestinal age estimation apparatus.
近年、健康への関心が高まるなか、腸年齢に注目が集まっている。なお、腸年齢とは、腸内の状態に基づいて決定された年齢(または年代)である。ヒトや動物の腸管には、多数の細菌が存在し腸内細菌叢を形成している。腸内細菌叢を構成している細菌の種類は、生理、疾病、薬物、食物、生活習慣、ストレス、老化、腸内菌の相互作用等によって変動する。 In recent years, attention has been focused on intestinal age as interest in health has increased. Intestinal age is the age (or age) determined based on the state of the intestine. A large number of bacteria exist in the intestinal tract of humans and animals to form an intestinal flora. The types of bacteria that make up the intestinal flora vary depending on physiology, disease, drugs, food, lifestyle, stress, aging, interactions of enterobacteria, and the like.
このような腸内状態を調べるため、平均30歳の若年者群と、70歳の高齢者群、および100歳以上の高齢者群それぞれの糞便のサンプルに対して、系統発生マイクロアレイ(phylogenetic microarray=16S rRNA gene ampliconを調べるHuman Intestinal Tract Chip, HITChip)を用いて主因子分析(Principal Component Analysis:PCA)を行い、腸内細菌叢について分析する。そして、100歳以上の高齢者群と、その子孫の腸内細菌叢との組成分布を比較する。また、被験者の炎症性状態と腸内細菌叢について組成の関連についての分析が行われている(例えば、非特許文献1参照)。 In order to investigate such an intestinal condition, a phylogenetic microarray (phylogenetic microarray) was used for samples of faeces of a young group of 30 years old, an elderly group of 70 years old, and an elderly group of 100 years or older. Main factor analysis (PCA) is performed using Human Intestinal Tract Chip (HITChip) to examine 16S rRNA gene amplicon, and the intestinal flora is analyzed. And the composition distribution of the elderly group of 100 years old or more and the intestinal microflora of the offspring are compared. Moreover, the analysis regarding the relationship of a composition is performed about a test subject's inflammatory state and intestinal microflora (for example, refer nonpatent literature 1).
また、若年者と、高齢者それぞれの糞便に含まれる細菌の塩基配列を解析し、若年者と、高齢者それぞれの腸内細菌叢について組成分布を分析することが行われている(例えば、非特許文献2参照)。 In addition, the base sequence of bacteria contained in the feces of young and elderly persons is analyzed, and the composition distribution is analyzed for the intestinal flora of young and elderly persons (for example, non- Patent Document 2).
しかしながら、非特許文献1および非特許文献2に記載の技術では、対象者の腸年齢を推定することができなかった。
However, with the techniques described in
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、腸内年齢を推定することができる腸内年齢の推定方法、および腸内年齢の推定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an intestinal age estimation method and an intestinal age estimation apparatus that can estimate the intestinal age.
(1)上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る腸内年齢の推定方法は、人工神経回路網を用いて、対象者の腸内年齢を推定する推定工程、を含む腸内年齢の推定方法であって、前記人工神経回路網は、年齢の異なる複数の被験者の各々を識別する識別子と、前記複数の被験者から抽出された全ての種類を含む細菌分類レベルにおける複数の腸内細菌の各々について、前記複数の被験者の各々毎に抽出された細菌分類レベルにおける全ての腸内細菌に対する比率を表す値と、前記複数の被験者の各々の年齢を表す値と、が対応付けられている腸内細菌叢データベースを用いて構築されている、腸内年齢の推定方法。 (1) In order to achieve the above object, an intestinal age estimation method according to an aspect of the present invention includes an estimation step of estimating an intestinal age of a subject using an artificial neural network. The artificial neural network includes an identifier for identifying each of a plurality of subjects having different ages, and a plurality of intestinal bacteria at a bacterial classification level including all types extracted from the plurality of subjects. For each of the plurality of subjects, a value representing a ratio to all intestinal bacteria at the bacterial classification level extracted for each of the plurality of subjects is associated with a value representing the age of each of the plurality of subjects. An intestinal age estimation method constructed using an intestinal microbiota database.
(2)また、本発明の一態様に係る腸内年齢の推定方法において、前記推定工程では、前記複数の被験者から抽出された全ての種類を含む複数の細菌分類レベルの腸内細菌の各々について、対象者から抽出された全ての腸内細菌に対する比率を表す値を、前記人工神経回路網に入力することによって、対象者の腸内年齢が推定されるようにしてもよい。 (2) In the intestinal age estimation method according to one aspect of the present invention, in the estimation step, for each of a plurality of intestinal bacteria having a plurality of bacterial classification levels including all types extracted from the plurality of subjects. The intestinal age of the subject may be estimated by inputting a value representing the ratio of all the intestinal bacteria extracted from the subject to the artificial neural network.
(3)また、本発明の一態様に係る腸内年齢の推定方法において、前記腸内細菌叢データベースに含まれる前記複数の被験者の年齢を、複数の年齢グループに分離する分類工程と、前記分類工程によって分類された前記複数の年齢グループの各々について、前記比率を表す値の平均値を前記腸内細菌の各々について算出する平均値算出工程と、前記平均値算出工程によって算出された前記平均値と、前記年齢グループに属する前記被験者の各々の前記比率との差を前記腸内細菌の各々について算出し、算出した差の総和を前記被験者の各々について算出する総和算出工程と、前記年齢グループに属する複数の被験者の中から、前記総和算出工程によって算出された前記総和の値が小さい順に所定の人数ずつ前記年齢グループの各々から選択する選択工程と、前記選択工程によって選択された被験者の腸内細菌の情報と年齢とを用いて、前記腸内細菌叢データベースを再構築する再構築工程と、前記再構築工程によって再構築された腸内細菌叢データベースを用いて、前記人工神経回路網を構築するようにしてもよい。 (3) In the intestinal age estimation method according to one aspect of the present invention, a classification step of separating the ages of the plurality of subjects included in the intestinal microbiota database into a plurality of age groups, and the classification For each of the plurality of age groups classified by a process, an average value calculating step for calculating an average value of the values representing the ratio for each of the intestinal bacteria, and the average value calculated by the average value calculating step A difference between the ratio of each of the subjects belonging to the age group is calculated for each of the enteric bacteria, and a total calculation step of calculating a sum of the calculated differences for each of the subjects; From a plurality of subjects belonging to the age group, a predetermined number of subjects are selected from each of the age groups in ascending order of the sum calculated in the sum calculation step. Using the selection step, the intestinal bacterial information and age of the subject selected by the selection step, a reconstruction step for reconstructing the intestinal flora database, and the intestines reconstructed by the reconstruction step The artificial neural network may be constructed using an internal bacterial flora database.
(4)また、本発明の一態様に係る腸内年齢の推定方法において、前記人工神経回路網の入力数は、前記複数の被験者から抽出された全ての種類を含む細菌分類レベルにおける複数の腸内細菌の種類の総数であり、前記人工神経回路網の出力数は、前記分類工程によって分類された前記複数の年齢グループの総数であるようにしてもよい。 (4) In the intestinal age estimation method according to one aspect of the present invention, the number of inputs of the artificial neural network includes a plurality of intestines at a bacterial classification level including all types extracted from the plurality of subjects. It is the total number of types of internal bacteria, and the number of outputs of the artificial neural network may be the total number of the plurality of age groups classified by the classification step.
(5)また、本発明の一態様に係る腸内年齢の推定方法において、前記分類工程では、前記複数の被験者が10歳毎に分離され、前記推定工程では、前記対象者の腸内年齢が10歳毎に推定されるようにしてもよい。
(6)また、本発明の一態様に係る腸内年齢の推定方法において、前記腸内細菌叢データベースは、離乳前および離乳中を含む0〜104歳の被験者から抽出された腸内細菌の前記比率を示す値に基づいて構築されるようにしてもよい。
(5) Moreover, in the intestinal age estimation method according to an aspect of the present invention, in the classification step, the plurality of subjects are separated every 10 years, and in the estimation step, the intestinal age of the subject is determined. It may be estimated every 10 years.
(6) Moreover, in the estimation method of the intestinal age which concerns on 1 aspect of this invention, the said intestinal microflora database is the said of the enteric bacteria extracted from the
(7)また、本発明の一態様に係る腸内年齢の推定方法において、前記人工神経回路網は、隠れ層を有するフィードフォワードニューラルネットワークであるようにしてもよい。 (7) In the intestinal age estimation method according to one aspect of the present invention, the artificial neural network may be a feedforward neural network having a hidden layer.
(8)また、本発明の一態様に係る腸内年齢の推定方法において、前記腸内細菌叢データベースは、前記被験者から抽出された全ての腸内細菌に対する前記被験者から抽出された腸内細菌の各々の比率を前記被験者毎に取得する取得工程と、前記取得工程によって取得された前記被験者毎の腸内細菌の各々の比率を用いて、前記被験者の総数m(mは2以上の整数)と、前記複数の被験者から抽出された全ての種類を含む細菌分類レベルにおける複数の腸内細菌の種類の総数n(nは2以上の整数)とを抽出する抽出工程と、前記抽出工程によって抽出された前記被験者の総数mと、前記複数の腸内細菌の種類の総数nと、前記複数の被験者の各々毎に抽出された細菌分類レベルにおける全ての腸内細菌に対する比率を表す値と、を用いて、m行×n行の構成データを構築する構成データ構築工程と、前記複数の被験者の各々の年齢を示す情報を取得し、取得した前記被験者毎の年齢を示す情報を、前記構成データ構築工程で構築された前記構成データに対応付けて腸内細菌叢データベースを構築するデータベース構築工程と、によって構築されたデータベースであるようにしてもよい。 (8) Moreover, in the intestinal age estimation method according to one aspect of the present invention, the intestinal microflora database includes the intestinal bacteria extracted from the subject with respect to all the intestinal bacteria extracted from the subject. The acquisition step of acquiring each ratio for each subject, and the total number m of the subjects (m is an integer of 2 or more), using the ratio of each intestinal bacterium for each subject acquired in the acquisition step, An extraction step of extracting a total number n of types of a plurality of enteric bacteria (n is an integer of 2 or more) at a bacterial classification level including all types extracted from the plurality of subjects; The total number m of the subjects, the total number n of the types of the plurality of enteric bacteria, and a value representing the ratio of all the intestinal bacteria in the bacterial classification level extracted for each of the plurality of subjects. And A configuration data construction step of constructing configuration data of rows × n rows, information indicating the age of each of the plurality of subjects is acquired, and information indicating the acquired age for each subject is configured in the configuration data configuration step The database may be constructed by a database construction step of constructing an intestinal microbiota database in association with the configured data.
(9)上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る腸内年齢の推定装置は、年齢の異なる複数の被験者の各々を識別する識別子と、前記複数の被験者から抽出された全ての種類を含む細菌分類レベルにおける複数の腸内細菌の各々について、前記複数の被験者の各々について抽出された細菌分類レベルにおける全ての腸内細菌に対する比率を表す値と、前記複数の被験者の各々の年齢を表す値と、が対応付けられている腸内細菌叢データベースが格納されているデータベースと、前記データベースに格納されている前記腸内細菌叢データベースを用いて構築された人工神経回路網を用いて、対象者の腸内年齢を推定する推定部と、を備える。 (9) In order to achieve the above object, an intestinal age estimation apparatus according to an aspect of the present invention includes an identifier for identifying each of a plurality of subjects having different ages, and all types extracted from the plurality of subjects. For each of a plurality of enteric bacteria at a bacterial classification level comprising: a value representing a ratio to all enteric bacteria at a bacterial classification level extracted for each of the plurality of subjects; and an age of each of the plurality of subjects. Using a database storing an intestinal microflora database associated with a value to represent, and an artificial neural network constructed using the intestinal microflora database stored in the database, An estimation unit that estimates the intestinal age of the subject.
(1)および(9)によれば、腸内細菌叢データベースを用いて構築された人工神経回路網によって、対象者の腸内年齢を推定することができる。なお、細菌の各分類レベルとは、門、綱、目、科、属、種等の分類レベルである。また、被験者とは、腸内細菌叢のデータベースを構築するために試料を提供した人である。また、対象者とは、腸内年齢の推定が行われる人である。なお、被験者が対象者であってもよい。
(2)によれば、対象者の腸内細菌の状態に基づいて、対象者の腸内年齢を推定することができる。
According to (1) and (9), the intestinal age of the subject can be estimated by the artificial neural network constructed using the intestinal flora database. In addition, each classification level of bacteria is a classification level such as a gate, a class, an eye, a family, a genus, and a species. The test subject is a person who provided a sample to construct a database of intestinal microflora. The target person is a person whose intestinal age is estimated. The subject may be the subject.
According to (2), the intestinal age of the subject can be estimated based on the state of the intestinal bacteria of the subject.
(3)によれば、腸内年齢を推定するために構築する人工神経回路網において、腸内年齢を推定する際にノイズと成る被験者の腸内細菌叢を除外することができる。この結果、本実施形態によれば、対象者の腸内年齢を精度良く推定することができる。
(4)によれば、対象者から検出された腸内細菌叢情報を、人工神経回路網に入力することによって、各年齢グループに属する確率を算出することができる。
According to (3), in the artificial neural network constructed to estimate the intestinal age, the intestinal flora of the subject that becomes noise when estimating the intestinal age can be excluded. As a result, according to the present embodiment, the intestinal age of the subject can be accurately estimated.
According to (4), the probability of belonging to each age group can be calculated by inputting the intestinal flora information detected from the subject to the artificial neural network.
(5)によれば、対象者の腸内細菌の構成が10歳毎の年齢グループのいずれに属するかを推定することで、腸内年齢を精度良く推定することができる。
(6)によれば、離乳前から104歳までの各年齢層それぞれの複数の被験者による腸内細菌叢データベースに基づく人工神経回路網を用いて、対象者の腸内年齢を精度良く判定することができる。
According to (5), it is possible to accurately estimate the intestinal age by estimating which of the age groups for every 10 years the subject's intestinal bacterial composition belongs.
According to (6), the intestinal age of the subject can be accurately determined using an artificial neural network based on the intestinal microbiota database by a plurality of subjects in each age group from before weaning to 104 years old. Can do.
(7)によれば、実年齢以外の腸内年齢も含めて精度良く推定することができる。
(8)によれば、被験者または対象者以外から抽出された腸内細菌を用いて、腸内細菌叢データベースを構築することができる。この結果、本実施形態では、このように構築された腸内細菌叢データベースを用いて構築された人工神経回路網に、対象者の腸内細菌叢情報を入力することで、対象者が属する年齢グループを精度良く推定することができる。
According to (7), it is possible to accurately estimate the intestinal age other than the actual age.
According to (8), an intestinal microbiota database can be constructed using intestinal bacteria extracted from subjects other than the subject or the subject. As a result, in this embodiment, the age to which the subject belongs by inputting the intestinal flora information of the subject to the artificial neural network constructed using the intestinal flora database constructed in this way. Groups can be estimated with high accuracy.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<腸内年齢の推定装置1の構成>
まず、腸内年齢の推定装置1の構成について説明する。
図1は、本実施形態に係る腸内年齢の推定装置1のブロック図である。図1に示すように、腸内年齢の推定装置1は、腸内細菌抽出装置11、データベース生成部12、データベース13、ニューラルネットワーク構築部14、および推定部15を備える。
<Configuration of Intestinal
First, the configuration of the intestinal
FIG. 1 is a block diagram of an intestinal
腸内細菌抽出装置11は、被験者および対象者(subject)の試料から腸内細菌(腸細菌ともいう)を抽出する。ここで、被験者とは、腸内細菌叢のデータベースを構築するために試料を提供した人である。また、対象者とは、腸内年齢の推定が行われる人である。なお、データベース構築後、被験者が対象者であってもよい。抽出された抽出結果には、被験者または対象者を識別するための識別子と、抽出された細菌名と、各細菌の構成割合を示す情報とが含まれている。腸内細菌抽出装置11は、抽出した被験者または対象者の抽出結果を、データベース生成部12と推定部15に出力する。なお、腸内細菌の抽出方法については後述する。また、腸内細菌抽出装置11は、後述するように、複数の装置、および複数のアプリケーション等によって構成されていてもよい。
The intestinal
データベース生成部12は、腸内細菌抽出装置11が出力した抽出結果に、入力された被験者または対象者の年齢(属性)を対応付けて腸内細菌叢データベースを構築し、構築した腸内細菌叢データベースをデータベース13に格納する。なお、データベースの構築方法については、後述する。なお、データベース生成部12は、腸内細菌叢データベースを構築した後、対象者の腸内細菌叢を抽出していく中で、腸内細菌叢データベースに含まれる以外の腸内細菌が抽出された場合、腸内細菌叢を構成する細菌の種類を増やしていくようにしてもよい。データベース生成部12は、対象者の腸内細菌叢情報を、腸内年齢の推定のときに、データベース13に格納していくようにしてもよい。
The
データベース13には、表1に示すように、被験者の識別子に、年齢を示す情報(以下、年齢情報という)と、腸内細菌叢の構成割合とが関連付けられた腸内細菌叢データベースが格納されている。なお、腸内細菌叢の構成割合とは、m(mは2以上の整数)人の被験者から抽出された全ての細菌の種類n(nは2以上の整数)において、被験者それぞれから抽出された腸内細菌それぞれの保有数の占有割合である。このため、他の被験者からのみ抽出された腸内細菌に対する割合は、0%となる。
As shown in Table 1, the
なお、表1における細菌の分類レベルは、門、綱、目、科、属、種等のうちの少なくとも1つのレベルである。例えば、表1に示すように、識別子が“1”には、年齢(属性)が“離乳中”、第1細菌の構成比率が“0.057(%)”、第2細菌の構成比率が“1.23(%)”、・・・、第n細菌の構成比率が“0(%)”が関連付けられている。なお、データベース13に格納される被験者の年齢は、例えば離乳中(0歳)〜104歳において、年齢層毎に複数名の腸内細菌叢の情報(以下、腸内細菌叢情報という)が格納されている。なお、データベース13には、細菌の分類レベル毎の腸内細菌叢情報に基づく腸内細菌叢データベースが格納されていてもよい。
In addition, the classification level of bacteria in Table 1 is at least one level among gates, classes, eyes, families, genera, species, and the like. For example, as shown in Table 1, when the identifier is “1”, the age (attribute) is “weaning”, the composition ratio of the first bacteria is “0.057 (%)”, and the composition ratio of the second bacteria is “1.23 (%)”,..., “0 (%)” is associated with the composition ratio of the nth bacteria. The age of the subject stored in the
また、データベース13には、表2に示すようなニューラルネットワーク構築部14によって分類された年齢グループに関する情報が格納されている。ここで、年齢グループとは、例えば0〜10歳、10〜19歳、・・・、90〜99歳、100歳以上等、所定の年齢の集合のうちの1つである。例えば、42歳の被験者が属する年齢グループは、40〜49歳である。
The
ニューラルネットワーク構築部14は、データベース13に格納されているm人分の腸内細菌叢情報と、腸内細菌叢情報に関連付けられている年齢情報を読み出す。ニューラルネットワーク構築部14は、読み出した年齢情報を表2に示したように、複数の年齢グループに分類し、分類した年齢グループに関する情報をデータベース13に格納する。
また、ニューラルネットワーク構築部14は、各グループにおける腸内細菌における細菌の分類レベル毎の構成割合の平均値に基づいて、各年齢層のグループに属している被験者のうち、例えば10名を選択する。なお、選択方法については後述する。ニューラルネットワーク構築部14は、選択した各グループの被験者の腸内細菌叢情報のモデルの最適化を行ったのち、最適化によって算出された値を用いて、ニューラルネットワークを構築し、構築したニューラルネットワークに関する情報をデータベース13に記憶させる。なお、ニューラルネットワークの構築方法については、後述する。
The neural
Moreover, the neural
なお、ニューラルネットワーク構築部14は、ニューラルネットワークを構築した後、データベース13に格納される被験者の総数が所定の値をこえたときに、データベース13に格納されている腸内細菌叢情報から被験者と対象者を年齢グループごとに選択しなおしてニューラルネットワークを再構築するようにしてもよい。例えば、データベース13に386人の被験者の腸内細菌叢情報が格納され、対象者の腸内細菌叢情報が逐次133人分、データベース生成部12によって追加された場合に、ニューラルネットワーク構築部14は、ニューラルネットワークを再構築するようにしてもよい。
The neural
推定部15は、腸内細菌抽出装置11が出力した対象者の腸内細菌叢情報を、データベース13に記憶されているニューラルネットワークに入力して、対象者の腸内年齢がいずれの年齢層のグループに属する確率が高いかを推定する。なお、腸内年齢の推定方法については、後述する。推定部15は、推定した判定結果を、プリンタ、表示部(不図示)等に出力する。
The
なお、腸内年齢の推定装置1または外部装置は、判定結果に基づいて、対象者への健康に関するアドバイスや食事に関するアドバイス等を生成するようにしてもよい。この場合、腸内年齢の推定装置1または外部装置には、実年齢と推定された年齢毎に、健康に関するアドバイスや食事に関するアドバイス等が対応付けられたデータベースが接続されていてもよい。
Note that the intestinal
<腸内年齢の推定装置1が行う処理手順の概略>
次に、腸内年齢の推定装置1が行う処理手順の概略について説明する。
図2は、本実施形態に係る腸内年齢の推定装置1が行う処理のフローチャートである。
(ステップS1)腸内細菌抽出装置11は、複数の年齢層の被験者の試料それぞれから、腸内細菌の抽出処理を行う。
(ステップS2)データベース生成部12は、腸内細菌抽出装置11が抽出した抽出結果に、入力された被験者の属性を対応付けて腸内細菌叢データベースの構築処理を行う。
<Outline of processing procedure performed by intestinal
Next, an outline of a processing procedure performed by the intestinal
FIG. 2 is a flowchart of processing performed by the intestinal
(Step S1) The intestinal
(Step S <b> 2) The
(ステップS3)ニューラルネットワーク構築部14は、データベース13からm人分の年齢情報を読み出し、読み出したm人分の年齢情報から2つ以上の年齢グループを生成する。
(ステップS4)ニューラルネットワーク構築部14は、データベース13からm人分の腸内細菌叢情報を読み出し、読み出したm人分の腸内細菌叢情報を用いて、腸内年齢を推定するためのニューラルネットワークを構築する。続けて、ニューラルネットワーク構築部14は、構築したニューラルネットワークに関する情報をデータベース13に格納する。
(Step S3) The neural
(Step S4) The neural
(ステップS5)腸内細菌抽出装置11は、対象者の腸内細菌の抽出処理を行う。
(ステップS6)推定部15は、腸内細菌抽出装置11が出力した対象者の腸内細菌叢情報を、データベース13から読み出したニューラルネットワークに入力して演算することで、対象者の腸内年齢の推定処理を行う。
なお、腸内年齢の推定装置1は、対象者毎に、ステップS5〜S6の処理を繰り返す。
(Step S5) The intestinal
(Step S <b> 6) The
The intestinal
<腸内細菌叢データベースの構築>
次に、データベース生成部12が図2のステップS2で行う腸内細菌叢データベースの構築方法の例について説明する。
図3は、本実施形態に係る腸内細菌叢データベースの構築手順の一例を表す図である。
(ステップS11)データベース生成部12は、全ての被験者の腸内細菌叢の構成割合を取得する。図3の表h101は、第1の被験者の腸内細菌叢の構成割合であり、図3の表h102は、第2の被験者の腸内細菌叢の構成割合であり、図3の表h103は、第mの被験者の腸内細菌叢の構成割合である。ここで、腸内細菌叢の構成割合とは、1人の被験者において、腸内細菌の全てに対する腸内細菌それぞれの割合である。なお、抽出される腸内細菌、および腸内細菌の種類数は、被験者間で異なる場合がある。例えば、第1の被験者から第1〜第100の腸内細菌が検出され、第2の被験者から第1、3、・・、100、101、102の腸内細菌が抽出される場合がある。
<Construction of intestinal flora database>
Next, an example of a method for constructing the intestinal flora database performed by the
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a procedure for constructing the intestinal flora database according to the present embodiment.
(Step S11) The
(ステップS12)データベース生成部12は、ステップS11で取得した全ての被験者の腸内細菌叢の構成割合の情報を用いて、被験者の総数mと、腸内細菌の種類の総数nとを抽出する。なお、抽出する細菌の種類の総数nは、細菌の各分類レベル(門、綱、目、科、属、種等)のうち少なくとも1つである。例えば、第1の被験者から抽出された腸内細菌の種類が、100種類であり、他の被験者から当該100種類とは異なる腸内細菌が80種類抽出された場合、腸内細菌の種類の総数nは、180種類となる。データベース生成部12は、抽出した被験者の総数mと、腸内細菌の種類の総数nとをデータベース13に格納する。
(Step S12) The
(ステップS13)データベース生成部12は、ステップS12で抽出した被験者の総数、腸内細菌の種類の総数、およびステップS11で取得した全ての被験者の腸内細菌叢の構成割合の情報を用いて、図3の表h111に示すようにm×nの構成データを構築する。m×nの構成データでは、図3の表h111に示すように、他の被験者から抽出された腸内細菌の構成割合に0%をデータベース生成部12が挿入する。
(Step S13) The
(ステップS14)データベース生成部12は、各被験者の年齢(属性)情報を取得する。
(ステップS15)データベース生成部12は、ステップS14で取得した年齢情報を、ステップS13で構築したm×nの構成データに対応付けて、図3の表h121に示すようにm行×(n+1)列の腸内細菌叢データベースを構築する。
(Step S14) The
(Step S15) The
<ニューラルネットワークの構築>
次に、ニューラルネットワーク構築部14が図2のステップS4で行うニューラルネットワークの構築方法の例について説明する。なお、以下の説明では、図2のステップS3において、表2に示した離乳前、離乳中、離乳後−9歳、10歳代(10−19歳)、・・・、100歳以上の13の年齢グループが生成された場合を説明する。図4は、本実施形態に係るニューラルネットワークの構築手順の一例を表す図である。
<Neural network construction>
Next, an example of a neural network construction method performed by the neural
(ステップS21)ニューラルネットワーク構築部14は、データベース13に格納されている被験者の総数mと、腸内細菌の種類の総数を読み出す。なお、読み出す総数は、ステップs23で選択する細菌の各分類レベルに応じた総数である。
(ステップS22)ニューラルネットワーク構築部14は、1つの年齢グループを選択する。
(Step S21) The neural
(Step S22) The neural
(ステップS23)ニューラルネットワーク構築部14は、腸内細菌のうち1つを逐次選択する。なお、選択される腸内細菌のレベルは細菌の各分類レベルである。ここで、細菌の各分類レベルとは、前述したように門、綱、目、科、属、種等の分類レベルである。続けて、ニューラルネットワーク構築部14は、m人分それぞれの構成割合の平均値を1つの腸内細菌毎に算出する。
(ステップS24)ニューラルネットワーク構築部14は、ステップS23で算出した平均値と各被験者の構成割合との差を1つの腸内細菌毎に算出する。
(Step S23) The neural
(Step S24) The neural
(ステップS25)ニューラルネットワーク構築部14は、ステップS24で算出した差の総和を被験者毎に算出する。ここで、総和の値が大きい程、平均値から外れたサンプルであり、総和の値が小さい程、平均値に近いサンプルである。
(ステップS26)ニューラルネットワーク構築部14は、各年齢グループにおいて、総和の値が小さい順に所定の人数の被験者、例えば10名を選択する。なお、グループに含まれる総数(人数)が10人に満たない場合、全員をサンプルに採用しても良く、総和が所定の値以下のサンプルのみを選択するようにしてもよい。
(Step S25) The neural
(Step S26) In each age group, the neural
(ステップS27)ニューラルネットワーク構築部14は、全ての年齢グループの選択が完了したか否かを判別する。ニューラルネットワーク構築部14は、全ての年齢グループの選択が完了したと判別した場合(ステップS27;YES)、ステップS29の処理に進み、全ての年齢グループの選択が完了していないと判別した場合(ステップS27;NO)、ステップS28の処理に進む。
(ステップS28)ニューラルネットワーク構築部14は、未選択の年齢層グループの1つを選択し、ステップS23に処理を戻す。
(Step S27) The neural
(Step S28) The neural
(ステップS29)ニューラルネットワーク構築部14は、ステップS26で年齢グループ毎に選択した被験者の腸内細菌叢の構成割合を用いて、表3に示すように腸内細菌叢データベースを再構築する。
(Step S29) The neural
表3において、例えば各年齢グループから10人ずつの被験者が選択された場合、再構築された腸内細菌叢データベースに含まれる被験者数は、130人(=10人×13グループ)である。このため、再構築された腸内細菌叢データベースは、{(年齢グループの総数)×(所定の人数)}(行)×{(腸内細菌の種類の総数)+1}(列)となる。なお、表3のグループには、年齢の幅、例えば、離乳前、20−29歳等の情報が含まれている。 In Table 3, for example, when 10 subjects are selected from each age group, the number of subjects included in the reconstructed intestinal microbiota database is 130 (= 10 × 13 groups). Therefore, the reconstructed intestinal microbiota database is {(total number of age groups) × (predetermined number of people)} (row) × {(total number of types of enteric bacteria) +1} (column). In addition, the group of Table 3 includes information such as age ranges, for example, before weaning, 20-29 years old, and the like.
(ステップS30)ニューラルネットワーク構築部14は、ステップS29で再構築した腸内細菌叢データベースを用いて、例えばR(version3.0.3)softwareのcaretパッケージによって最適化を行いsizeとdecayを算出する。なお、caretパッケージとは、機械学習、予測全般のモデル作成等のモデル評価が入っているパッケージである。また、sizeとは、隠れ層の数であり、decayは、過剰適合(Overfitting)を抑制するためのペナルティ項のパラメータである。
続けて、ニューラルネットワーク構築部14は、分類したグループを目的変数(出力)、腸内菌叢の細菌分類レベルのデータを説明変数(入力)とし、算出したsize=3とdecayを用いて、例えばR softwareのnnetパッケージを用いてフィードフォワードニューラルネットワークを構築し、構築したフィードフォワードニューラルネットワークに関する情報をデータベース13に格納する。なお、nnetパッケージとは、ニューラルネットワークを構築するパッケージである。
以上で、ニューラルネットワークの構築を終了する。
(Step S30) The neural
Subsequently, the neural
This completes the construction of the neural network.
上述した例において、ステップS23において、ニューラルネットワーク構築部14が、ニューラルネットワークを構築するために選択する腸内細菌の例について、さらに説明する。例えば、属レベルで選択する場合、ニューラルネットワーク構築部14は、n人の被験者から抽出された全ての属レベルの腸内細菌の中から1つを逐次選択する。科レベルで選択する場合、ニューラルネットワーク構築部14は、n人の被験者から抽出された全ての科レベルの腸内細菌の中から1つを逐次選択する。目レベルで選択する場合、ニューラルネットワーク構築部14は、n人の被験者から抽出された全ての目レベルの腸内細菌の中から1つを逐次選択する。網レベルで選択する場合、ニューラルネットワーク構築部14は、n人の被験者から抽出された全ての網レベルの腸内細菌の中から1つを逐次選択する。門レベルで選択する場合、ニューラルネットワーク構築部14は、n人の被験者から抽出された全ての門レベルの腸内細菌の中から1つを逐次選択する。
In the example described above, an example of enteric bacteria selected by the neural
なお、腸内細菌叢データベースが属レベルであり、ステップS23で属レベルを選択した場合、属レベルの腸内細菌叢の構成割合に基づいてニューラルネットワークが構築される。腸内細菌叢データベースが科レベルであり、ステップS23で科レベルを選択した場合、科レベルの腸内細菌叢の構成割合に基づいてニューラルネットワークが構築される。腸内細菌叢データベースが目レベルであり、ステップS23で目レベルを選択した場合、目レベルの腸内細菌叢の構成割合に基づいてニューラルネットワークが構築される。腸内細菌叢データベースが網レベルであり、ステップS23で網レベルを選択した場合、網レベルの腸内細菌叢の構成割合に基づいてニューラルネットワークが構築される。腸内細菌叢データベースが門レベルであり、ステップS23で門レベルを選択した場合、門レベルの腸内細菌叢の構成割合に基づいてニューラルネットワークが構築される。 When the intestinal flora database is at the genus level and the genus level is selected in step S23, a neural network is constructed based on the constituent ratio of the intestinal flora at the genus level. When the gut microbiota database is at the family level and the family level is selected in step S23, a neural network is constructed based on the constituent ratio of the gut microbiota at the family level. When the intestinal flora database is at the eye level and the eye level is selected in step S23, a neural network is constructed based on the constituent ratio of the intestinal flora at the eye level. When the intestinal flora database is at the net level and the net level is selected in step S23, a neural network is constructed based on the composition ratio of the intestinal flora at the net level. When the intestinal flora database is at the gate level and the gate level is selected in step S23, a neural network is constructed based on the constituent ratio of the intestinal flora at the gate level.
なお、上述した例では、年齢グループ毎に選択した被験者の腸内菌叢情報を用いて、腸内菌叢データベースを再構築する例を説明したが、これに限られない。例えば、ニューラルネットワーク構築部14は、年齢グループ毎に選択した被験者の腸内菌叢情報に、選択したことを示す情報と、年齢グループを示す情報とを対応付けて、腸内菌叢データベースを更新することで、データベースの再構築を行うようにしてもよい。
In addition, although the example mentioned above demonstrated the example which reconstructs an intestinal microflora database using the intestinal microflora information of the test subject selected for every age group, it is not restricted to this. For example, the neural
<ニューラルネットワークの構成>
ここで、ニューラルネットワークの構成の一例を説明する。
図5は、本実施形態に係るニューラルネットワークの構成の一例を表す図である。なお、図5に示すニューラルネットワークは、後述する試験例に示すように386人の被験者を上述した13の年齢グループに分け、各年齢グループに属する被験者の腸内細菌叢情報を用いて構築したものである。また、386人の被験者から抽出された腸内細菌の種類の総数が187種類であった例である。
<Configuration of neural network>
Here, an example of the configuration of the neural network will be described.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of the neural network according to the present embodiment. The neural network shown in FIG. 5 is constructed by dividing the 386 subjects into the above-mentioned 13 age groups and using intestinal microbiota information of subjects belonging to each age group as shown in a test example described later. It is. In addition, this is an example in which the total number of types of enteric bacteria extracted from 386 subjects was 187 types.
caretパッケージを用いて、算出した結果、size=3、decay=0.00316が腸内細菌叢データベースに対するニューラルネットワークとして最適であることが算出された。この値を、R softwareのnnetパッケージを用いてニューラルネットワークを構築した結果、図5に示す構成のフィードフォワードニューラルネットワークが得られた。 As a result of calculation using the caret package, it was calculated that size = 3 and decay = 0.00316 are optimum as a neural network for the intestinal flora database. As a result of constructing a neural network using this value using the R software nnet package, a feedforward neural network having the configuration shown in FIG. 5 was obtained.
図5において、b1とb2はバイアスであり、i1〜inは入力である。腸内細菌の種類の総数nが187であるため、入力は187個である。また、h1〜h3は隠れ層である。図5に示すフィードフォワードニューラルネットワークは、3つの隠れ層を有している。また、o1〜opは、出力である。なお、pは、年齢グループの総数である。このため、図5に示すフィードフォワードニューラルネットワークは、年齢グループ毎の13の出力を有している。
なお、バイアスb1とb2の値は、例えばnnetパッケージによって算出された値である。
In FIG. 5, b1 and b2 are biases, and i1 to in are inputs. Since the total number n of enterobacteria types is 187, there are 187 inputs. H1 to h3 are hidden layers. The feedforward neural network shown in FIG. 5 has three hidden layers. Further, o1 to op are outputs. Note that p is the total number of age groups. For this reason, the feedforward neural network shown in FIG. 5 has 13 outputs for each age group.
Note that the values of the biases b1 and b2 are values calculated by, for example, the nnet package.
このように、ニューラルネットワークにバイアスと隠れ層を用いた理由は、腸内菌叢は偏食やストレス等によりバランスを崩す場合があり、必ずしも実年齢と腸内年齢とが一致しない場合があり得るためである。例えば、実年齢が42歳であっても、腸内年齢が20歳代と推定される被験者が存在し、腸内年齢が80歳代と推定される被験者が存在する可能性がある。 In this way, the reason for using bias and hidden layers in the neural network is that the intestinal flora may be out of balance due to unbalanced diet, stress, etc., and the actual age and intestinal age may not necessarily match It is. For example, even if the actual age is 42 years old, there may be a subject whose intestinal age is estimated to be in his 20s, and there may be a subject whose intestinal age is estimated as being in his 80s.
図5に示すフィードフォワードニューラルネットワークにおけるノード間の加重値は、nnetパッケージで算出した結果、表4の結果が得られた。 The weight values between nodes in the feedforward neural network shown in FIG. 5 were calculated using the nnet package, and the results shown in Table 4 were obtained.
表4において、結線とは、ノード間の接続を示している。例えば、b1からh2への加重値は−3.31であり、b1からh2への加重値が1.47である。
図5において、例えばo1からは離乳前の年齢グループに属する確率が出力され、o2からが離乳中の年齢グループに属する確率が出力され、o3からが離乳後〜9歳の年齢グループに属する確率が出力される。o4からが10歳代の年齢グループに属する確率が出力され、o5からが20歳代の年齢グループに属する確率が出力され、o6からが30歳代の年齢グループに属する確率が出力される。o7からが40歳代の年齢グループに属する確率が出力され、o8からが50歳代の年齢グループに属する確率が出力され、o9からが60歳代の年齢グループに属する確率が出力される。o10からが70歳代の年齢グループに属する確率が出力され、o11からが80歳代の年齢グループに属する確率が出力され、o12からが90歳代の年齢グループに属する確率が出力され、o13からが100歳以上の年齢グループに属する確率が出力される。
In Table 4, “connection” indicates connection between nodes. For example, the weight value from b1 to h2 is −3.31, and the weight value from b1 to h2 is 1.47.
In FIG. 5, for example, the probability of belonging to the age group before weaning is output from o1, the probability of belonging to the age group being weaned is output from o2, and the probability of belonging to the age group of 9 to 9 years after weaning is output from o3. Is output. From o4, the probability of belonging to the age group of the 10s is output, from o5, the probability of belonging to the age group of the 20s, and from o6, the probability of belonging to the age group of the 30s. From o7, the probability of belonging to the age group of the 40s is output, from o8, the probability of belonging to the age group of the 50s, and from o9, the probability of belonging to the age group of the 60s. From o10, the probability of belonging to the age group of the 70s is output, from o11, the probability of belonging to the age group of the 80s, is output, from o12, the probability of belonging to the age group of the 90s, and from o13 Is a probability that belongs to an age group of 100 years or older.
<腸内年齢の推定>
次に、推定部15が、図2のステップS6で行う腸内年齢の推定処理方法の一例を説明する。
図6は、本実施形態に係る腸内年齢の推定処理のフローチャートである。
(ステップS51)推定部15は、対象者の腸内細菌叢の構成割合を取得する。
(ステップS52)推定部15は、対象者の腸内細菌叢の構成割合を、データベース13に格納されている腸内細菌の種類の総数nに展開する。この結果、対象者から抽出されなかった腸内細菌には、0%が挿入される。例えば、複数の被験者から抽出された腸内細菌の種類の総数が186種類、対象者から抽出された腸内細菌の種類が100種類の場合、推定部15は、86(=186−100)の腸内細菌の情報を付加する。そして、推定部15は、付加した86種類の細菌の構成割合に0%を挿入する。
<Estimation of intestinal age>
Next, an example of the intestinal age estimation processing method performed by the
FIG. 6 is a flowchart of intestinal age estimation processing according to the present embodiment.
(Step S51) The
(Step S <b> 52) The estimating
(ステップS53)推定部15は、データベース13からニューラルネットワークに関する情報を読み出す。
(ステップS54)推定部15は、図5に示したニューラルネットワークのi1に第1細菌の構成割合の値を入力し、・・・、inに第n細菌の構成割合の値を入力する。これにより、推定部15は、図5に示したニューラルネットワークを用いて、対象者の腸内年齢が属する年齢グループそれぞれの確率(o1〜op)を算出する。
(Step S <b> 53) The
(Step S54) The
(ステップS55)推定部15は、ステップS54で算出された確率のうち、最も値の大きなものを選択する。例えば、40歳代に属する確率が最も大きな値であった場合、推定部15は、40歳代の年齢グループを選択する。続けて、推定部15は、選択した結果に基づいて、例えば『あなたの腸内年齢は、40歳代です』を示す情報を、外部装置に出力する。
(Step S55) The
なお、上述した例では、ステップS55において、最も値の大きなものを選択する例を説明したが、これに限られない。推定部15は、ステップS54で算出された結果を全て外部装置に推定結果として出力してもよい。または、算出した全ての値を年齢グループ毎に色分け、濃淡分け等によって視覚化したデータを生成し、生成したデータを推定した結果として外部装置に出力するようにしてもよい。
In the above-described example, the example in which the largest value is selected in step S55 has been described. However, the present invention is not limited to this. The
<腸内細菌の抽出方法>
次に、腸内細菌抽出装置11が行う腸内細菌の抽出方法の一例について説明する。
図7は、本実施形態に係る腸内細菌抽出装置11が行う腸内細菌の抽出処理のフローチャートである。
<Method for extracting enteric bacteria>
Next, an example of an intestinal bacteria extraction method performed by the intestinal
FIG. 7 is a flowchart of intestinal bacteria extraction processing performed by the intestinal
(ステップS101)腸内細菌抽出装置11は、被験者毎または対象者毎に、糞便20mg程度を測りとり、450ulの抽出液(100mM Tris/HCl、4mM EDTA、pH9.0)に懸濁する。
(ステップS102)腸内細菌抽出装置11は、ステップS101で懸濁した抽出液に、10%SDS溶液50ul、0.1mm径のガラスビーズ300mg、500ulのTE飽和フェノール(例えば和光純薬)を混合し、例えばFastPrep FP 100A(フナコシ社製)にてパワーレベル5、30秒の破砕処理を行う。
(Step S101) The intestinal
(Step S102) The intestinal
(ステップS103)腸内細菌抽出装置11は、ステップS102で破砕処理を行った溶液に対して、14,000gで5分間遠心後400ulの上清を取得する。続けて、腸内細菌抽出装置11は、取得した上清に、250ulのフェノール・クロロホルム溶液(例えば和光純薬)を加えて混合し、14,000gで5分間遠心後250ulの上清を取得した。
(Step S103) The intestinal
(ステップS104)腸内細菌抽出装置11は、ステップS103で取得した上清に、2−プロパノールを250ul加え、イソプロパノール沈殿させたものを200ulのTris−EDTAバッファー(pH8.0)で溶解し、DNA溶液を生成する。
(Step S104) The intestinal
(ステップS105)腸内細菌抽出装置11は、細菌の16S rRNA遺伝子の第3〜4可変領域を増幅させるための1stプライマーセットであるTru357F[(5’−CGCTCTTCCGATCTCTGTACGGRAGGCAGCAG−3’(配列番号1))とTru806R[5’−CGCTCTTCCGATCTGACGGACTACHVGGGTWTCTAAT−3’(配列番号2)]と、例えば次世代シーケンサーMiseq(イルミナ社製)にて解析するために必要な2ndプライマーセットであるFwd [5’−X1NNNNNNNN−X2−3’]およびRev [5’−X3−NNNNNNNN−X4−3’]を設計し、例えばLife Technologies社のオリゴプライマー作成サービスによりプライマーを合成する。
なお、X1、X2、X3、X4、Nは以下の配列を表す。
X1: AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACAC(配列番号3)
X2:ACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTCTG(配列番号4)
X3:CAAGCAGAAGACGGCATACGAGAT(配列番号5)
X4:GTGACTGGAGTTCAGACGTGTGCTCTTCCGATCTGAC(配列番号6)
Nは、任意の塩基からなるn人の被験者を識別するための塩基配列
(Step S105) The intestinal
X1, X2, X3, X4, and N represent the following sequences.
X1: AATGATACCGGCGACCACCGAGATCTACAC (SEQ ID NO: 3)
X2: ACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCCATCCTG (SEQ ID NO: 4)
X3: CAAGCAGAAGACGGCATACGAGAT (SEQ ID NO: 5)
X4: GTGACTGGAGTTCAGACGTGTGCTCTTCGATCTGAC (SEQ ID NO: 6)
N is a base sequence for identifying n subjects consisting of arbitrary bases
(ステップS106)腸内細菌抽出装置11は、鋳型DNA溶液および1stプライマーセットを含む総液量を25μlとした反応液を、例えばTaKaRa Ex Taq HS kit (タカラバイオ社製)を用いて調製する。続けて、腸内細菌抽出装置11は、例えばVeriti 200(Life Technologies社製)により、例えば94℃3分の後、94℃30秒、50℃30秒、72℃30秒を20回、72℃10分のPCR(Polymerase Chain Reaction)反応処理を行う。
(Step S106) The intestinal
(ステップS107)腸内細菌抽出装置11は、ステップS106によって得られたPCR産物を1%アガロースゲルにて電気泳動し、バンドパターンを確認する。
(ステップS108)腸内細菌抽出装置11は、ステップS106によって得られたPCR産物1ulを鋳型とし、2ndプライマーセットを用いて上述した条件と同様にPCR反応処理を行う。ただし、PCRのサイクル数は、20回ではなく8回である。
(Step S107) The intestinal
(Step S108) The intestinal
(ステップS109)腸内細菌抽出装置11は、ステップS108によって得られたPCR産物を1%アガロースゲルにて電気泳動し、バンドパターンを確認する。
(ステップS110)腸内細菌抽出装置11は、ステップS109の処理後、例えばQIAquick 96 PCR Purification Kit(キアゲン社製)にて精製を行い、例えばQuant−iT PicoGreen dsDNA Assay kit(Life Technologies社製)にて濃度を測定する。続けて、腸内細菌抽出装置11は、同濃度のDNA溶液を混合したものを、例えばMiseq v3 Reagent kit(イルミナ社製)に供し、Miseqにてシークエンス解析を実施する。
(Step S109) The intestinal
(Step S110) After the treatment of Step S109, the intestinal
(ステップS111)腸内細菌抽出装置11は、ステップS110によって得られたfastqファイルからPhix(シークエンス時のコントロール配列)およびヒトゲノム配列を除去する。
(ステップS112)腸内細菌抽出装置11は、ステップS111の処理後、塩基配列3’側からQ17以下の塩基を除去する。
(Step S111) The intestinal
(Step S112) After the process of step S111, the intestinal
(ステップS113)腸内細菌抽出装置11は、ステップS112の処理後、150bp以下になったリードを除去する。続けて、腸内細菌抽出装置11は、全体でQ25以下のリード、ペアになっていないリードを除去する。
(ステップS114)腸内細菌抽出装置11は、ステップS113の処理後、得られたペアエンド配列を、例えばfastq−join(version.1.1.2−301)(http://code.google.com/p/ea−utils/wiki/FastqJoin)によって接続する。
(Step S113) The intestinal
(Step S114) After the process of step S113, the intestinal
(ステップS115)腸内細菌抽出装置11は、ステップS114の処理後、例えばUCHIMEにてキメラ配列を除去する。
(ステップS116)最終的に、例えばサンプル当たり4,979±1,800の配列が得られ、腸内細菌抽出装置11は、これらを例えばQIIME software(version 1.8.0)(http://qiime.org/)にて97%の相同性を有する配列ごとをOTU(Operational Taxonomy Unit)とする。続けて、腸内細菌抽出装置11は、各OTUの代表配列を例えばGreengenes database 12_10(http://greengenes.secondgenome.com/downloads/database/12_10)に対して、例えばブラスト(BLAST;Basic Local Alignment Search Tool)を用いて検索することで腸内細菌叢の細菌分類レベル(門、綱、目、科、属)に関する構成データを生成する。なお、構成データは、m人から検出された腸内細菌の種類がoの場合、m行×o列のテーブルとなる。また、BLASTとは、例えば所定の閾値以上のスコアで類似するシークエンス群を見つけるためのアルゴリズム、またそのアルゴリズムを実装したプログラムである。続けて、データベース生成部12は、腸内細菌抽出装置11によって生成された腸内細菌叢の細菌分類レベルでの構成データに、被験者の年齢を対応付けてデータベース13に格納する。
(Step S115) After the process of step S114, the intestinal
(Step S116) Finally, for example, 4,979 ± 1,800 sequences are obtained per sample, and the intestinal
以上で、腸内細菌の抽出処理手順を終了する。なお、上述した腸内細菌の抽出処理の手順、用いる溶液、用いる溶液の容量、用いるアプリケーション等は一例であり、これに限られない。 This is the end of the intestinal bacteria extraction processing procedure. In addition, the procedure of the intestinal bacteria extraction process described above, the solution to be used, the volume of the solution to be used, the application to be used, and the like are examples, and are not limited thereto.
[第1の試験例]
次に、第1の試験例について説明する。第1の試験例における対象者は、40歳代の男性である。
(手順1)腸内細菌抽出装置11は、データベース用の367人の被験者の糞便を用いて、図7に示したステップS101〜S116の処理によって腸内細菌叢の細菌分類レベルでの構成データを生成する。続けて、データベース生成部12は、腸内細菌抽出装置11によって生成された腸内細菌叢の細菌分類レベルでの構成データに、386人の被験者それぞれの年齢を対応付けて腸内細菌叢データベースを構築し、構築した腸内細菌叢データベースをデータベース13に格納する。すなわち、データベース13には、386(被験者数)行×187(細菌の種類数)列の構成データに、識別子と年齢とが対応つけられて格納されている。なお、386人の被験者から抽出された腸内細菌は、表5〜表14の第1列に示す細菌であった。なお、表5〜表14に示すように、抽出された腸内細菌の細菌分類レベルは、属レベルである。なお、表5〜表14において、“[…]”は、現在は分類が不明瞭のため、かつて使われていた名称を表している。また、“gen.”は、属レベルの分類が現時点で不明もしくは未同定であることを表し、“fan.”は、科レベルの分類が現時点で不明もしくは未同定であることを表し、“ord.”は、目レベルの分類が現時点で不明もしくは未同定であることを表している。
[First Test Example]
Next, a first test example will be described. The subject in the first test example is a man in his 40s.
(Procedure 1) The intestinal
(手順2)ニューラルネットワーク構築部14は、手順1によって構築された腸内細菌叢データベースに対して、図3のステップS11〜S15の処理によって、被験者を選択して腸内細菌叢データベースを再構築する。なお、ニューラルネットワーク構築部14は、13の年齢グループそれぞれから10人ずつの被験者を選択したが、離乳前、離乳中、100歳以上の年齢グループに属する被験者が10名に満たなかったことから合計117名を選択した。
(Procedure 2) The neural
(手順3)ニューラルネットワーク構築部14は、手順2によって再構築された腸内細菌叢データベースに対して、例えばR softwareのcaretパッケージを用いてモデルの最適化を行い、size=3とdecay=0.00316を算出する。続けて、ニューラルネットワーク構築部14は、算出したsize=3とdecay=0.00316を用いて、例えばR softwareのnnetパッケージによってフィードフォワードニューラルネットワークを構築する。構築されたフィードフォワードニューラルネットワークの例を、図8に示す。図8は、第1の試験例によって構築されたニューラルネットワークの構成の一例を表す図である。図8に示す例において、b1とb2は図5と同様にバイアスであり、i1〜i186が186種類の細菌に対応した入力であり、o1〜o13が年齢グループに対応した出力である。
(Procedure 3) The neural
(手順4)腸内細菌抽出装置11は、40歳代の男性の対象者の糞便を用いて、図7に示したステップS101〜S116の処理によって腸内細菌叢を抽出する。前述した表5〜表13の第2列に示す割合が、対象者から抽出された腸内細菌それぞれの構成割合である。
(Procedure 4) The intestinal
(手順5)ニューラルネットワーク構築部14は、手順4によって得られた対象者の腸内細菌叢情報を手順3によって構築されたニューラルネットワークに入力して、対象者の腸内年齢が属する年齢グループを推定する。表15の第2列に第1の試験例による、40歳代の対象者の腸内年齢の推定結果を示す。
(Procedure 5) The neural
表15の第2列に示すように、第1の試験例における対象者の腸内菌叢の構成割合をニューラルネットワークに入力した結果は、o1=0、o2=0、o3=0.0066、o4=0.0747、o5=0.0697、o6=0.0869、o7=0.6004、o8=0.1613、o9=0.0004、o10=0.0001、o11=0、o12=0、o13=0であった。このように、対象者の腸内年齢は、40歳代(40−49歳)が60.04%と最も大きかった。このように、第1の試験例における対象者の腸内菌叢構成は実年齢相当であることが示唆された。 As shown in the second column of Table 15, the result of inputting the composition ratio of the intestinal flora of the subject in the first test example to the neural network is as follows: o1 = 0, o2 = 0, o3 = 0.0066, o4 = 0.0747, o5 = 0.0697, o6 = 0.0869, o7 = 0.6004, o8 = 0.1613, o9 = 0.0004, o10 = 0.0001, o11 = 0, o12 = 0, o13 = 0. As described above, the intestinal age of the subject was the largest at 40.04% in the 40s (40-49 years). Thus, it was suggested that the intestinal flora composition of the subject in the first test example is equivalent to the actual age.
[第2の試験例]
次に、第2の試験例について説明する。第2の試験例における対象者は、50歳代の女性である。
手順1〜3は、第1の実験例と同様である。
(手順4’)腸内細菌抽出装置11は、50歳代の女性の対象者の糞便を用いて、図7に示したステップS101〜S116の処理によって腸内細菌叢を抽出する。
[Second Test Example]
Next, a second test example will be described. The subject in the second test example is a woman in her 50s.
(Procedure 4 ′) The intestinal
(手順5’)ニューラルネットワーク構築部14は、手順4’によって得られた対象者の腸内細菌叢情報を手順3によって構築されたニューラルネットワークに入力して、対象者の腸内年齢が属する年齢グループを推定する。表15の第3列に第2の試験例による、50歳代の対象者の腸内年齢の推定結果を示す。
(Procedure 5 ′) The neural
表15の第3列に示すように、第2の試験例における対象者の腸内菌叢の構成割合をニューラルネットワークに入力した結果は、o1=0、o2=0.0008、o3=0.2307、o4=0.7029、o5=0、o6=0.0406、o7=0.0002、o8=0.0133、o9=0、o10=0.0114、o11=0、o12=0、o13=0であった。このように、対象者の腸内年齢は、10歳代(10−19歳)が70.29%と最も大きく、次いで離乳後〜9歳の23.07%であった。このように、第2の試験例における対象者の腸内菌叢構成は実年齢よりもかなり若いことが示唆された。 As shown in the third column of Table 15, the result of inputting the composition ratio of the intestinal flora of the subject in the second test example to the neural network is as follows: o1 = 0, o2 = 0.0008, o3 = 0. 2307, o4 = 0.7029, o5 = 0, o6 = 0.0406, o7 = 0.0002, o8 = 0.133, o9 = 0, o10 = 0.114, o11 = 0, o12 = 0, o13 = 0. Thus, the intestinal age of the subjects was the largest in their 10s (10-19 years) at 70.29%, followed by 23.07% after weaning to 9 years. Thus, it was suggested that the intestinal flora composition of the subject in the second test example was considerably younger than the actual age.
[第3の試験例]
次に、第3の試験例について説明する。第2の試験例における対象者は、50歳代の女性である。
手順1〜3は、第1の実験例と同様である。
(手順4’’)腸内細菌抽出装置11は、離乳前の女性の対象者の糞便を用いて、図7に示したステップS101〜S116の処理によって腸内細菌叢を抽出する。
[Third test example]
Next, a third test example will be described. The subject in the second test example is a woman in her 50s.
(Procedure 4 ″) The intestinal
(手順5’’)ニューラルネットワーク構築部14は、手順4’によって得られた対象者の腸内細菌叢情報を手順3によって構築されたニューラルネットワークに入力して、対象者の腸内年齢が属する年齢グループを推定する。表15の第3列に第3の試験例による、離乳前の対象者の腸内年齢の推定結果を示す。
(Procedure 5 ″) The neural
表15の第4列に示すように、第2の試験例における対象者の腸内菌叢の構成割合をニューラルネットワークに入力した結果は、o1=0、o2=0、o3=0.0029、o4=0.0958、o5=0.1083、o6=0.0706、o7=0.3770、o8=0.3355、o9=0.0096、o10=0.0002、o11=0、o12=0、o13=0であった。このように、対象者の腸内年齢は、40歳代(40−49歳)が37.70%と最も大きく、次いで50歳代(50−59歳)の33.55%であった。このように、第3の試験例における対象者の腸内菌叢構成は実年齢よりもかなり老いていることが示唆された。 As shown in the fourth column of Table 15, the result of inputting the composition ratio of the intestinal flora of the subject in the second test example to the neural network is as follows: o1 = 0, o2 = 0, o3 = 0.0029, o4 = 0.0958, o5 = 0.1083, o6 = 0.0706, o7 = 0.3770, o8 = 0.3355, o9 = 0.0096, o10 = 0.0002, o11 = 0, o12 = 0, o13 = 0. Thus, the intestinal age of subjects was the largest in the 40s (40-49 years) at 37.70%, and then was 33.55% in the 50s (50-59 years). Thus, it was suggested that the intestinal flora composition of the subject in the third test example is considerably older than the actual age.
以上のように、本実施形態の腸内年齢の推定方法は、人工神経回路網(例えばフィードフォワードニューラルネットワーク)を用いて、対象者の腸内年齢を推定する推定工程(例えば、図2のステップS2、図6のステップS54)、を含む腸内年齢の推定方法であって、人工神経回路網は、年齢の異なる複数(m人)の被験者の各々を識別する識別子と、複数の被験者から抽出された全ての種類を含む細菌分類レベルにおける複数の腸内細菌(属レベルの場合、例えばメタノブレウィバクテル属、アクチノマイセス属、・・・)の各々について、複数の被験者の各々毎に抽出された細菌分類レベルにおける全ての腸内細菌に対する比率を表す値(構成割合、または構成比率)と、複数の被験者の各々の年齢を表す値と、が対応付けられている腸内細菌叢データベースを用いて構築されている。 As described above, the intestinal age estimation method of the present embodiment uses an artificial neural network (for example, a feedforward neural network) to estimate the intestinal age of the subject (for example, the step of FIG. 2). S2 and intestinal age estimation method including step S54 in FIG. 6, wherein the artificial neural network extracts an identifier for identifying each of a plurality of (m) subjects having different ages and a plurality of subjects. For each of a plurality of subjects for each of a plurality of intestinal bacteria at the bacterial classification level including all types (for example, Methanobrewibacter, Actinomyces, ...) A value (composition ratio or composition ratio) representing the ratio to all intestinal bacteria at the extracted bacteria classification level is associated with a value representing the age of each of a plurality of subjects. It is constructed using intestinal flora database.
この構成によって、本実施形態では、腸内細菌叢データベースを用いて構築された人工神経回路網によって、対象者の腸内年齢を推定することができる。 With this configuration, in the present embodiment, the intestinal age of the subject can be estimated by an artificial neural network constructed using the intestinal microbiota database.
また、本実施形態の腸内年齢の推定方法において、推定工程では、複数(m人)の被験者から抽出された全ての種類を含む複数の細菌分類レベルの腸内細菌(例えば、属レベルの187種類)の各々について、対象者から抽出された全ての腸内細菌に対する比率を表す値(構成割合、または構成比率)を、人工神経回路網(例えばフィードフォワードニューラルネットワーク)に入力することによって、対象者の腸内年齢が推定される。 In the intestinal age estimation method of the present embodiment, in the estimation step, a plurality of intestinal bacteria (for example, 187 at the genus level) including all types extracted from a plurality (m) of subjects. For each of the types, the values (composition ratios or composition ratios) representing the ratios to all intestinal bacteria extracted from the subject are input to an artificial neural network (for example, a feedforward neural network). The intestinal age of the person is estimated.
この構成によって、本実施形態では、対象者の腸内細菌の状態に基づいて、対象者の腸内年齢を推定することができる。 With this configuration, in this embodiment, the intestinal age of the subject can be estimated based on the state of the intestinal bacteria of the subject.
また、本実施形態の腸内年齢の推定方法において、腸内細菌叢データベースに含まれる複数(m人)の被験者の年齢を、複数の年齢グループ(例えば、離乳前、離乳中、離乳後−9歳、・・・、100歳以上)に分離する分類工程(図2のステップS3)と、分類工程によって分類された複数の年齢グループの各々について、比率を表す値(構成割合、または構成比率)の平均値を腸内細菌の各々について算出する平均値算出工程(図4のステップS23)と、平均値算出工程によって算出された平均値と、年齢グループに属する被験者の各々の比率との差を腸内細菌の各々について算出し(図4のステップS24)、算出した差の総和を被験者の各々について算出する総和算出工程(図4のステップS25)と、年齢グループに属する複数の被験者の中から、総和算出工程によって算出された総和の値が小さい順に所定の人数ずつ前記年齢グループの各々から選択する選択工程(図4のステップS26)と、選択工程によって選択された被験者の腸内細菌の情報と年齢とを用いて、腸内細菌叢データベースを再構築する再構築工程(図4のステップS29)と、再構築工程によって再構築された腸内細菌叢データベースを用いて、人工神経回路網(例えばフィードフォワードニューラルネットワーク)を構築する(図4のステップS30)。 In the intestinal age estimation method of the present embodiment, the ages of a plurality of (m) subjects included in the intestinal flora database are set to a plurality of age groups (for example, before weaning, during weaning, after weaning −9 A value representing the ratio (composition ratio or composition ratio) for each of a plurality of age groups classified by the classification process (step S3 in FIG. 2) and the classification process (separated by age,..., 100 years old). The average value calculating step (step S23 in FIG. 4) for calculating the average value of each enteric bacterium, the difference between the average value calculated by the average value calculating step and the ratio of each subject belonging to the age group A total calculation step (step S25 in FIG. 4) for calculating each enteric bacterium (step S24 in FIG. 4) and calculating the sum of the calculated differences for each subject, and a plurality of members belonging to the age group A selection step (step S26 in FIG. 4) for selecting from each of the age groups a predetermined number of subjects in ascending order of the total sum calculated by the sum calculation step, and the intestines of the subject selected by the selection step. The reconstruction process (step S29 in FIG. 4) for reconstructing the intestinal flora database using the information and age of the intestinal bacteria, and the intestinal flora database reconstructed by the reconstruction process, A neural network (for example, a feedforward neural network) is constructed (step S30 in FIG. 4).
このように、本実施形態では、各年齢グループに属する複数の被験者の中から、腸内細菌の構成割合が当該年齢グループにおいて平均的な被験者の腸内細菌叢を抽出して腸内細菌叢データベースを再構築し、再構築した腸内細菌叢データベースを用いて、ニューラルネットワークを構築する。これにより、本実施形態では、腸内年齢を推定するために構築するニューラルネットワークにおいて、腸内年齢を推定する際にノイズとなる被験者の腸内細菌叢を除外することができる。この結果、本実施形態によれば、対象者の腸内年齢を精度良く推定することができる。 Thus, in this embodiment, the intestinal bacterial flora database is obtained by extracting the intestinal bacterial flora of the average subject in the age group from a plurality of subjects belonging to each age group. The neural network is constructed using the reconstructed intestinal microbiota database. Thereby, in this embodiment, in the neural network constructed for estimating the intestinal age, it is possible to exclude the intestinal flora of the subject that becomes noise when estimating the intestinal age. As a result, according to the present embodiment, the intestinal age of the subject can be accurately estimated.
また、本実施形態の腸内年齢の推定方法において、人工神経回路網(例えばフィードフォワードニューラルネットワーク)の入力(i1〜in)数は、複数(m人)の被験者から抽出された全ての種類を含む細菌分類レベルにおける複数の腸内細菌の種類の総数(属レベルの場合、例えば187)であり、人工神経回路網の出力(o1〜op)数は、分類工程によって分類された複数の年齢グループの総数である。 In the intestinal age estimation method of the present embodiment, the number of inputs (i1 to in) of the artificial neural network (for example, feedforward neural network) is all types extracted from a plurality of (m) subjects. The total number of types of a plurality of enteric bacteria at the bacterial classification level including (for example, 187 in the case of a genus level), the number of outputs (o1 to op) of the artificial neural network is a plurality of age groups classified by the classification process The total number of
この構成によって、本実施形態では、対象者から検出された腸内細菌叢情報を、ニューラルネットワークに入力することによって、各年齢グループに属する確率を算出することができる。 With this configuration, in this embodiment, the intestinal flora information detected from the subject can be input to the neural network, whereby the probability of belonging to each age group can be calculated.
また、本実施形態の腸内年齢の推定方法において、分類工程では、複数の被験者が10歳毎に分離され、推定工程では、対象者の腸内年齢が10歳毎に推定される。
この構成によって、本実施形態では、対象者の腸内細菌の構成が10歳毎の年齢グループのいずれに属するかを推定することで、腸内年齢を精度良く推定することができる。
In the intestinal age estimation method of the present embodiment, in the classification step, a plurality of subjects are separated every 10 years, and in the estimation step, the subject's intestinal age is estimated every 10 years.
With this configuration, in the present embodiment, it is possible to accurately estimate the intestinal age by estimating which age group of every 10 years the subject's intestinal bacteria configuration belongs to.
また、本実施形態の腸内年齢の推定方法において、腸内細菌叢データベースは、離乳前および離乳中を含む0〜104歳の被験者から抽出された腸内細菌の前記比率を示す値に基づいて構築される。
これにより、本実施形態では、データベース13に格納している離乳前から104歳までの各年齢層それぞれの複数の被験者による腸内細菌叢データベースに基づくニューラルネットワークを用いて、対象者の腸内年齢を精度良く判定することができる。
In the intestinal age estimation method of the present embodiment, the intestinal flora database is based on a value indicating the ratio of intestinal bacteria extracted from
Thereby, in this embodiment, using the neural network based on the intestinal microbiota database by each subject of each age group from before weaning to 104 years old stored in the
また、本実施形態の腸内年齢の推定方法において、人工神経回路網は、隠れ層を有するフィードフォワードニューラルネットワークである。
これにより、本実施形態では、実年齢以外の腸内年齢も含めて精度良く推定することができる。
In the intestinal age estimation method of the present embodiment, the artificial neural network is a feedforward neural network having a hidden layer.
Thereby, in this embodiment, it can estimate accurately including intestinal ages other than real age.
また、本実施形態の腸内年齢の推定方法において、腸内細菌叢データベースは、被験者から抽出された全ての腸内細菌に対する被験者から抽出された腸内細菌の各々の比率を前記被験者毎に取得する取得工程(図3のステップS11)と、取得工程によって取得された被験者毎の腸内細菌の各々の比率を用いて、被験者の総数m(mは2以上の整数)と、複数の被験者から抽出された全ての種類を含む細菌分類レベルにおける複数の腸内細菌の種類の総数n(nは2以上の整数)とを抽出する抽出工程(図3のステップS12)と、抽出工程によって抽出された被験者の総数mと、複数の腸内細菌の種類の総数n、複数の被験者の各々毎に抽出された細菌分類レベルにおける全ての腸内細菌に対する比率を表す値と、を用いて、m行×n行の構成データを構築する構成データ構築工程(図3のステップS13)と、複数の被験者の各々の年齢を示す情報を取得し、取得した被験者毎の年齢を示す情報を、構成データ構築工程で構築された構成データに対応付けて腸内細菌叢データベースを構築するデータベース構築工程(図3のステップS14、S15)と、によって構築されたデータベースである。 Further, in the intestinal age estimation method of the present embodiment, the intestinal microflora database acquires, for each subject, each ratio of the intestinal bacteria extracted from the subject to all the intestinal bacteria extracted from the subject. Using the acquisition process (step S11 in FIG. 3) and the ratio of each enteric bacterium acquired by the acquisition process, the total number m of subjects (m is an integer of 2 or more) and a plurality of subjects An extraction step (step S12 in FIG. 3) for extracting the total number n (n is an integer of 2 or more) of a plurality of types of enteric bacteria at the bacterial classification level including all the extracted types, and the extraction step. The total number of subjects m, the total number n of types of a plurality of intestinal bacteria, and the value representing the ratio of all the intestinal bacteria in the bacterial classification level extracted for each of the plurality of subjects, m rows × n lines The configuration data construction step (step S13 in FIG. 3) for constructing the composition data, the information indicating the age of each of the plurality of subjects are acquired, and the information indicating the age for each subject is acquired in the configuration data construction step. And a database construction step (steps S14 and S15 in FIG. 3) for constructing an intestinal microbiota database in association with the configured data.
これにより、本実施形態では、被験者または対象者以外から抽出された腸内細菌を用いて、腸内細菌叢データベースを構築することができる。この結果、本実施形態では、このように構築された腸内細菌叢データベースを用いて構築された人工神経回路網に、対象者の腸内細菌叢情報を入力することで、対象者が属する年齢グループを精度良く推定することができる。 Thereby, in this embodiment, an intestinal microflora database can be constructed | assembled using the intestinal bacteria extracted from subjects other than a test subject or a subject. As a result, in this embodiment, the age to which the subject belongs by inputting the intestinal flora information of the subject to the artificial neural network constructed using the intestinal flora database constructed in this way. Groups can be estimated with high accuracy.
なお、上述した例において、データベース生成部12は、m人の被験者から抽出された腸内細菌の全ての種類nによって腸内細菌叢データベースを構築する例を説明したが、これに限られない。データベース生成部12は、m人の被験者から抽出された腸内細菌の全ての種類nに加えて、過去の実験データや論文などを探索した結果に基づく腸内細菌を、予め腸内細菌叢データベースに含めるようにしてもよい。
In addition, in the example mentioned above, although the database production |
なお、上述した例において、属性として年齢の例を用いた例を説明したが、これに限られない。属性は、性別、体重、身長、居住地、出身地、国籍等であってもよい。また、腸内細菌叢情報に対応付けられている属性は、複数(例えば、年齢と国籍)であってもよい。例えば、属性が体重の場合、体重をいくつかのグループ(例えば10kg未満、10−19kg、20−29kg、・・・、90−99kg、100kg以上)に分類し、体重グループごとに被験者を抽出して腸内細菌叢データベースを構築するようにしてもよい。
また、データベース13に格納される情報は、例えば国籍毎、地域毎等の複数のデータであってもよい。
In addition, in the example mentioned above, although the example which used the example of age as an attribute was demonstrated, it is not restricted to this. The attribute may be sex, weight, height, place of residence, hometown, nationality, and the like. Further, the attributes associated with the intestinal flora information may be plural (for example, age and nationality). For example, when the attribute is body weight, the body weight is classified into several groups (for example, less than 10 kg, 10-19 kg, 20-29 kg,..., 90-99 kg, 100 kg or more), and subjects are extracted for each weight group. An intestinal microbiota database may be constructed.
In addition, the information stored in the
なお、上述した例では、腸内年齢の推定装置1が、ヒトの腸内菌叢の構成割合に基づいて腸内年齢として推定する例を説明するがこれに限られない。腸内年齢の推定装置1は、動物の腸内菌叢の構成割合に基づいて、動物の腸内年齢として推定するようにしてもよい。
In the above-described example, an example in which the intestinal
また、本実施形態の腸内年齢の推定装置1の一部または全てを、CPU(中央演算装置)、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)、コンピュータが、インストールされたアプリケーションによって行うようにしてもよい。
Further, a part or all of the intestinal
1…腸内年齢の推定装置、11…腸内細菌抽出装置、12…データベース生成部、13…データベース、14…ニューラルネットワーク構築部、15…推定部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記人工神経回路網は、
年齢の異なる複数の被験者の各々を識別する識別子と、
前記複数の被験者から抽出された全ての種類を含む細菌分類レベルにおける複数の腸内細菌の各々について、前記複数の被験者の各々毎に抽出された細菌分類レベルにおける全ての腸内細菌に対する比率を表す値と、
前記複数の被験者の各々の年齢を表す値と、
が対応付けられている腸内細菌叢データベースを用いて構築されている、腸内年齢の推定方法。 An estimation method of intestinal age, including an estimation step of estimating an intestinal age of a subject using an artificial neural network,
The artificial neural network is
An identifier for identifying each of a plurality of subjects having different ages;
For each of a plurality of intestinal bacteria at a bacterial classification level including all types extracted from the plurality of subjects, a ratio to all the intestinal bacteria at the bacterial classification level extracted for each of the plurality of subjects is represented. Value and
A value representing the age of each of the plurality of subjects;
An intestinal age estimation method constructed using an intestinal microbiota database associated with.
前記複数の被験者から抽出された全ての種類を含む複数の細菌分類レベルの腸内細菌の各々について、対象者から抽出された全ての腸内細菌に対する比率を表す値を、前記人工神経回路網に入力することによって、対象者の腸内年齢が推定される、請求項1に記載の腸内年齢の推定方法。 In the estimation step,
For each of a plurality of intestinal bacteria of a plurality of bacterial classification levels including all types extracted from the plurality of subjects, a value representing a ratio to all intestinal bacteria extracted from the subject is stored in the artificial neural network. The intestinal age estimation method according to claim 1, wherein the intestinal age of the subject is estimated by inputting.
前記分類工程によって分類された前記複数の年齢グループの各々について、前記比率を表す値の平均値を前記腸内細菌の各々について算出する平均値算出工程と、
前記平均値算出工程によって算出された前記平均値と、前記年齢グループに属する前記被験者の各々の前記比率との差を前記腸内細菌の各々について算出し、算出した差の総和を前記被験者の各々について算出する総和算出工程と、
前記年齢グループに属する複数の被験者の中から、前記総和算出工程によって算出された前記総和の値が小さい順に所定の人数ずつ前記年齢グループの各々から選択する選択工程と、
前記選択工程によって選択された被験者の腸内細菌の情報と年齢とを用いて、前記腸内細菌叢データベースを再構築する再構築工程と、
前記再構築工程によって再構築された腸内細菌叢データベースを用いて、前記人工神経回路網を構築する、請求項1または請求項2に記載の腸内年齢の推定方法。 A classification step of separating the age of the plurality of subjects included in the gut microbiota database into a plurality of age groups;
For each of the plurality of age groups classified by the classification step, an average value calculating step for calculating an average value of the values representing the ratio for each of the enteric bacteria,
The difference between the average value calculated by the average value calculation step and the ratio of each of the subjects belonging to the age group is calculated for each of the enteric bacteria, and the sum of the calculated differences is calculated for each of the subjects. A sum calculation step for calculating
A selection step of selecting from each of the age groups by a predetermined number of people in descending order of the value of the sum calculated from the plurality of subjects belonging to the age group,
Reconstructing the intestinal flora database using the information and age of the intestinal bacteria of the subject selected by the selection step;
The intestinal age estimation method according to claim 1 or 2, wherein the artificial neural network is constructed using the intestinal microbiota database reconstructed by the restructuring step.
前記人工神経回路網の出力数は、前記分類工程によって分類された前記複数の年齢グループの総数である、請求項3に記載の腸内年齢の推定方法。 The number of inputs of the artificial neural network is the total number of types of a plurality of enteric bacteria at a bacterial classification level including all types extracted from the plurality of subjects,
The intestinal age estimation method according to claim 3, wherein the number of outputs of the artificial neural network is the total number of the plurality of age groups classified by the classification step.
前記推定工程では、前記対象者の腸内年齢が10歳毎に推定される、請求項3または請求項4に記載の腸内年齢の推定方法。 In the classification step, the plurality of subjects are separated every 10 years,
The intestinal age estimation method according to claim 3 or 4, wherein in the estimation step, the intestinal age of the subject is estimated every 10 years.
前記被験者から抽出された全ての腸内細菌に対する前記被験者から抽出された腸内細菌の各々の比率を前記被験者毎に取得する取得工程と、
前記取得工程によって取得された前記被験者毎の腸内細菌の各々の比率を用いて、前記被験者の総数m(mは2以上の整数)と、前記複数の被験者から抽出された全ての種類を含む細菌分類レベルにおける複数の腸内細菌の種類の総数n(nは2以上の整数)とを抽出する抽出工程と、
前記抽出工程によって抽出された前記被験者の総数mと、前記複数の腸内細菌の種類の総数nと、前記複数の被験者の各々毎に抽出された細菌分類レベルにおける全ての腸内細菌に対する比率を表す値と、を用いて、m行×n行の構成データを構築する構成データ構築工程と、
前記複数の被験者の各々の年齢を示す情報を取得し、取得した前記被験者毎の年齢を示す情報を、前記構成データ構築工程で構築された前記構成データに対応付けて腸内細菌叢データベースを構築するデータベース構築工程と、によって構築されたデータベースである、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の腸内年齢の推定方法。 The intestinal flora database is
An acquisition step of acquiring, for each subject, the ratio of each of the intestinal bacteria extracted from the subject to all the intestinal bacteria extracted from the subject;
Including the total number m of the subjects (m is an integer of 2 or more) and all types extracted from the plurality of subjects using the ratio of each enteric bacterium obtained by the obtaining step. An extraction step of extracting a total number n (n is an integer of 2 or more) of a plurality of types of enteric bacteria at the bacterial classification level;
The total number m of the subjects extracted by the extraction step, the total number n of the types of the plurality of intestinal bacteria, and the ratio to all the intestinal bacteria at the bacterial classification level extracted for each of the plurality of subjects. A configuration data constructing step of constructing m rows × n rows of configuration data using values to represent;
The information indicating the age of each of the plurality of subjects is acquired, and the acquired information indicating the age of each subject is associated with the configuration data constructed in the configuration data construction step to construct an intestinal flora database The intestinal age estimation method according to any one of claims 1 to 7, which is a database constructed by a database construction step.
前記データベースに格納されている前記腸内細菌叢データベースを用いて構築された人工神経回路網を用いて、対象者の腸内年齢を推定する推定部と、
を備える腸内年齢の推定装置。 An identifier for identifying each of a plurality of subjects having different ages, and each of a plurality of intestinal bacteria at a bacterial classification level including all types extracted from the plurality of subjects, extracted for each of the plurality of subjects. A database that stores an intestinal microflora database in which a value representing a ratio to all intestinal bacteria at a bacterial classification level and a value representing the age of each of the plurality of subjects are associated;
Using an artificial neural network constructed using the intestinal microbiota database stored in the database, an estimation unit that estimates the intestinal age of the subject,
An intestinal age estimation apparatus comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015100567A JP6751550B2 (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Intestinal age estimation method and intestinal age estimation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015100567A JP6751550B2 (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Intestinal age estimation method and intestinal age estimation device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016214109A true JP2016214109A (en) | 2016-12-22 |
JP6751550B2 JP6751550B2 (en) | 2020-09-09 |
Family
ID=57577567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015100567A Active JP6751550B2 (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Intestinal age estimation method and intestinal age estimation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6751550B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210145539A (en) * | 2020-05-25 | 2021-12-02 | 주식회사 마크로젠 | Providing method for health information based on microbiome and analysis apparatus |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004535882A (en) * | 2001-07-24 | 2004-12-02 | サンライト メディカル リミテッド | Bone age evaluation method using ultrasound |
JP2006107511A (en) * | 2003-08-13 | 2006-04-20 | Kashiwado Kinen Zaidan | Representing sheet for visualizing clinical examination data |
JP2006526765A (en) * | 2003-05-12 | 2006-11-24 | エラスムス ユニバーシティ メディカル センター ロッテルダム | Automatic characterization and classification of microorganisms |
JP2012165716A (en) * | 2011-02-16 | 2012-09-06 | Infocom Corp | Meal support system based on intestinal resident bacterial analysis information |
JP2015188380A (en) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 森永乳業株式会社 | Methods for determining degree of aging of intestinal flora and screening methods for microbial populations |
JP2016214111A (en) * | 2015-05-15 | 2016-12-22 | 森永乳業株式会社 | Determination method of intestine state, and determination device of intestine state |
-
2015
- 2015-05-15 JP JP2015100567A patent/JP6751550B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004535882A (en) * | 2001-07-24 | 2004-12-02 | サンライト メディカル リミテッド | Bone age evaluation method using ultrasound |
JP2006526765A (en) * | 2003-05-12 | 2006-11-24 | エラスムス ユニバーシティ メディカル センター ロッテルダム | Automatic characterization and classification of microorganisms |
JP2006107511A (en) * | 2003-08-13 | 2006-04-20 | Kashiwado Kinen Zaidan | Representing sheet for visualizing clinical examination data |
JP2012165716A (en) * | 2011-02-16 | 2012-09-06 | Infocom Corp | Meal support system based on intestinal resident bacterial analysis information |
JP2015188380A (en) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 森永乳業株式会社 | Methods for determining degree of aging of intestinal flora and screening methods for microbial populations |
JP2016214111A (en) * | 2015-05-15 | 2016-12-22 | 森永乳業株式会社 | Determination method of intestine state, and determination device of intestine state |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210145539A (en) * | 2020-05-25 | 2021-12-02 | 주식회사 마크로젠 | Providing method for health information based on microbiome and analysis apparatus |
KR102492977B1 (en) * | 2020-05-25 | 2023-01-31 | 주식회사 마크로젠 | Providing method for health information based on microbiome and analysis apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6751550B2 (en) | 2020-09-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nader et al. | Evolutionary genomics of anthroponosis in Cryptosporidium | |
JP6643815B2 (en) | Intestinal condition determination method and intestinal condition determination device | |
Amorim et al. | Mitochondrial DNA in human identification: a review | |
Hinojosa et al. | A mirage of cryptic species: genomics uncover striking mitonuclear discordance in the butterfly Thymelicus sylvestris | |
Kawahara et al. | A molecular phylogeny and revised higher‐level classification for the leaf‐mining moth family G racillariidae and its implications for larval host‐use evolution | |
Kozak et al. | Multilocus species trees show the recent adaptive radiation of the mimetic Heliconius butterflies | |
Sabree et al. | Independent studies using deep sequencing resolve the same set of core bacterial species dominating gut communities of honey bees | |
Grazziotin et al. | Molecular phylogeny of the new world Dipsadidae (Serpentes: Colubroidea): a reappraisal | |
Hayden et al. | Ecological adaptation determines functional mammalian olfactory subgenomes | |
Gaubert et al. | Reviving the African wolf Canis lupus lupaster in North and West Africa: a mitochondrial lineage ranging more than 6,000 km wide | |
Harris et al. | Linking statistical and ecological theory: Hubbell's unified neutral theory of biodiversity as a hierarchical Dirichlet process | |
Tanaka et al. | Assessment of helminth biodiversity in wild rats using 18S rDNA based metagenomics | |
CN102459643B (en) | The method of detection acquired immunity | |
Biagi et al. | Gut microbiome in Down syndrome | |
KR102410443B1 (en) | Deep learning based dementia prediction method | |
Dai et al. | Phylogenetic reconstruction and DNA barcoding for closely related pine moth species (Dendrolimus) in China with multiple gene markers | |
Voulgari‐Kokota et al. | Linking pollen foraging of megachilid bees to their nest bacterial microbiota | |
Alexandrou et al. | Evolutionary relatedness does not predict competition and co-occurrence in natural or experimental communities of green algae | |
Cooper et al. | Next generation sequencing reveals widespread trypanosome diversity and polyparasitism in marsupials from Western Australia | |
Grond et al. | No evidence for phylosymbiosis in western chipmunk species | |
Santiago-Rodriguez et al. | Taxonomic and predicted metabolic profiles of the human gut microbiome in pre-Columbian mummies | |
Bertrand et al. | Assignment of homoeologs to parental genomes in allopolyploids for species tree inference, with an example from Fumaria (Papaveraceae) | |
AU2021269402A1 (en) | Personalized meal diet and exercise providing method using integrated health information and service system | |
CN107002021B (en) | Biomarker for rheumatoid arthritis and application thereof | |
WO2020210487A1 (en) | Systems and methods for nutrigenomics and nutrigenetic analysis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180420 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20181116 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190312 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20190510 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190702 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191224 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200217 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200721 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200817 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6751550 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |