JP2020507308A - Methods, apparatus, and systems for analyzing microbial strains of complex heterogeneous communities, determining their functional relevance and interaction, and managing diagnostic and biological conditions based thereon - Google Patents

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キャメロン ジョセフ マルティーノ,
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アスカス バイオサイエンシーズ, インコーポレイテッド
アスカス バイオサイエンシーズ, インコーポレイテッド
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Abstract

複雑な不均一コミュニティの微生物株の解析、その機能的関連性及び相互作用の決定、ならびにそれに基づく診断及び生物学的状態の管理、のための方法、装置、及びシステムが開示される。治療(生物反応性の改変剤(合成微生物アンサンブルを含む生物反応性の改変剤など)など)を含めて、状態及び状態異常/状態逸脱の診断、解析、及び治療のための方法も開示される。【選択図】図1Disclosed are methods, devices, and systems for analyzing microbial strains of a complex heterogeneous community, determining their functional relevance and interaction, and managing diagnostic and biological conditions based thereon. Also disclosed are methods for diagnosing, analyzing, and treating conditions and abnormalities / deviations, including treatments, such as bioreactivity modifiers (such as bioreactivity modifiers, including synthetic microbial ensembles). . [Selection diagram] Fig. 1

Description

本出願は、2016年12月28日出願の米国仮特許出願第62/439,804号の優先権及び利益を主張すると共に、本出願は、2017年9月18日出願の米国仮特許出願第62/560,174号の優先権及び利益も主張し、前述の出願(複数可)は、あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる。   This application claims priority and benefit to US provisional patent application Ser. No. 62 / 439,804, filed Dec. 28, 2016, and filed with US Provisional Patent Application Ser. No. 62 / 560,174 also claims priority and benefit, and the aforementioned application (s) is expressly incorporated herein by reference in its entirety for all purposes.

本出願は、著作権、マスクワーク、及び/または他の知的財産保護の対象となる材料を含み得る。そのような知的財産のそれぞれの所有者は、本開示が特許庁のファイル/記録に公開される通りに任意の者が本開示を複製する分には意義は唱えないが、その他の場合は、すべての権利を保有する。   This application may include copyright, maskwork, and / or other materials subject to intellectual property protection. The respective owners of such intellectual property do not make any sense to duplicate this disclosure as it appears on the Patent Office's files / records, , All rights reserved.

微生物は、コミュニティとして天然に共存しており、さまざまな相互作用に関与する結果、個々のコミュニティメンバーの間では協働も競合も生じる。微生物生態学が進歩したことで、ほとんどのコミュニティには種の多様性及び複雑性が高いレベルで存在することが明らかとなっている。微生物は、環境中の至る所に存在し、生物圏内の多様な生態系に生息している。個々の微生物及びそのそれぞれのコミュニティは、海洋部(深海と海洋表層との両方)、土壌、ならびに動物組織(ヒト組織を含む)などの環境において特有の役割を担っている。   Microorganisms coexist naturally as communities and participate in various interactions, resulting in cooperation and competition between individual community members. Advances in microbial ecology have revealed that most communities have high levels of species diversity and complexity. Microorganisms are ubiquitous in the environment and inhabit diverse ecosystems within the biosphere. Individual microbes and their respective communities play unique roles in environments such as the marine region (both deep and marine), soil, and animal tissues (including human tissues).

本開示は、複雑な不均一コミュニティの微生物株の解析、その機能的関連性及び相互作用の決定、ならびにそれに基づく診断及び生物学的状態の管理、のための方法、装置、及びシステムを対象とする。合成微生物アンサンブルを含む治療を含めて、状態ならびに状態異常及び状態逸脱の診断、解析、及び治療のための方法も開示される。   The present disclosure is directed to methods, devices, and systems for analyzing microbial strains of a complex heterogeneous community, determining their functional relevance and interaction, and managing diagnostic and biological conditions based thereon. I do. Also disclosed are methods for diagnosing, analyzing, and treating conditions and conditions and abnormalities, including treatments involving synthetic microbial ensembles.

本開示の1つの態様では、診断方法が開示される。方法は、少なくとも1つの共通環境パラメータ(試料型、試料位置、試料時期など)を共有する少なくとも2つの試料を取得することを含み得る。少なくとも2つの試料のうちの少なくとも1つを第1の状態にあると定義することができ、少なくとも2つの試料のうちの少なくとも1つを第2の状態にあると定義することができ、第2の状態は、第1の状態とは異なる。例えば、1つの実施形態では、少なくとも2つの状態のうちの1つは、健康な状態であるか、または健康な試料源(例えば、1つもしくは複数の望ましい特徴もしくはメタデータを有する試料源)と関連する状態であり、その他の状態は、不健康/病的な状態であるか、または不健康/病的な試料源(例えば、1つもしくは複数の望ましくない特徴もしくはメタデータを有する試料源であり、場合によっては、特に、健康な試料源の対応する特徴(複数可)もしくはメタデータと比較すると望ましくない特徴もしくはメタデータを1つもしくは複数有する試料源)と関連する状態である。各試料について、試料における1つまたは複数の微生物型の存在が検出され、1つまたは複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の数が決定される。   In one aspect of the present disclosure, a diagnostic method is disclosed. The method may include obtaining at least two samples that share at least one common environmental parameter (sample type, sample position, sample time, etc.). At least one of the at least two samples may be defined as being in a first state, at least one of the at least two samples may be defined as being in a second state, and a second state may be defined. Is different from the first state. For example, in one embodiment, one of the at least two conditions is a healthy condition or a healthy sample source (eg, a sample source having one or more desirable characteristics or metadata). The associated condition, the other condition is an unhealthy / morbid condition, or an unhealthy / morbid sample source (eg, a sample source having one or more undesirable characteristics or metadata; In some cases, particularly conditions associated with a sample source having one or more features or metadata that are undesirable when compared to the corresponding feature (s) or metadata of a healthy sample source. For each sample, the presence of one or more microorganism types in the sample is detected, and the number of each of the one or more microorganism types detected in each sample is determined.

各試料における特有の第1のマーカー及びその量が測定され、特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである。それぞれの微生物型の数及び特有の第1のマーカーの数/それぞれの数に基づいて、各試料におけるそれぞれの微生物株の絶対細胞数が決定される。次に、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーが測定され、その微生物株の活性レベルが決定される(例えば、特定の活性閾値を上回る特有の第2のマーカーに基づいて決定される)。実施態様に応じて、活性レベルは、数的、相対的、及び/または二項的(例えば、活性/不活性)であり得る。決定された活性によってそれぞれの微生物株の絶対細胞数がフィルタリングされることで、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のセットまたはリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数が得られる。第1の状態に由来する少なくとも1つの試料についての活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、第2の状態に由来する少なくとも1つの試料についての活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、を比較または処理することで、ベースライン状態(例えば、健康な状態または正常な状態)を定義または決定することができる。ベースライン状態は、特定した分類群及び/または株の存在または不在によって定義または特徴付けることができる。いくつかの実施形態では、方法は、少なくとも1つの追加の試料を取得することを、含むか、またはさらに含み、追加の試料の状態は不明である。次に、少なくとも1つの追加の試料について、1つまたは複数の微生物型の存在が検出され、1つまたは複数の微生物型のうちで検出されたそれぞれの微生物型の数が決定される。特有の第1のマーカー及びその量が決定され、特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである。それぞれの微生物型の数及び特有の第1のマーカーの数から、それぞれの微生物株の絶対細胞数が決定される。少なくとも1つの特有の第2のマーカーが、特定した閾値に基づいてそれぞれの微生物株に使用されることで、その微生物株の活性レベルが決定される。決定された活性によってそれぞれの微生物株の絶対細胞数がフィルタリングされることで、活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数が得られる。次に、少なくとも1つの追加の試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数とベースライン状態とが比較されることで、少なくとも1つの追加の試料の状態(例えば、健康または不健康、正常または異常など)が決定される。次に、少なくとも1つの追加の試料の決定された状態が出力及び/または表示される(例えば、表示画面またはグラフィカルインターフェースに出力及び/または表示される)。   A unique first marker and its amount in each sample are measured, each unique first marker being a marker for a microorganism strain of the microorganism type to be detected. Based on the number of each microorganism type and the number of unique first markers / each number, the absolute cell number of each microorganism strain in each sample is determined. Next, at least one unique second marker for each microorganism strain is measured and the activity level of that microorganism strain is determined (eg, determined based on the unique second marker above a certain activity threshold). Is done). Depending on the embodiment, the activity level can be numerical, relative, and / or binomial (eg, active / inactive). The absolute cell number of each microbial strain is filtered by the determined activity to obtain a set or list of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for each of the at least two samples. A filtered absolute cell number of the active microorganism strain for at least one sample from the first state, and a filtered absolute cell number of the active microorganism strain for at least one sample from the second state; Can be defined or determined by comparing or processing the baseline state (eg, healthy or normal state). Baseline status can be defined or characterized by the presence or absence of the identified taxon and / or strain. In some embodiments, the method comprises or further comprises obtaining at least one additional sample, wherein the status of the additional sample is unknown. Next, for at least one additional sample, the presence of one or more microbial types is detected and the number of each detected microbial type of the one or more microbial types is determined. A unique first marker and its amount are determined, each unique first marker being a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected. From the number of each microbial type and the number of unique first markers, the absolute cell number of each microbial strain is determined. At least one unique second marker is used for each microbial strain based on the specified threshold to determine the activity level of that microbial strain. The set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers are obtained by filtering the absolute cell number of each microbial strain according to the determined activity. The set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for at least one additional sample is then compared to a baseline condition to determine the condition of at least one additional sample (eg, healthy or unhealthy, Normal or abnormal). Next, the determined state of the at least one additional sample is output and / or displayed (eg, output and / or displayed on a display screen or graphical interface).

いくつかの別の実施形態によれば、少なくとも1つの追加の試料の決定された状態は、少なくとも1つの追加の試料と関連する環境の状態に対応する。実施態様に応じて、少なくとも1つの追加の試料と関連する環境には、地理空間環境が含まれ得、こうした地理空間環境は、野原または牧草地、飼料の環境または源(例えば、穀物サイロ)、標的とする動物及び/または群れなどである。少なくとも1つの追加の試料と関連する環境に対する治療を解明または決定することができる。ベースラインが健康または同様のものである実施形態では、ベースラインに向かって環境の状態を変化させるように治療を構成することができる。いくつかの実施形態では、所望の目標または有利な結果と関連する状態に向かって環境の状態を変化させるように治療を構成することができる。治療は、合成アンサンブル(特に、本開示の方法に従って形成される合成アンサンブル)、化学的/生物学的な治療もしくは薬剤、治療レジメン、これらの治療の2つ以上の組み合わせ、及び/または同様のものを含み得る。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの追加の試料に基づいてベースライン状態を更新することができる。   According to some other embodiments, the determined state of the at least one additional sample corresponds to a state of the environment associated with the at least one additional sample. Depending on the embodiment, the environment associated with the at least one additional sample may include a geospatial environment, such as a field or pasture, a feed environment or source (eg, a grain silo), Target animals and / or herds. The treatment for the environment associated with the at least one additional sample can be ascertained or determined. In embodiments where the baseline is healthy or the like, the treatment can be configured to change the state of the environment towards the baseline. In some embodiments, the treatment can be configured to change the condition of the environment toward a condition associated with a desired goal or beneficial result. The treatment may be a synthetic ensemble (especially a synthetic ensemble formed according to the methods of the present disclosure), a chemical / biological treatment or drug, a treatment regimen, a combination of two or more of these treatments, and / or the like. May be included. In some embodiments, the baseline status can be updated based on at least one additional sample.

本開示の別の態様では、分析方法が開示される。そのような方法は、少なくとも2つの試料セットを取得することを含み得、各試料セットは、複数の試料を含む。いくつかの実施態様では、少なくとも2つの試料セットのうちの少なくとも1つの試料セットを第1の状態にあると定義することができ、少なくとも2つの試料セットのうちの少なくとも1つの試料セットを第2の状態にあると定義することができ、第1の状態は、第2の状態とは異なり、試料セットにおける試料の範囲は、試料セットに対応する状態の範囲に対応する。他の実施態様では、試料セット内の試料は、それぞれの状態にあると定義されるか、または状態の決定もしくは定義は、分析後に行われる。方法は、次に、各試料における複数の微生物型を検出すること、複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数を決定すること、ならびに各試料における特有の第1のマーカー及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、を含む。方法は、次に、各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を、その試料における検出されたそれぞれの微生物型の数と、その試料における特有の第1のマーカーの数及びその量と、に基づいて決定すること、ならびにそれぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを測定して各試料における活性微生物株を決定すること、を含む。次に、少なくとも2つの試料セットの各試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数が得られる。方法は、少なくとも2つの試料セットの各試料及び/またはそれぞれの試料についての活性微生物株及びそれぞれの絶対細胞数を解析してベースライン状態を定義することを含む。ベースライン状態は、いくつかの実施形態では、特定した分類群及び/または株の存在または不在によって定義及び/または特徴付けることができる。   In another aspect of the present disclosure, an analysis method is disclosed. Such a method may include obtaining at least two sample sets, each sample set including a plurality of samples. In some embodiments, at least one of the at least two sample sets may be defined as being in the first state, and at least one of the at least two sample sets may be defined as the second. The first state is different from the second state, and the range of the sample in the sample set corresponds to the range of the state corresponding to the sample set. In other embodiments, the samples in the sample set are defined as being in their respective states, or the determination or definition of the states is made after analysis. The method then comprises detecting the plurality of microbial types in each sample, determining the absolute cell number of each of the plurality of microbial types detected in each sample among the plurality of microbial types, and determining the unique cell number in each sample. Measuring the first marker and its amount (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected). The method then determines the absolute cell number of each microbial strain present in each sample, the number of each microbial type detected in the sample, and the number and amount of the unique first marker in the sample. And determining at least one unique second marker for each microorganism strain to determine the active microorganism strain in each sample. Next, a set of active microbial strains for each sample of at least two sample sets and their respective absolute cell numbers are obtained. The method comprises analyzing each sample and / or each sample of at least two sample sets for active microbial strains and respective absolute cell numbers to define a baseline condition. Baseline status, in some embodiments, can be defined and / or characterized by the presence or absence of the identified taxon and / or strain.

次に、状態が不明な少なくとも1つの追加の試料が取得される。少なくとも1つの追加の試料について、方法は、(1)1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、(2)検出されたそれぞれの微生物型の数を決定すること、(3)特有の第1のマーカー及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、(4)それぞれの微生物型の数及び特有の第1のマーカーの数から、それぞれの微生物株の絶対細胞数を決定すること、(5)それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを、特定した閾値に基づいて測定してその微生物株の活性レベルを決定すること、ならびに(6)決定された活性によってそれぞれの微生物株の絶対細胞数をフィルタリングすることで、活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、をさらに含む。少なくとも1つの追加の試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数とベースライン状態とを比較することで、少なくとも1つの追加の試料と関連する状態が決定され、少なくとも1つの追加の試料と関連する決定された状態が表示または出力される。   Next, at least one additional sample of unknown state is obtained. For at least one additional sample, the method comprises: (1) detecting the presence of one or more microbial types; (2) determining the number of each microbial type detected; Measuring the first marker and its amount (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected); (4) the number of each microorganism type and the unique first marker Determining the absolute cell number of each microbial strain from the number of the microbial strains; Determining the level, and (6) filtering the absolute cell number of each microbial strain according to the determined activity, to obtain a set of active microbial strains and their respective absolute details. To obtain the number, further comprising a. Comparing the set of active microbial strains and their respective absolute cell counts and the baseline status for the at least one additional sample determines the status associated with the at least one additional sample, and the at least one additional sample. The determined state associated with the sample is displayed or output.

方法は、ベースライン状態と、少なくとも1つの追加の試料と関連する決定された状態と、に基づいて複数の活性微生物株を選択すること、ならびに選択された複数の活性微生物株を担体媒体と組み合わせて活性微生物の合成アンサンブルを形成させること、をさらに含み得、この合成アンサンブルは、この合成アンサンブルが、少なくとも1つの追加の試料と関連する環境に導入されると、少なくとも1つの追加の試料と関連する環境の状態を改変するように構成される。   The method comprises selecting a plurality of active microorganism strains based on a baseline condition and a determined condition associated with at least one additional sample, and combining the selected plurality of active microorganism strains with a carrier medium. Forming a synthetic ensemble of active microorganisms, wherein the synthetic ensemble is associated with at least one additional sample when the synthetic ensemble is introduced into an environment associated with the at least one additional sample. Configured to alter the state of the environment.

いくつかの実施形態によれば、複数の試料から活性微生物を同定し、同定された微生物を少なくとも1つのメタデータと共に解析し、解析に基づいて微生物のアンサンブルを創出するための方法が開示される。障害もしくは望ましくない状態に対する治療において、及び/または生物学的状態の変化(例えば、疾患状態から健康な状態もしくはベースライン状態への変化、またはベースラインもしくは正常な状態から生産的な状態または増進した状態への変化)のために、アンサンブルを使用することができる。方法の実施形態は、試料における1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数を決定することを含み、1つまたは複数の活性微生物株は、試料における微生物コミュニティに存在する。1つまたは複数の微生物株は、微生物型の亜分類群(subtaxon)であり得る。本明細書で提供される方法において使用される試料は、任意の環境起源のものであり得る。例えば、1つの実施形態では、試料は、動物、土壌(例えば、バルク土壌もしくは根圏)、空気、塩水、淡水、廃水汚泥、堆積物、油、植物、農産物、植物、食品もしくは飲料(例えば、チーズ、ビール、ワイン、パン、もしくは他の発酵食品)、または極限環境に由来する。別の実施形態では、動物試料は、血液、組織、歯、汗、爪、皮膚、毛髪、糞便、尿、精液、粘液、唾液、消化管、ルーメン、筋肉、脳、組織、または器官の試料である。1つの実施形態では、1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数を決定するための方法が提供される。方法は、状態/生物学的状態の定義、及び/または試料(及び対応する試料源)の状態を決定するための解析、のために使用することもできる。   According to some embodiments, a method is disclosed for identifying an active microorganism from a plurality of samples, analyzing the identified microorganism with at least one metadata, and creating an ensemble of microorganisms based on the analysis. . In treatment for a disorder or undesirable condition, and / or a change in a biological condition (eg, a change from a diseased condition to a healthy or baseline condition, or a productive or enhanced condition from a baseline or normal condition) An ensemble can be used for (change to state). An embodiment of the method includes determining the absolute cell number of one or more active microbial strains in the sample, wherein the one or more active microbial strains are present in a microbial community in the sample. The one or more microbial strains can be a subtaxon of a microbial type. The sample used in the methods provided herein can be of any environmental origin. For example, in one embodiment, the sample is an animal, soil (eg, bulk soil or rhizosphere), air, saline, freshwater, wastewater sludge, sediment, oil, plant, agricultural product, plant, food or beverage (eg, Cheese, beer, wine, bread, or other fermented foods) or from extreme environments. In another embodiment, the animal sample is a sample of blood, tissue, teeth, sweat, nails, skin, hair, feces, urine, semen, mucus, saliva, gastrointestinal tract, lumen, muscle, brain, tissue, or organ. is there. In one embodiment, a method is provided for determining the absolute cell number of one or more active microbial strains. The method may also be used for definition of condition / biological condition and / or analysis to determine the condition of the sample (and corresponding sample source).

いくつかの実施形態によれば、標的生物学的環境の特性及び/または生物学的状態を変えるように構成された活性微生物株のバイオアンサンブルの形成方法が提供される。そのような方法は、少なくとも1つの共通環境パラメータ(試料型、試料時期、試料位置、試料源型など)を共有する少なくとも2つの試料(または試料セット)を取得すること、及び各試料における複数の微生物型の存在を検出すること、を含み得る。次に、複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数が決定され(例えば、非限定的な例として、本明細書で議論される染色手順、細胞選別/FACSなど)、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量が測定され、特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである。各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数が、その試料における検出されたそれぞれの微生物型の数と、その試料における特有の第1のマーカーの数及びその量と、に基づいて決定される。少なくとも1つの特有の第2のマーカーは、活性(例えば、代謝活性)の指標であり、それぞれの微生物株について測定されることで各試料における活性微生物株が決定され、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のセットまたはリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数が得られる。少なくとも2つの試料のそれぞれについての少なくとも1つの測定メタデータと共に、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株及びそれぞれの絶対細胞数が解析されることで、それぞれの活性微生物株と、少なくとも1つの測定メタデータ、各試料の測定メタデータ、及び/または試料セット(複数可)の測定メタデータと、の関連性が明らかにされる。解析に基づいて複数の活性微生物株が選択され、担体媒体と組み合わせられることで、活性微生物のバイオアンサンブルが形成され、この活性微生物のバイオアンサンブルは、このバイオアンサンブルが標的生物学的環境に導入されると、その標的生物学的環境の少なくとも1つの特性(少なくとも1つのメタデータに対応するもの)を変えるように構成されている。実施形態に応じて、メタデータは、唯一の環境パラメータまたは任意の1つの環境パラメータであり得、試料または試料セットにわたって同一または比較的類似したものであり、異なる試料または試料セットにわたって異なる値を有し得る。例えば、乳牛のメタデータは、摂食及び乳産生量を含み得、摂食メタデータ値は同一であり得る(すなわち、乳牛には、同一の飼料が与えられる)一方で、乳産生量/乳組成は異なり得る(すなわち、1頭の乳牛に由来する試料または特定の乳牛群に由来する試料セットは、第2の乳牛に由来する試料または別の乳牛群の試料セットに対応する乳産生量/乳組成とは異なる平均乳産生量/平均乳組成を有する)。いくつかの実施形態では、1つの試料セットを利用して生物学的状態(ベースライン状態など)を定義することができる。   According to some embodiments, there is provided a method of forming a bioensemble of an active microbial strain configured to alter the properties and / or biological state of a target biological environment. Such methods include obtaining at least two samples (or sample sets) sharing at least one common environmental parameter (sample type, sample time, sample location, sample source type, etc.), and multiple samples in each sample. Detecting the presence of the microbial type. Next, the absolute cell number of each microbial type detected in each sample of the plurality of microbial types is determined (eg, by way of non-limiting examples, the staining procedures discussed herein, cell sorting / FACS), the number and amount of unique first markers in each sample are determined, each unique first marker being a marker for a microorganism strain of the microorganism type to be detected. The absolute cell number of each microbial strain present in each sample is determined based on the number of each detected microbial type in that sample, and the number and amount of unique first markers in that sample. You. The at least one unique second marker is an indicator of activity (eg, metabolic activity), which is measured for each microbial strain to determine the active microbial strain in each sample, and for each of the at least two samples Or a set or list of active microbial strains and their respective absolute cell numbers. The active microbial strain and the respective absolute cell count for each of the at least two samples are analyzed, along with at least one measurement metadata for each of the at least two samples, to provide each active microbial strain and at least one An association with the measurement metadata, the measurement metadata for each sample, and / or the measurement metadata for the sample set (s) is revealed. A plurality of active microbial strains are selected based on the analysis and combined with the carrier medium to form a bioensemble of active microbes, wherein the bioensemble of the active microbe is introduced into the target biological environment. Then, it is configured to change at least one characteristic (corresponding to at least one metadata) of the target biological environment. Depending on the embodiment, the metadata can be a unique environmental parameter or any one environmental parameter, which is the same or relatively similar across samples or sample sets, and has different values across different samples or sample sets. I can do it. For example, dairy cow metadata may include feeding and milk production, and the feeding metadata values may be the same (ie, dairy cows are fed the same feed) while milk production / milk production The composition may be different (ie, a sample from one cow or a sample set from a particular cow group will have a corresponding milk production / sample set from a second cow group or a sample set from another cow group). Having a different average milk production / average milk composition from the milk composition). In some embodiments, a single set of samples can be utilized to define a biological state (such as a baseline state).

本開示のいくつかの実施形態によれば、微生物コミュニティを解析するための診断方法及び方法が提供される。そのような方法は、少なくとも2つの試料(または少なくとも2つの試料のデータ)を取得すること(各試料は、不均一微生物コミュニティを含む)、及び各試料における複数の微生物型の存在を検出すること、を含み得る。次に、複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数が決定される(例えば、本明細書で議論されるFACSまたは他の方法を介して決定される)。各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量が測定され、特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである。1つまたは複数の特有の第2のマーカーの値(活性、濃度、発現など)が測定され(特有の第2のマーカーは、被検出微生物型の特定の微生物株の活性(例えば、代謝活性)の指標である)、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの測定値に基づいて(例えば、特定のセット閾値を上回る値に基づいて)それぞれの検出微生物株の活性が決定される。各試料におけるそれぞれの活性な検出微生物株のそれぞれの比率が決定される(例えば、それぞれの絶対細胞数、値などに基づいて決定される)。次に、少なくとも2つの試料の活性な検出微生物株(またはそのサブセット)のそれぞれが解析されることで、それぞれの活性な検出微生物株とその他の活性な検出微生物株との間、ならびにそれぞれの活性な検出微生物株と少なくとも1つの測定メタデータとの間、の関連性及びその強度が明らかにされる。次に、明らかにされた関連性は、表示またはその他の形で出力され、生物学的状態の定義及び/またはバイオアンサンブルの生成に利用することができる。いくつかの実施形態では、ある特定の強度または重みを上回る関連性のみが表示される。本開示を通じて詳細に示されるように、開示の解析に基づく生物学的状態または状態は、解析及び治療の目的のために定義することができ、バイオアンサンブルは、標的環境に導入されると、バイオアンサンブルが標的環境の生物学的状態または特性(具体的には、測定メタデータと関連する特性)を変更または変えることができるように構成することができる。   According to some embodiments of the present disclosure, there are provided diagnostic methods and methods for analyzing a microbial community. Such methods include obtaining at least two samples (or at least two sample data), each sample comprising a heterogeneous microbial community, and detecting the presence of multiple microbial types in each sample. , May be included. Next, the absolute cell number of each microbial type detected in each sample of the plurality of microbial types is determined (e.g., determined via FACS or other methods discussed herein). . The number and amount of unique first markers in each sample are determined, each unique first marker being a marker for a microorganism strain of the microorganism type to be detected. The value (activity, concentration, expression, etc.) of one or more unique second markers is measured (the unique second marker is the activity (eg, metabolic activity) of a particular microbial strain of the microorganism type being detected. The activity of each detected microbial strain is determined based on measurements of one or more unique second markers (eg, based on values above a certain set threshold). A respective ratio of each active detection microorganism strain in each sample is determined (eg, based on respective absolute cell numbers, values, etc.). Next, each of the at least two samples of the active detectable microorganism strain (or a subset thereof) is analyzed to determine the activity between each active detectable microbial strain and the other active detectable microbial strain, as well as the respective activity. The relationship between the detected microbial strain and at least one measurement metadata and its strength are revealed. The revealed associations are then displayed or otherwise output and can be used to define a biological state and / or generate a bioensemble. In some embodiments, only relevances above a certain strength or weight are displayed. As set forth in detail throughout this disclosure, a biological condition or condition based on the analysis of the disclosure can be defined for analytical and therapeutic purposes, and the bioensemble, once introduced into the target environment, The ensemble can be configured to be able to change or alter the biological state or property of the target environment (specifically, the property associated with the measurement metadata).

本開示のいくつかの実施形態によれば、方法は、複数の試料における複数の微生物型の存在を検出すること、及び各試料における検出された微生物型のそれぞれの絶対細胞数を決定すること、を含む。各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量を測定することができ、特有の第1のマーカーは、微生物株のマーカーである。1つまたは複数の特有の第2のマーカーの値またはレベルが測定され、特有の第2のマーカーは、特定の微生物株の代謝活性の指標である。測定値または測定レベルに基づいて、各試料について検出された微生物株のそれぞれの活性が決定または定義される(例えば、特定した閾値を上回る測定値または測定レベルに基づいて決定または定義される)。試料における検出されたそれぞれの活性微生物株の加重値または細胞補正値が決定される(この加重値または細胞補正値は、相対存在量ではない)。いくつかの実施態様では、加重値または細胞補正値は、すべての株のすべての絶対細胞数の総和に対する1つの株の絶対細胞数である。   According to some embodiments of the present disclosure, the method comprises: detecting the presence of a plurality of microbial types in a plurality of samples; and determining an absolute cell count of each of the detected microbial types in each sample; including. The number and amount of unique first markers in each sample can be determined, wherein the unique first markers are microbial strain markers. The value or level of one or more unique second markers is measured, wherein the unique second markers are indicative of the metabolic activity of the particular microorganism strain. Based on the measured value or level, the respective activity of the detected microbial strain for each sample is determined or defined (eg, determined or defined based on the measured value or level above a specified threshold). A weight or cell correction for each detected active microbial strain in the sample is determined (the weight or cell correction is not a relative abundance). In some embodiments, the weighting or cell correction value is the absolute cell number of one strain relative to the sum of all absolute cell numbers of all strains.

各試料(または試料セット)の活性な検出微生物株のそれぞれが解析される。解析は、加重値を有するそれぞれの活性な検出微生物株と加重値を有する他のあらゆる活性微生物株との間、ならびに加重値を有するそれぞれの活性微生物株と1つまたは複数の測定メタデータとの間、の関連性及びその強度を明らかにすることを含み得る。   Each of the active detecting microorganism strains of each sample (or set of samples) is analyzed. The analysis is performed between each active detecting microbial strain having a weight and any other active microbial strain having a weight, and between each active microbial strain having a weight and one or more measurement metadata. And clarifying the relationship between them and their strength.

明らかにされた関連性(ならびにいくつかの実施形態では、加重値及び強度などの関連データ)は、生物学的状態(ベースライン状態など)を定義するために使用することができ、及び/または次に、表示またはその他の形で出力することができ、合成アンサンブルの生成及び/または生物学的状態の管理に利用することができる。いくつかの実施形態では、それぞれのメタデータについて明らかにされた関連性が表示または出力される。いくつかの実施形態では、表示または出力された関連性によって、疾患またはベースライン状態からの逸脱の原因となる状態(複数可)及び/または1つもしくは複数の微生物株が同定されるか、あるいはその同定が容易になるように当該関連性が構成される。いくつかの実施形態では、表示または出力された関連性によって、生物学的状態の改変及び/または疾患もしくは障害の治療のために1つまたは複数の微生物株が同定されるか、あるいはその同定が容易になるように当該関連性が構成される。   The revealed relevance (and in some embodiments, related data such as weights and intensities) can be used to define a biological state (such as a baseline state) and / or It can then be displayed or otherwise output and used to generate a synthetic ensemble and / or manage the biological state. In some embodiments, the revealed relevance for each piece of metadata is displayed or output. In some embodiments, the displayed or output association identifies a disease or condition (s) and / or one or more microorganism strains that cause a deviation from the disease or baseline condition, or The association is configured to facilitate its identification. In some embodiments, the displayed or output association identifies or identifies one or more strains of the microorganism for alteration of a biological condition and / or treatment of a disease or disorder. The relevance is configured to facilitate.

いくつかの実施形態では、ある特定の強度または重みを上回る関連性(例えば、特定した閾値または基準値を上回るもの)のみが表示または出力される。本開示を通じて詳細に示されるように、合成アンサンブルは、標的環境に導入されると、合成アンサンブルが生物学的状態を改変し、及び/または標的環境の特性(具体的には、測定メタデータと関連する特性)を変更もしくは変えることができるように構成することができる。いくつかの実施態様では、上記の方法を使用することで、生物学的状態を改変するか、または生物学的環境の特性を変えるように構成された活性微生物株の合成アンサンブルを形成させることができ、当該方法は、複数の環境パラメータをそれぞれが有する2つ以上の試料セットに基づいており、複数の環境パラメータの少なくとも1つのパラメータは、2つ以上の試料セットの間で同様の共通環境パラメータであり、少なくとも1つの環境パラメータは、2つ以上の試料セットのそれぞれの間で異なる別の環境パラメータである。いくつかの実施態様では、各試料セットは、生物学的試料源から取得された不均一微生物コミュニティを含む少なくとも1つの試料を含む。いくつかの実施態様では、活性微生物株の少なくとも1つは、1つまたは複数の微生物型の亜分類群である。   In some embodiments, only relevance above a certain strength or weight (eg, above a specified threshold or reference value) is displayed or output. As will be set forth in greater detail throughout this disclosure, when a synthetic ensemble is introduced into a target environment, the synthetic ensemble modifies the biological state and / or characteristics of the target environment (specifically, measurement metadata and (Related characteristics) can be changed or changed. In some embodiments, the methods described above may be used to modify a biological state or to form a synthetic ensemble of active microbial strains configured to alter the properties of a biological environment. The method may be based on two or more sample sets each having a plurality of environmental parameters, wherein at least one parameter of the plurality of environmental parameters includes a similar common environmental parameter between the two or more sample sets. And the at least one environmental parameter is another environmental parameter that differs between each of the two or more sample sets. In some embodiments, each sample set includes at least one sample that includes a heterogeneous microbial community obtained from a biological sample source. In some embodiments, at least one of the active microbial strains is a sub-taxon of one or more microbial types.

本開示のいくつかの実施形態では、1つまたは複数の微生物型は、1つまたは複数の細菌(例えば、マイコプラズマ、球菌、桿菌、リケッチア、スピリルム)、真菌(例えば、糸状菌、酵母)、線形動物、原生動物、古細菌、藻類、渦鞭毛藻類、ウイルス(例えば、バクテリオファージ)、ウイロイド、及び/またはそれらの組み合わせである。1つの実施形態では、1つまたは複数の微生物株は、1つまたは複数の細菌(例えば、マイコプラズマ、球菌、桿菌、リケッチア、スピリルム)、真菌(例えば、糸状菌、酵母)、線形動物、原生動物、古細菌、藻類、渦鞭毛藻類、ウイルス(例えば、バクテリオファージ)、ウイロイド、及び/またはそれらの組み合わせである。別の実施形態では、1つまたは複数の微生物株は、1つまたは複数の真菌種または真菌亜種である。別の実施形態では、1つまたは複数の微生物株は、1つまたは複数の細菌種または細菌亜種である。さらに別の実施形態では、試料は、ルーメン試料である。いくつかの実施形態では、ルーメン試料は、ウシに由来する。いくつかの実施形態では、試料は、消化管試料である。いくつかの実施形態では、消化管試料は、ブタまたはニワトリに由来する。   In some embodiments of the present disclosure, the one or more microbial types are one or more bacteria (eg, mycoplasma, cocci, bacilli, rickettsia, spirirum), fungi (eg, filamentous fungi, yeast), linear Animals, protozoa, archaebacteria, algae, dinoflagellates, viruses (eg, bacteriophages), viroids, and / or combinations thereof. In one embodiment, the one or more microbial strains are one or more bacteria (eg, mycoplasma, cocci, bacilli, rickettsia, spirirum), fungi (eg, filamentous fungi, yeast), nematodes, protozoa , Archaea, algae, dinoflagellates, viruses (eg, bacteriophages), viroids, and / or combinations thereof. In another embodiment, the one or more microorganism strains is one or more fungal species or fungal subspecies. In another embodiment, the one or more microbial strains is one or more bacterial species or bacterial subspecies. In yet another embodiment, the sample is a lumen sample. In some embodiments, the rumen sample is from a cow. In some embodiments, the sample is a gastrointestinal tract sample. In some embodiments, the gastrointestinal tract sample is from a pig or a chicken.

いくつかの実施形態では、方法は、試料における1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数を決定することを含み、試料における1つまたは複数の微生物型の存在が検出され、試料における1つまたは複数の微生物型のそれぞれの絶対数が決定される。そのような実施形態を使用することで、生物学的状態、または事前に定義されたベースライン状態からの逸脱を決定することができる。特有の第1のマーカーの数が、特有の第1のマーカーのそれぞれの相対量と共に測定される。本明細書に記載のように、特有の第1のマーカーは、特有の微生物株のマーカーである。次に、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現のレベルを測定することによって、例えばタンパク質レベルまたはRNAレベルで、活性を評価することができる。特有の第2のマーカーは、特有の第1のマーカーと同一または異なり得、生物株の活性のマーカーである。特有の第2のマーカーの1つまたは複数の発現レベルに基づいて、(存在するのであれば)どの1つまたは複数の微生物株が活性であるかが決定される。1つの実施形態では、微生物株は、特有の第2のマーカーを、閾値レベルで発現するか、または閾値レベルを上回る割合で発現するのであれば、活性であると見なされる。1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数は、1つまたは複数の活性微生物株の1つまたは複数の第1のマーカーの量と、1つまたは複数の微生物株が亜分類群となる由来元の微生物型の絶対数と、に基づいて決定される。   In some embodiments, the method comprises determining the absolute cell number of one or more active microbial strains in the sample, wherein the presence of the one or more microbial types in the sample is detected, and Alternatively, the absolute number of each of the plurality of microorganism types is determined. Using such embodiments, a biological condition, or a deviation from a predefined baseline condition, can be determined. The number of unique first markers is measured along with the relative amount of each of the unique first markers. As described herein, the unique first marker is a marker for a unique microbial strain. The activity can then be assessed, for example, at the protein or RNA level, by measuring the level of expression of one or more unique second markers. The unique second marker can be the same or different from the unique first marker and is a marker of the activity of the organism strain. Based on the level of expression of one or more of the unique second markers, it is determined which one or more microbial strains (if any) are active. In one embodiment, a microbial strain is considered active if it expresses a unique second marker at a threshold level or at a rate above the threshold level. The absolute cell number of the one or more active microorganism strains is determined by the amount of one or more first markers of the one or more active microorganism strains and the origin of the one or more microorganism strains as a sub-taxon. And the absolute number of the original microbial type.

1つの実施形態では、試料における1つまたは複数の生物型のそれぞれの数の決定は、核酸シークエンシング、遠心分離、光学顕微鏡法、蛍光顕微鏡法、染色、質量分析、マイクロフルイディクス、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、またはフローサイトメトリーに、試料またはその一部を供すことを含む。   In one embodiment, determining the number of each of the one or more biotypes in the sample comprises determining nucleic acid sequencing, centrifugation, light microscopy, fluorescence microscopy, staining, mass spectrometry, microfluidics, quantitative polymerase Subjecting the sample or a portion thereof to a chain reaction (qPCR), or flow cytometry.

1つの実施形態では、試料における特有の第1のマーカーの数の測定は、特有のゲノムDNAマーカーの数の測定を含む。別の実施形態では、試料における特有の第1のマーカーの数の測定は、特有のRNAマーカーの数の測定を含む。別の実施形態では、試料における特有の第1のマーカーの数の測定は、特有のタンパク質マーカーの数の測定を含む。別の実施形態では、試料における特有の第1のマーカーの数の測定は、特有の代謝物マーカーの数の測定を含む。別の実施形態では、試料における特有の代謝物マーカーの数の測定は、特有の糖質マーカー、特有の脂質マーカー、またはそれらの組み合わせ、の数の測定を含む。   In one embodiment, determining the number of unique first markers in the sample comprises determining the number of unique genomic DNA markers. In another embodiment, determining the number of unique first markers in the sample comprises determining the number of unique RNA markers. In another embodiment, determining the number of unique first markers in the sample comprises determining the number of unique protein markers. In another embodiment, determining the number of unique first markers in the sample comprises determining the number of unique metabolite markers. In another embodiment, determining the number of unique metabolite markers in the sample comprises determining the number of unique carbohydrate markers, unique lipid markers, or a combination thereof.

別の実施形態では、特有の第1のマーカーの数及びその量の測定は、試料に由来するゲノムDNAをハイスループットシークエンシング反応に供すことを含む。特有の第1のマーカーの測定は、1つの実施形態では、マーカーに特異的な反応を含み、この反応は、例えば、特有の第1のマーカーに特異的なプライマーを用いて実施される。別の実施形態では、メタゲノム手法が採られる。   In another embodiment, determining the number and amount of unique first markers comprises subjecting genomic DNA from the sample to a high-throughput sequencing reaction. Measurement of the unique first marker, in one embodiment, includes a marker-specific reaction, which is performed, for example, using a primer specific to the unique first marker. In another embodiment, a metagenomic approach is taken.

1つの実施形態では、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルの測定は、試料におけるRNA(例えば、miRNA、tRNA、rRNA、及び/またはmRNA)を発現解析に供すことを含む。別の実施形態では、遺伝子発現解析は、シークエンシング反応を含む。さらに別の実施形態では、RNA発現解析は、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、メタトランスクリプトームシークエンシング、及び/またはトランスクリプトームシークエンシングを含む。   In one embodiment, measuring the expression level of one or more unique second markers comprises subjecting RNA (eg, miRNA, tRNA, rRNA, and / or mRNA) in the sample to expression analysis. In another embodiment, the gene expression analysis comprises a sequencing reaction. In yet another embodiment, the RNA expression analysis comprises quantitative polymerase chain reaction (qPCR), meta-transcriptome sequencing, and / or transcriptome sequencing.

いくつかの実施形態では、試料における特有の第2のマーカーの数の測定は、特有のタンパク質マーカーの数の測定を含む。いくつかの実施形態では、試料における特有の第2のマーカーの数の測定は、特有の代謝物マーカーの数の測定を含む。いくつかの実施形態では、試料における特有の代謝物マーカーの数の測定は、特有の糖質マーカーの数の測定を含む。いくつかの実施形態では、試料における特有の代謝物マーカーの数の測定は、特有の脂質マーカーの数の測定を含む。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の微生物株の絶対細胞数は、複数の試料において測定される。複数の試料の絶対細胞数を使用することで、状態もしくは生物学的状態(ベースライン状態など)を定義することができ、及び/または事前に定義された生物学的状態(ベースライン状態など)から試料源が逸脱しているかどうかの決定に使用することができる。別の実施形態では、複数の試料は、同一の環境または同様の環境から取得される。いくつかの実施形態では、複数の試料は、複数の時点で取得される。例えば、生物学的状態の管理では、特定の環境または標的(動物など)を対象として複数の試料を経時的に取得することで、動物の生物学的状態を監視及び管理し、治療、サプリメントなどを与えて、ベースライン状態もしくは他の所望の生物学的状態に向かうように標的を誘導するか、またはそれを標的が保持するようにすることができる。   In some embodiments, determining the number of unique second markers in the sample comprises determining the number of unique protein markers. In some embodiments, determining the number of unique second markers in the sample comprises determining the number of unique metabolite markers. In some embodiments, determining the number of unique metabolite markers in the sample comprises determining the number of unique carbohydrate markers. In some embodiments, determining the number of unique metabolite markers in the sample comprises determining the number of unique lipid markers. In some embodiments, the absolute cell number of one or more microbial strains is measured in multiple samples. Using the absolute cell counts of multiple samples, a state or biological state (eg, baseline state) can be defined and / or a predefined biological state (eg, baseline state). From the sample source. In another embodiment, the multiple samples are obtained from the same or similar environment. In some embodiments, multiple samples are obtained at multiple time points. For example, in the management of biological conditions, multiple samples are taken over time for a particular environment or target (such as an animal) to monitor and manage the biological status of the animal, treat, supplement, etc. To direct the target towards a baseline state or other desired biological state, or cause the target to retain it.

いくつかの実施形態では、1つまたは複数の特有の第2のマーカーのレベルの測定は、試料またはその一部を質量分析に供すことを含む。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルの測定は、試料またはその一部をメタリボソームプロファイリング及び/またはリボソームプロファイリングに供すことを含む。   In some embodiments, measuring the level of one or more unique second markers comprises subjecting the sample or a portion thereof to mass spectrometry. In some embodiments, determining the expression level of one or more unique second markers comprises subjecting the sample or a portion thereof to metaribosome profiling and / or ribosome profiling.

本開示の別の態様では、1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数を決定するための方法では、複数の試料で決定がなされ、絶対細胞数レベルは、1つまたは複数のメタデータ(例えば、環境)パラメータに関連付けられる。1つまたは複数のメタデータパラメータに絶対細胞数レベルを関連付けることは、1つの実施形態では、共出現測定、相互情報量測定、連鎖解析、及び/または同様のものを含む。1つの実施形態では、1つまたは複数のメタデータパラメータは、第2の活性微生物株の存在である。したがって、この方法の実施形態の1つでは、微生物コミュニティにおける1つまたは複数の活性微生物株と環境パラメータとの共出現を決定するために絶対細胞数値が使用される。別の実施形態では、1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数レベルは、微生物コミュニティの取得源である環境の環境パラメータ(摂食条件、pH、栄養素、または温度など)に関連付けられる。   In another aspect of the present disclosure, in a method for determining the absolute cell number of one or more active microbial strains, the determination is made in a plurality of samples, and the absolute cell number level is determined in the one or more metadata ( For example, environment) parameters. Associating an absolute cell number level with one or more metadata parameters includes, in one embodiment, co-occurrence measures, mutual information measures, linkage analysis, and / or the like. In one embodiment, the one or more metadata parameters is the presence of a second active microorganism strain. Thus, in one embodiment of this method, absolute cell values are used to determine the co-occurrence of one or more active microbial strains and environmental parameters in a microbial community. In another embodiment, the absolute cell count level of one or more active microbial strains is related to environmental parameters (such as feeding conditions, pH, nutrients, or temperature) of the environment from which the microbial community is obtained.

この態様では、1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数は、1つまたは複数の環境パラメータに関連付けられる。環境パラメータは、試料自体のパラメータであり得、例えば、pH、温度、試料におけるタンパク質量、コミュニティにおける他の微生物の存在である。1つの実施形態では、パラメータは、試料の取得源である宿主の特定のゲノム配列(例えば、特定の遺伝子変異)である。あるいは、環境パラメータは、微生物コミュニティの独自性の変化に影響を与えるパラメータであるか(すなわち、微生物コミュニティの「独自性」は、コミュニティにおける微生物株の型及び/または特定の微生物株の数によって特徴付けられる)、あるいは微生物コミュニティの独自性の変化によって影響を受けるパラメータである。例えば、1つの実施形態では、環境パラメータは、動物の食物摂取量であるか、あるいは泌乳反芻動物によって産生する乳汁の量(または乳汁のタンパク質もしくは脂肪の含量)である。本明細書に記載の実施形態のいくつかでは、環境パラメータは、メタデータパラメータと称される。   In this aspect, the absolute cell number of one or more active microbial strains is related to one or more environmental parameters. Environmental parameters can be parameters of the sample itself, for example, pH, temperature, amount of protein in the sample, the presence of other microorganisms in the community. In one embodiment, the parameter is a particular genomic sequence of the host from which the sample was obtained (eg, a particular genetic variation). Alternatively, is the environmental parameter a parameter that affects changes in the identity of the microbial community (ie, the “identity” of the microbial community is characterized by the type of microbial strain and / or the number of particular microbial strains in the community? Or the parameters affected by changes in the identity of the microbial community. For example, in one embodiment, the environmental parameter is the food intake of the animal or the amount of milk produced by the lactating ruminant (or the protein or fat content of the milk). In some of the embodiments described herein, the environmental parameters are referred to as metadata parameters.

1つの実施形態では、試料における1つまたは複数の活性微生物株の共出現の決定は、1つまたは複数の環境パラメータと活性微生物株との関連性を示すリンケージがまとまったマトリックスを創出することを含む。   In one embodiment, determining the co-occurrence of one or more active microbial strains in the sample comprises creating a matrix of linked linkages indicating the association of one or more environmental parameters with the active microbial strain. Including.

1つの実施形態では、1つまたは複数の活性生物株とメタデータパラメータとの共出現の決定は、ネットワーク内の株の連結度を測定するためのネットワーク解析方法及び/またはクラスター解析方法を含み、ネットワークは、共通または同様の環境パラメータを共有する2つ以上の試料がまとまったものである。いくつかの実施形態では、ネットワーク解析及び/またはネットワーク解析方法は、グラフ理論、種コミュニティルール、固有ベクトル/モジュラリティマトリックス、ガンビット・オブ・ザ・グループ(Gambit of the Group)、及び/またはネットワーク測定、のうちの1つまたは複数を含む。いくつかの実施態様では、ネットワーク測定は、観測マトリックス、時間集合(time−aggregated)ネットワーク、階層的クラスター解析、ノード−レベル特徴量、及び/またはネットワークレベル特徴量、のうちの1つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、ノード−レベル特徴量は、次数、強度、媒介中心性、固有ベクトル中心性、ページランク、及び/または到達性(reach)、のうちの1つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、ネットワークレベル特徴量は、密度、同類性/次数相関、及び/または推移性、のうちの1つまたは複数を含む。   In one embodiment, determining the co-occurrence of the one or more active organism strains and the metadata parameters comprises a network analysis method and / or a cluster analysis method for measuring the connectivity of the strains in the network; A network is a collection of two or more samples that share common or similar environmental parameters. In some embodiments, the network analysis and / or network analysis method comprises: graph theory, species community rules, eigenvectors / modularity matrices, Gambit of the Group, and / or network measurements; Including one or more of the following. In some implementations, the network measurement includes one or more of an observation matrix, a time-aggregated network, a hierarchical cluster analysis, a node-level feature, and / or a network-level feature. Including. In some embodiments, the node-level features include one or more of order, intensity, intermediary centrality, eigenvector centrality, page rank, and / or reach. In some embodiments, the network-level features include one or more of density, homogeneity / order correlation, and / or transitivity.

いくつかの実施形態では、ネットワーク解析は、連鎖解析、モジュラリティ解析、頑健性測定、媒介性測定、連結度測定、推移性測定、中心性測定、またはそれらの組み合わせを含む。別の実施形態では、クラスター解析方法は、連結度モデル、部分空間モデル、分布モデル、密度モデル、または重心モデルを構築することを含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、リンクのマイニング及び予測、集団分類、リンクに基づくクラスタリング、関連類似度、またはそれらの組み合わせを介するネットワークの予測モデリングを含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、連結度を確立するための、変数間の相互情報量、最大情報係数計算、または他のノンパラメトリック法を含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、微分方程式に基づく集団のモデリングを含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、Lotka−Volterraモデリングを含む。   In some embodiments, the network analysis comprises a linkage analysis, a modularity analysis, a robustness measure, an intermediary measure, a connectivity measure, a transitivity measure, a centrality measure, or a combination thereof. In another embodiment, the cluster analysis method includes building a connectivity model, subspace model, distribution model, density model, or centroid model. In another embodiment, network analysis includes predictive modeling of the network via link mining and prediction, population classification, link-based clustering, related similarity, or a combination thereof. In another embodiment, the network analysis includes mutual information between variables, a maximum information coefficient calculation, or other non-parametric methods to establish connectivity. In another embodiment, the network analysis includes population modeling based on differential equations. In another embodiment, the network analysis includes Lotka-Volterra modeling.

解析に基づいて、株関連性を表示もしくはその他の形で出力することができ、及び/または微生物アンサンブルに含めるための1つもしくは複数の活性な関連株が同定される。   Based on the analysis, strain relationships can be displayed or otherwise output, and / or one or more active related strains are identified for inclusion in a microbial ensemble.

いくつかの実施形態による、状態の決定及び診断の高レベル処理フローの例を示す。4 illustrates an example of a high-level processing flow of state determination and diagnosis, according to some embodiments. 複雑な不均一コミュニティに由来する微生物株をスクリーニング及び解析し、その機能的関連性及び相互作用を予測し、それに基づいて微生物アンサンブルを選択及び合成するための高レベル処理フローの、いくつかの実施形態による例を示す。Several implementations of high-level processing flows to screen and analyze microbial strains from complex heterogeneous communities, predict their functional relevance and interactions, and select and synthesize microbial ensembles based thereon The example by a form is shown. 1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数を決定するための、いくつかの実施形態による一般的な処理フローを示す。1 illustrates a general process flow according to some embodiments for determining the absolute cell number of one or more active microbial strains. 微生物コミュニティを解析し、型/株−メタデータの関連性を決定し、表示し、バイオアンサンブルを生成するための、いくつかの実施形態による処理フローを示す。FIG. 3 illustrates a process flow according to some embodiments for analyzing a microbial community, determining and displaying type / strain-metadata relationships, and generating a bioensemble. 解析された株及び関連性を視覚的に出力した、いくつかの実施形態による例を示す。4 illustrates an example, according to some embodiments, with visual output of analyzed strains and associations. いくつかの実施形態による、ルーメン細菌及び乳脂肪効率に対するMICスコアの分布を示す。4 shows the distribution of MIC scores for rumen bacteria and milk fat efficiency, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、ルーメン真菌及び乳脂肪効率に対するMICスコアの分布を示す。4 shows the distribution of MIC scores for rumen fungus and milk fat efficiency, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、ルーメン細菌及び乳効率(Dairy Efficiency)に対するMICスsコアの分布を示す。FIG. 4 shows the distribution of MICs core on rumen bacteria and milk efficiency, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、ルーメン真菌及び乳効率に対するMICスコアの分布を示す。4 shows the distribution of MIC scores for rumen fungus and milk efficiency, according to some embodiments. 試料(複数可)における1つまたは複数の活性微生物株と、1つまたは複数のメタデータ(環境)パラメータと、の共出現を決定する、いくつかの実施形態による一般的な処理フローを示す。FIG. 7 illustrates a general process flow for determining co-occurrence of one or more active microbial strains and one or more metadata (environment) parameters in a sample (s), according to some embodiments. 微生物の相互作用解析及び選択を行うシステム300の、いくつかの実施形態による例を示す模式図である。図3Bは、そのようなシステムで使用するための処理フローの例である。天然の微生物コミュニティ内の多次元の種間相互作用及び依存度を決定し、活性微生物を同定し、複数の活性微生物を選択することで、特定のパラメータ(複数可)及び/または関連指標を変えることになる微生物のアンサンブル、集合物、または他の合成集団を形成するためのシステム及び処理が、図3A及び図3Bと関連して記載される。1 is a schematic diagram illustrating an example of a system 300 for analyzing and selecting microbial interactions according to some embodiments. FIG. FIG. 3B is an example of a processing flow for use in such a system. Determine multidimensional inter-species interactions and dependencies within the natural microbial community, identify active micro-organisms, and select multiple active micro-organisms to alter specific parameter (s) and / or related indicators Systems and processes for forming an ensemble, assemblage, or other synthetic population of different microorganisms are described in connection with FIGS. 3A and 3B. 図3Aのようなシステムで使用するための処理フローの例である。天然の微生物コミュニティ内の多次元の種間相互作用及び依存度を決定し、活性微生物を同定し、複数の活性微生物を選択することで、特定のパラメータ(複数可)及び/または関連指標を変えることになる微生物のアンサンブル、集合物、または他の合成集団を形成するためのシステム及び処理が、図3A及び図3Bと関連して記載される。It is an example of the processing flow for using in the system like FIG. 3A. Determine multidimensional inter-species interactions and dependencies within the natural microbial community, identify active micro-organisms, and select multiple active micro-organisms to alter specific parameter (s) and / or related indicators Systems and processes for forming an ensemble, assemblage, or other synthetic population of different microorganisms are described in connection with FIGS. 3A and 3B. 本開示のいくつかの態様を示すデータの例を示す。4 illustrates example data illustrating some aspects of the present disclosure. 本開示のいくつかの態様を示すデータの例を示す。4 illustrates example data illustrating some aspects of the present disclosure. 乳牛における乳脂肪の産生に影響を与えるルーメン微生物コミュニティ構成要素を決定するための実験の過程にわたって産生した乳脂肪のポンドが非線形性を有することを示す。Figure 4 shows that the pounds of milk fat produced over the course of the experiment to determine the rumen microbial community component that affects milk fat production in dairy cows is non-linear. 標的株Ascus_713の、活性でフィルタリングした絶対細胞数と、産生した乳脂肪のポンド(lb)と、の相関を示す。Figure 4 shows the correlation between the absolute cell number filtered by activity and pounds of milk fat (lb) of target strain Ascus_713. 標的株Ascus_7の、活性でフィルタリングした絶対細胞数と、実験過程にわたって産生した乳脂肪のポンド(lb)と、を示す。The absolute cell count filtered by activity and pounds of milk fat (lb) produced over the course of the experiment are shown for the target strain Ascus_7. 標的株Ascus_3038の、活性でフィルタリングしていない相対的な量または存在量と、産生した乳脂肪のポンド(lb)と、の相関を示す。Figure 3 shows the correlation between the relative, unfiltered amount or abundance of the target strain Ascus_3038, and pounds (lb) of milk fat produced. 開示の方法に従って調製した微生物アンサンブルを乳牛に投与した実地試験の結果を示す。図8Aは、産生した乳脂肪の平均ポンド数を経時的に示す。図8Bは、産生した乳タンパク質の平均ポンド数を経時的に示す。図8Cは、産生したエネルギー補正乳量(ECM)の平均ポンド数を経時的に示す。Figure 3 shows the results of a field test in which a microbial ensemble prepared according to the disclosed method was administered to dairy cows. FIG. 8A shows the average pounds of milk fat produced over time. FIG. 8B shows the average pounds of milk protein produced over time. FIG. 8C shows the average pounds of energy corrected milk yield (ECM) produced over time. 本開示の実施形態に基づくトリ試験の結果を示す。3 shows the results of a bird test according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に基づくウマ試験の結果を示す。3 shows the results of a horse test according to an embodiment of the present disclosure. 本開示のいくつかの実施形態による診断プラットフォームワークフロー例の概観を示す。1 shows an overview of an example diagnostic platform workflow according to some embodiments of the present disclosure. A〜Dはウマの状態の同定及び微生物に対する洞察に関する本開示の実施形態を示す。AD illustrate embodiments of the present disclosure for identification of equine status and insights into microorganisms. A〜Dはウマの状態の同定及び微生物に対する洞察に関する本開示の実施形態を示す。AD illustrate embodiments of the present disclosure for identification of equine status and insights into microorganisms. A〜Dはウマの状態の同定及び微生物に対する洞察に関する本開示の実施形態を示す。AD illustrate embodiments of the present disclosure for identification of equine status and insights into microorganisms. A〜Bは乳牛の状態の同定及び微生物に対する洞察に関する本開示の実施形態の例を示す。AB show examples of embodiments of the present disclosure for identification of cow status and insights into microorganisms. 乳牛の状態の同定及び微生物に対する洞察に関する本開示の実施形態の例を示す。1 shows an example of an embodiment of the present disclosure for identification of dairy cow status and insight into microorganisms. 乳牛の状態の同定及び微生物に対する洞察に関する本開示の実施形態の例を示す。1 shows an example of an embodiment of the present disclosure for identification of dairy cow status and insight into microorganisms. 乳牛の状態の同定及び微生物に対する洞察に関する本開示の実施形態の例を示す。1 shows an example of an embodiment of the present disclosure for identification of dairy cow status and insight into microorganisms.

多くの異なる型の生態系ならびに地球の生物地球化学における環境プロセス(例えば、栄養素の循環及び炭素の固定によるもの)にとって微生物コミュニティは中心をなすものである(Falkowski et al.(1998)Science 281,pp.237−240(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる))。しかしながら、コミュニティが複雑であり、いずれの所与の微生物コミュニティも、そのメンバーのほとんどが培養不可能であるという理由で、こうしたプロセスの分子的及び生態学的な詳細ならびに影響因子に関する理解は依然として不十分なままである。   The microbial community is central to many different types of ecosystems and environmental processes in the Earth's biogeochemistry, such as by cycling nutrients and sequestering carbon (Falkowski et al. (1998) Science 281, 281). pp. 237-240 (incorporated herein by reference in its entirety for any purpose)). However, the understanding of the molecular and ecological details of these processes and the influencing factors remains lacking because the communities are complex and most members of any given microbial community cannot be cultured. Remains enough.

微生物コミュニティは、定性的及び定量的に組成が異なることから、それぞれの微生物コミュニティは特有のものであり、その組成は、それが存在する所与の生態系及び/または環境に依存する。微生物コミュニティメンバーの絶対細胞数は、コミュニティが存在する環境の変化、ならびに微生物によって引き起こされる生理学的及び代謝的な変化(例えば、細胞分裂、タンパク質発現など)によって影響を受ける。環境パラメータ及び/またはコミュニティ内の1つの活性微生物の量が変化すると、コミュニティのその他の微生物、ならびにコミュニティが見られる生態系及び/または環境に対して広範囲に影響が及び得る。こうした微生物コミュニティにおける変化を理解し、予測し、それに対処するには、試料における活性微生物及びそれぞれのコミュニティにおける活性微生物の数を同定することが必要である。しかしながら、これまでのところ、微生物コミュニティメンバーの試験は、絶対細胞数ではなく、特定の微生物コミュニティにおける微生物の比率に焦点を当てているものが圧倒的多数を占めている(Segata et al.(2013).Molecular Systems Biology 9,p.666(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる))。   Because microbial communities differ qualitatively and quantitatively in composition, each microbial community is unique and its composition depends on the given ecosystem and / or environment in which it resides. The absolute cell number of a microbial community member is affected by changes in the environment in which the community resides, as well as by physiological and metabolic changes (eg, cell division, protein expression, etc.) caused by the microorganism. Changes in environmental parameters and / or the amount of one active microorganism in a community can have far-reaching effects on other microorganisms in the community, as well as on the ecosystem and / or environment in which the community is found. Understanding, predicting and addressing these changes in microbial communities requires identifying the active microorganisms in the sample and the number of active microorganisms in each community. However, so far, the testing of microbial community members has overwhelmingly focused on the proportion of microorganisms in a particular microbial community, rather than on absolute cell number (Segata et al. (2013). Molecular Systems Biology 9, p. 666, which is hereby incorporated by reference in its entirety for any purpose).

例えばハイスループットシークエンシング手法を使用すれば、微生物コミュニティの組成を容易に決定できるものの、それぞれのコミュニティがどのように構築されて維持されるかということの理解を深めることが必要である。   For example, while the composition of microbial communities can be easily determined using high-throughput sequencing techniques, it is necessary to gain a better understanding of how each community is constructed and maintained.

微生物コミュニティは、生物地球化学的な必須要素の循環(例えば、炭素、酸素、窒素、硫黄、リン、及びさまざまな金属の循環)などの非常に重要なプロセスに関与しており、それぞれのコミュニティの構造、相互作用、及び動態は、生物圏の存在にとって非常に重要である(Zhou et al.(2015).mBio 6(1):e02288−14.Doi:10.1128/mBio.02288−14(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる))。そのようなコミュニティは、高度に不均一であり、細菌、ウイルス、古細菌、及び他のマイクロ真核生物(真菌など)の複雑な混合物を含むことがほとんど常である。ヒト環境(腸及び膣など)における微生物コミュニティの不均一性レベルは、疾患(炎症性腸疾患及び細菌性膣炎など)と関連している(Nature(2012).Vo.486,p.207(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる))。しかしながら、注目すべきことに、健康な個体でさえ、そのような環境において組織を占める微生物が顕著に異なるのである(Nature(2012).Vo.486,p.207)。   Microbial communities are involved in critical processes such as the cycle of essential biogeochemical elements (eg, cycle of carbon, oxygen, nitrogen, sulfur, phosphorus, and various metals). Structure, interactions, and dynamics are very important for the presence of the biosphere (Zhou et al. (2015) .mBio 6 (1): e02288-14.Doi: 10.1128 / mBio.02288-14 ( Which is hereby incorporated by reference in its entirety for all purposes)). Such communities are highly heterogeneous and almost always contain a complex mixture of bacteria, viruses, archaea, and other microeukaryotes, such as fungi. Heterogeneous levels of the microbial community in the human environment (such as the intestine and vagina) are associated with diseases such as inflammatory bowel disease and bacterial vaginitis (Nature (2012). Vo. 486, p. 207 ( Which is hereby incorporated by reference in its entirety for all purposes)). Notably, however, even healthy individuals differ significantly in the microorganisms that occupy tissue in such environments (Nature (2012). Vo. 486, p. 207).

微生物の多くが、培養不可能であるか、あるいは培養に困難/費用が伴い得るものであるため、培養に依存しない手法(核酸シークエンシングなど)によって、さまざまな微生物コミュニティの多様性に関する理解が進んできた。コミュニティの微生物多様性の研究に対する基礎的な手法といえば、小サブユニットリボソームRNA(SSU rRNAまたは16s rRNA)遺伝子を増幅及びシークエンシングするものであった。こうした手法は、この遺伝子が普遍的に存在し、進化速度が比較的一定であることに部分的には基づくものである。ハイスループット法が進歩したことで、メタゲノミクス解析がもたらされており、この解析では、微生物の全ゲノムがシークエンシングされる。そのような方法では、コミュニティの事前知識は必要なく、新たな微生物株を発見することが可能となる。メタゲノミクス、メタトランスクリプトミクス、メタプロテオミクス、及びメタボロミクスはすべて、コミュニティを探索して構造及び機能を識別することを可能にするものである。   Because many microorganisms are not cultivable or can be difficult / costly to culture, culture-independent techniques (such as nucleic acid sequencing) enhance understanding of the diversity of various microbial communities. did it. A fundamental approach to the study of community microbial diversity was to amplify and sequence the small subunit ribosomal RNA (SSU rRNA or 16s rRNA) gene. These approaches are based, in part, on the universal existence of this gene and a relatively constant evolution rate. Advances in high-throughput methods have led to metagenomics analysis, in which the entire genome of a microorganism is sequenced. In such a way, it is possible to discover new microbial strains without prior knowledge of the community. Metagenomics, metatranscriptomics, metaproteomics, and metabolomics all allow communities to be explored to identify structure and function.

コミュニティにおける微生物を分類するだけでなく、どのメンバーが活性であるかということ、そうした生物の数、ならびに微生物コミュニティメンバー(複数可)が互いに共出現すること、及び微生物コミュニティメンバー(複数可)と環境パラメータ(複数可)とが共出現すること(例えば、コミュニティの環境のある特定の変化に応じてコミュニティに2つの微生物が共出現すること)も読み解く能力があれば、微生物コミュニティ内の微生物の独自性(及びそのそれぞれの数)に対するそれぞれの環境因子(例えば、気候、栄養素の存在、環境pH)の重要性、ならびにコミュニティが存在する環境に対するある特定のコミュニティメンバーの重要性を理解することが可能になると想定される。本開示は、こうしたもの及び他のニーズに対処するものである。   In addition to classifying microorganisms in the community, which members are active, the number of such organisms, and that the microbial community member (s) co-occur with each other, and the microbial community member (s) and the environment The ability to read the co-occurrence of the parameter (s) (eg, the co-occurrence of two micro-organisms in the community in response to certain changes in the community's environment) is sufficient to identify the uniqueness of the micro-organisms in the micro-organism community. Understand the importance of each environmental factor (eg, climate, nutrient presence, environmental pH) to gender (and their respective numbers), as well as the importance of certain community members to the environment in which the community resides It is assumed that The present disclosure addresses these and other needs.

本明細書で使用される「a」、「an」、及び「the」という単数形は、別に文脈上明確に示されない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「生物型」という用語は、単一の生物型または複数の生物型を意味することが意図される。別の例では、「環境パラメータ」という用語は、単一の環境パラメータまたは複数の環境パラメータを意味し得、その結果、「a」または「an」という不定冠詞は、存在する環境パラメータが1つまたは1つのみであるという解釈が文脈上必要にならない限り、複数の環境パラメータが存在する可能性を除外するものではない。   As used herein, the singular forms “a”, “an”, and “the” include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. Thus, for example, the term "biotype" is intended to mean a single biotype or multiple biotypes. In another example, the term “environmental parameter” may mean a single environmental parameter or multiple environmental parameters, so that the indefinite article “a” or “an” indicates that one environmental parameter exists. Or does not exclude the possibility of multiple environmental parameters, unless the context requires that only one is present.

本明細書を通じて、「1つの実施形態」、「実施形態」、「1つの態様」、または「態様」、「1つの実施態様」、または「実施態様」に対する言及は、その実施形態と関連して記載される特定の特性、構造、または特徴が本開示の実施形態の少なくとも1つに含まれることを意味する。したがって、「1つの実施形態では」または「実施形態では」という語句が本明細書を通じてさまざまな箇所で登場するが、こうしたもののうちの必ずしもすべてが、同一の実施形態に言及しているというわけではない。さらに、特定の特性、構造、または特徴は、1つまたは複数の実施形態において任意の適切な様式で組み合わせることができる。   Throughout this specification, references to “one embodiment,” “embodiment,” “one aspect,” or “aspect,” “one embodiment,” or “embodiment,” relate to that embodiment. Specific features, structures, or characteristics described herein are meant to be included in at least one embodiment of the present disclosure. Thus, the appearances of the phrase "in one embodiment" or "in an embodiment" in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment. Absent. Furthermore, the particular features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

特定の実施形態では、本明細書で使用される「約(about)」または「約(approximately)」という用語は、それが数値を修飾するとき、その値±10%の範囲を意味する。値の範囲が与えられる場合、別に文脈上明確に示されない限り、その範囲の上限値と下限値との間に存在する、下限値の10分の1の単位までの各介在値と、その記載範囲の任意の他の記載値または介在値と、が本開示に包含されると理解される。こうしたより小さな範囲の上限値及び下限値は、そのより小さな範囲に独立して含まれ得るものであり、こうした上限値及び下限値もまた、本開示に包含され、記載範囲において具体的に除外される任意の限界値の対象にもなる。記載範囲が限界値の一方または両方を含む場合、そうした含まれる限界値のどちらか一方または両方を除外した範囲もまた、本開示に含まれる。   In certain embodiments, the term "about" or "approximately" as used herein, as it modifies a numerical value, means a range of its value ± 10%. Where a range of values is given, each intervening value between the upper and lower limits of the range, up to one tenth of the lower limit, and the description, unless otherwise indicated by context. It is understood that any other stated or intervening values in the range are encompassed by the disclosure. The upper and lower limits of such smaller ranges can be independently included in the smaller ranges, and such upper and lower limits are also included in the disclosure and specifically excluded from the written ranges. Can be subject to any limit value. Where the stated range includes one or both of the limits, ranges excluding either or both of those included limits are also included in the disclosure.

本明細書で使用される「単離する」、「単離された」、「単離された微生物」、及び同様の用語は、1つまたは複数の微生物が、特定の環境(例えば、土壌、水、動物組織)においてそれと関連する材料の少なくとも1つから分離されていることを意味することが意図される。したがって、「単離された微生物」は、それが天然に生じる環境に存在するのではなく、本明細書に記載のさまざまな手法が適用されることで、その微生物がその天然の環境から取り出されており、天然には生じない存在状態とされている。したがって、単離された株は、例えば、生物学的に純粋な培養物として存在するか、または許容可能な担体と結び付いた胞子(もしくはその株の他の形態)として存在し得る。   As used herein, "isolate", "isolated", "isolated microorganism", and like terms, refer to one or more microorganisms that are in a particular environment (e.g., soil, (Water, animal tissue) is intended to mean separated from at least one of its associated materials. Thus, an "isolated microorganism" is not present in the environment in which it naturally occurs, but rather is removed from its natural environment by the application of the various techniques described herein. It is a state that does not occur in nature. Thus, an isolated strain can be present, for example, as a biologically pure culture or as spores (or other forms of the strain) associated with an acceptable carrier.

本明細書で使用される「生物反応性の改変剤(bioreactive modificator)」は、本開示の方法、システム、及び/または装置によって明らかにされる組成物(1つまたは複数の活性微生物を含む微生物アンサンブルなど)であって、天然に生じる環境には天然に存在せず、及び/または天然には一貫して見られず、及び/または天然物には存在しない比率、割合、及び/または量を有する組成物を指す。例えば、生物反応性の改変剤(微生物アンサンブル(合成アンサンブルもしくはバイオアンサンブルとも称される)など)または生物反応性の改変剤の集合物は、同定もしくは生成された化合物/組成物、及び/または1つもしくは複数の単離された微生物株から、適切な媒体または担体と共に形成させることが可能である。生物反応性の改変剤は、標的に適用または投与することができ、こうした標的は、標的環境、標的集団、標的個体、標的動物、及び/または同様のものなどである。   As used herein, a "bioreactive modifier" is a composition (e.g., a microorganism comprising one or more active microorganisms) defined by the methods, systems, and / or devices of the present disclosure. Ensembles) that are not naturally present in naturally occurring environments and / or are not consistently found in nature, and / or that are not present in natural products. Refers to a composition having For example, a bioreactive modifier (such as a microbial ensemble (also referred to as a synthetic ensemble or bioensemble)) or a collection of bioreactive modifiers can be identified or generated compounds / compositions and / or 1 It can be formed from one or more isolated microbial strains, together with a suitable vehicle or carrier. The bioreactive modifier can be applied or administered to a target, such as a target environment, a target population, a target individual, a target animal, and / or the like.

いくつかの実施形態では、本開示による生物反応性の改変剤(微生物アンサンブルなど)は、相互に関連する個々の活性微生物種または種の活性株、のセット、サブセット、及び/または群から選択され、及び/またはそれに基づいて選択される。関連性及びネットワークは、本開示の方法によって明らかにされ、1つまたは複数の共通機能の実施に基づいて群化、関連付け、及び/または関係付けられるものであるか、あるいは認識可能なパラメータ(目的の表現型形質(例えば、反芻動物における乳産生の増加)など)に関与するか、またはそれを導くか、及び/またはそれと関連するものであると説明できる。いくつかの実施態様では、微生物アンサンブルの選択元の群、及び/または生物反応性の改変剤の選択元の群、及び/または生物反応性の改変剤(微生物アンサンブル自体など)は、微生物の種、微生物の種の株、または微生物の異なる種の株を2つ以上含み得る。場合によっては、微生物は、群、生物反応性の改変剤、及び/または微生物アンサンブルの中で共生的に共存することができる。   In some embodiments, a bioreactivity modifier (such as a microbial ensemble) according to the present disclosure is selected from a set, subset, and / or group of individual active microbial species or active strains of the species that are interrelated. And / or based on it. Associations and networks are identified by the methods of the present disclosure and are grouped, associated, and / or related based on the performance of one or more common functions, or are recognizable parameters (objectives). Can be described as being involved in or leading to and / or associated with a phenotypic trait (eg, increased milk production in ruminants). In some embodiments, the selected group of microbial ensembles, and / or the selected group of bioreactive modifiers, and / or the bioreactive modifier (such as the microbial ensemble itself) comprise a species of microorganism. , A strain of a microorganism species, or two or more strains of a different species of microorganism. In some cases, the microorganisms can coexist symbiotically in the population, bioreactivity modifier, and / or microbial ensemble.

本開示のある特定の態様では、生物反応性の改変剤及び/または微生物アンサンブルは、単離された生物学的に純粋な培養物として存在する1つもしくは複数の単離された微生物であるか、またはそれに基づくものである。特定の微生物の単離された生物学的に純粋な培養物は、当該培養物が(科学的に理にかなうように)他の生物を実質的に含まず、問題の個々の微生物のみを含むことを意味することを理解されよう。培養物は、異なる濃度の当該微生物を含み得る。本開示では、単離された生物学的に純粋な微生物は、「必然的に、低純度または不純な材料とは異なる」ことが多いことに留意されたい。例えば、In re Bergstrom,427 F.2d 1394,(CCPA1970)(精製プロスタグランジンについて議論されている)を参照のこと。In re Bergy,596 F.2d 952(CCPA1979)(精製微生物について議論されている)も併せて参照のこと。Parke−Davis & Co.v.H.K.Mulford & Co.,189 F.95(S.D.N.Y.1911)(Learned Handにより精製アドレナリンについて議論されている),aff’d in part,rev’d in part,196 F.496(2d Cir.1912)も併せて参照のこと。これらの文献はそれぞれ、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。さらに、いくつかの態様では、開示の微生物アンサンブルにおいて使用されるべき単離された生物学的に純粋な微生物培養物で達成されなくてはならないある特定の定量的な濃度指標または純度限界が本開示の実施の際に必要となり得る。こうした純度値の存在は、ある特定の実施形態では、本明細書に開示される方法によって同定される微生物が、天然の状態で存在するそうした微生物と区別される追加属性である。例えば、Merck & Co.v.Olin Mathieson Chemical Corp.,253 F.2d 156(4th Cir.1958)(微生物によって産生するビタミンB12の純度限界値について議論されている)を参照のこと。当該文献は、参照によって本明細書に組み込まれる。   In certain aspects of the disclosure, the bioreactive modifier and / or microbial ensemble is one or more isolated microorganisms present as an isolated biologically pure culture. Or based on it. An isolated biologically pure culture of a particular microorganism contains only the individual microorganisms in question, where the culture is substantially free of other organisms (as scientifically justified) It will be understood that it means. The culture may contain different concentrations of the microorganism. It is noted in this disclosure that an isolated biologically pure microorganism is often "necessarily different from low purity or impure material." For example, see Inre Bergstrom, 427 F.R. 2d 1394, (CCPA 1970) (discussed for purified prostaglandins). Inre Bergy, 596 F.R. See also 2d 952 (CCPA 1979) (discussed for purified microorganisms). Parke-Davis & Co. v. H. K. Mulford & Co. , 189 F.R. 95 (SDNY1911) (discussed for purified adrenaline by Learned Hand), aff'd in part, rev'd in part, 196 F.C. 496 (2d Cir. 1912). Each of these documents is incorporated herein by reference in its entirety. Further, in some embodiments, certain quantitative concentration indicators or purity limits that must be achieved in an isolated biologically pure microbial culture to be used in the disclosed microbial ensemble are described in the present specification. It may be necessary in implementing the disclosure. The presence of such purity values is, in certain embodiments, an additional attribute that distinguishes the microorganisms identified by the methods disclosed herein from those that exist in their natural state. For example, Merck & Co. v. Olin Matheson Chemical Corp. , 253 F.C. 2d 156 (4th Cir. 1958) (discussing the purity limits of vitamin B12 produced by microorganisms). That document is incorporated herein by reference.

本明細書で使用される「担体」、「許容可能な担体」、または「医薬担体」は、微生物アンサンブルと共に使用されるか、または微生物アンサンブルにおいて使用される希釈剤、補助剤、賦形剤、または媒体を指す。そのような担体は、水及び油(石油起源、動物起源、植物起源、または合成起源のものを含む)などの無菌の液体であり得、こうしたものは、ピーナッツ油、ダイズ油、ミネラル油、ゴマ油、及び同様のものなどである。好ましくは、水または水溶液、生理食塩水、ならびにデキストロース水溶液及びグリセロール水溶液が担体として利用され、いくつかの実施形態では、注射用液として利用される。あるいは、担体は、固体の剤形担体であり得、こうした固体の剤形担体には、限定はされないが、結合剤(圧縮丸剤用)、流動促進剤、封入剤、風味剤、及び着色剤のうちの1つまたは複数が含まれる。担体の選択は、意図される投与経路及び標準的な薬務に照らして実施することができる。Hardee and Baggo(1998.Development and Formulation of Veterinary Dosage Forms.2nd Ed.CRC Press.504 pg.)、E.W.Martin(1970.Remington’s Pharmaceutical Sciences.17th Ed.Mack Pub.Co.)、及びBlaser et al.(米国公開US20110280840A1)を参照のこと。これらの文献はそれぞれ、参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる。   As used herein, "carrier", "acceptable carrier", or "pharmaceutical carrier" refers to a diluent, adjuvant, excipient used with or used in a microbial ensemble, Or a medium. Such carriers can be sterile liquids, such as water and oils, including those of petroleum, animal, plant, or synthetic origin, such as peanut oil, soybean oil, mineral oil, sesame oil. , And the like. Preferably, water or aqueous solutions, saline, and aqueous dextrose and glycerol solutions are utilized as carriers, and in some embodiments, for injection. Alternatively, the carrier can be a solid dosage form carrier, which includes, but is not limited to, a binder (for compressed pills), a glidant, an encapsulant, a flavoring agent, and a coloring agent. One or more of the following. The choice of carrier can be made in light of the intended route of administration and standard pharmaceutical practice. Hardee and Baggo (1998. Development and Formulation of Veterinary Dosage Forms. 2nd Ed. CRC Press. 504 pg.). W. Martin (1970. Remington's Pharmaceutical Sciences. 17th Ed. Mack Pub. Co.), and Blaser et al. (U.S. Publication US20110280840A1). Each of these documents is expressly incorporated herein by reference in its entirety.

「微生物(microorganism)」及び「微生物(microbe)」という用語は、本明細書で互換的に使用され、真正細菌ドメイン、真核生物ドメイン、または古細菌ドメインのものである任意の微生物を指す。微生物型には、限定はされないが、細菌(例えば、マイコプラズマ、球菌、桿菌、リケッチア、スピリルム)、真菌(例えば、糸状菌、酵母)、線形動物、原生動物、古細菌、藻類、渦鞭毛藻類、ウイルス(例えば、バクテリオファージ)、ウイロイド、及び/またはそれらの組み合わせが含まれる。生物株は、生物型の亜分類群であり、例えば、特定の微生物の種、亜種、亜型、遺伝子変異体、病原型、または血清型であり得る。   The terms "microorganism" and "microbe" are used interchangeably herein and refer to any microorganism that is of a eubacterial, eukaryotic, or archaeal domain. Microbial types include, but are not limited to, bacteria (e.g., mycoplasma, cocci, bacilli, rickettsiae, spirils), fungi (e.g., filamentous fungi, yeast), nematodes, protozoa, archaea, algae, dinoflagellates, Viruses (eg, bacteriophages), viroids, and / or combinations thereof. An organism strain is a sub-taxon of a biotype, which can be, for example, a particular microbial species, subspecies, subtype, genetic variant, pathogenic type, or serotype.

本明細書で使用される「マーカー」または「特有のマーカー」という用語は、特有の微生物型、微生物株、または微生物株の活性の指標である。生物学的な試料においてマーカーを測定することができ、こうしたマーカーには、限定はされないが、核酸に基づくマーカー(リボソームRNA遺伝子など)、ペプチドもしくはタンパク質に基づくマーカー、及び/または代謝物もしくは他の小分子マーカーが含まれる。   The term "marker" or "unique marker" as used herein is an indication of the activity of a particular microorganism type, strain, or strain. Markers can be measured in biological samples, including, but not limited to, nucleic acid-based markers (such as ribosomal RNA genes), peptide or protein based markers, and / or metabolites or other metabolites. Includes small molecule markers.

本明細書で使用される「代謝物」という用語は、代謝中間体または代謝産物である。1つの実施形態では、代謝物は、小分子である。代謝物は、さまざまな機能を有しており、こうした機能には、燃料機能、構造機能、シグナル伝達機能、酵素に刺激作用及び阻害作用を及ぼす機能、酵素に対する補因子としての機能、防御機能、ならびに他の生物との相互作用機能(色素、匂い物質、及びフェロモンなど)が含まれる。一次代謝物は、正常な発育、発生、及び生殖に直接的に関与する。二次代謝物は、こうしたプロセスに直接的には関与しないが、通常、重要な生態学的機能を有する。代謝物の例には、限定はされないが、抗生物質及び色素(樹脂及びテルペンなど)などが含まれる。いくつかの抗生物質では、前駆物質として一次代謝物が使用され、例えば、アクチノマイシンは、一次代謝物であるトリプトファンから創出される。本明細書で使用される代謝物には、小さな親水性糖質、大きな疎水性脂質、及び複雑な天然化合物が含まれる。   The term "metabolite" as used herein is a metabolic intermediate or metabolite. In one embodiment, the metabolite is a small molecule. Metabolites have various functions, such as fuel function, structural function, signal transduction function, function of stimulating and inhibiting enzymes, function as a cofactor for enzymes, defense function, And interaction functions with other organisms (such as pigments, odorants, and pheromones). Primary metabolites are directly involved in normal development, development, and reproduction. Secondary metabolites are not directly involved in these processes, but usually have important ecological functions. Examples of metabolites include, but are not limited to, antibiotics and dyes (such as resins and terpenes). Some antibiotics use the primary metabolite as a precursor, for example, actinomycin is created from the primary metabolite tryptophan. As used herein, metabolites include small hydrophilic sugars, large hydrophobic lipids, and complex natural compounds.

本開示の実施形態には、診断方法が含まれる。図1に示されるように、そのような方法は、少なくとも2つの試料またはそれについてのデータを取得することを含み得(011)、少なくとも2つの試料は、少なくとも1つの共通環境パラメータ(試料型、試料位置、試料時期など)を共有する。少なくとも2つの試料のうちの少なくとも1つを第1の状態にあると定義することができ(013)、少なくとも2つの試料のうちの少なくとも1つを第2の状態にあると定義することができ(015)、第2の状態は、第1の状態とは異なる。例えば、1つの実施形態では、少なくとも2つの状態のうちの1つは、健康な状態であるか、または健康な試料源(例えば、1つもしくは複数の望ましい特徴もしくはメタデータを有する試料源)と関連する状態であり、その他の状態は、不健康/病的な状態であるか、または不健康/病的な試料源(例えば、1つもしくは複数の望ましくない特徴もしくはメタデータを有する試料源であり、場合によっては、特に、健康な試料源の対応する特徴(複数可)もしくはメタデータと比較すると望ましくない特徴もしくはメタデータを1つもしくは複数有する試料源)と関連する状態である。各試料について、試料における1つまたは複数の微生物型の存在が検出され(017)、1つまたは複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の数が決定される(019)。   Embodiments of the present disclosure include a diagnostic method. As shown in FIG. 1, such a method may include obtaining at least two samples or data thereon (011), wherein at least two samples have at least one common environmental parameter (sample type, Sample position, sample time, etc.). At least one of the at least two samples may be defined to be in a first state (013), and at least one of the at least two samples may be defined to be in a second state. (015), the second state is different from the first state. For example, in one embodiment, one of the at least two conditions is a healthy condition or a healthy sample source (eg, a sample source having one or more desirable characteristics or metadata). The associated condition, the other condition is an unhealthy / morbid condition, or an unhealthy / morbid sample source (eg, a sample source having one or more undesirable characteristics or metadata; In some cases, particularly conditions associated with a sample source having one or more features or metadata that are undesirable when compared to the corresponding feature (s) or metadata of a healthy sample source. For each sample, the presence of one or more microbial types in the sample is detected (017) and the number of each of the one or more microbial types detected in each sample is determined (019). ).

次に、各試料における特有の第1のマーカー及びその量が測定され(021)、特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである。それぞれの微生物型の数及び特有の第1のマーカーの数/それぞれの数に基づいて、各試料におけるそれぞれの微生物株の絶対細胞数が決定される(023)。次に、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーが測定され(025)、その微生物株の活性レベルが決定される(027)(例えば、特定の活性閾値を上回る特有の第2のマーカーに基づいて決定される)。実施態様に応じて、活性レベルは、数的、相対的、及び/または二項的(例えば、活性/不活性)であり得る。決定された活性によってそれぞれの微生物株の絶対細胞数がフィルタリングされることで(029)、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のセットまたはリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数が得られる。第1の状態に由来する少なくとも1つの試料についての活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、第2の状態に由来する少なくとも1つの試料についての活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、を比較または処理することで、ベースライン状態(例えば、健康な状態または正常な状態)を定義または決定することができる(031)。ベースライン状態は、特定した分類群及び/または株の存在または不在によって定義または特徴付けることができる。いくつかの実施形態では、方法は、少なくとも1つの追加の試料を取得することを、含むか、またはさらに含み(033)、少なくとも1つの追加の試料の状態は不明である。次に、少なくとも1つの追加の試料について、1つまたは複数の微生物型の存在が検出され(035)、1つまたは複数の微生物型のうちで検出されたそれぞれの微生物型の数が決定される(037)。特有の第1のマーカー及びその量が決定され(039)、特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである。それぞれの微生物型の数及び特有の第1のマーカーの数から、それぞれの微生物株の絶対細胞数が決定される(041)。少なくとも1つの特有の第2のマーカーが、特定した閾値に基づいてそれぞれの微生物株に使用されることで、その微生物株の活性レベルが決定される(043)。決定された活性レベルによってそれぞれの微生物株の絶対細胞数がフィルタリングされることで(045)、活性微生物株のセットまたはリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数が得られる(047)。次に、少なくとも1つの追加の試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数とベースライン状態とが比較されることで、少なくとも1つの追加の試料の状態(例えば、健康または不健康、正常または異常など)が決定される(049)。次に、少なくとも1つの追加の試料の決定された状態が出力及び/または表示される(051)(例えば、表示画面またはグラフィカルインターフェースに出力及び/または表示される)。   Next, a unique first marker and its amount in each sample are measured (021), each unique marker being a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected. Based on the number of each microorganism type and the number of unique first markers / each number, the absolute cell number of each microorganism strain in each sample is determined (023). Next, at least one unique second marker for each microorganism strain is measured (025) and the activity level of that microorganism strain is determined (027) (eg, a unique second marker above a certain activity threshold). Determined on the basis of the marker). Depending on the embodiment, the activity level can be numerical, relative, and / or binomial (eg, active / inactive). The determined activity filters the absolute cell number of each microbial strain (029) to provide a set or list of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for each of the at least two samples. A filtered absolute cell number of the active microorganism strain for at least one sample from the first state, and a filtered absolute cell number of the active microorganism strain for at least one sample from the second state; Can be defined or determined (031) by comparing or processing the baseline state (eg, a healthy state or a normal state). Baseline status can be defined or characterized by the presence or absence of the identified taxon and / or strain. In some embodiments, the method comprises or further comprises obtaining (033) at least one additional sample, wherein the status of the at least one additional sample is unknown. Next, for at least one additional sample, the presence of one or more microbial types is detected (035), and the number of each detected microbial type of the one or more microbial types is determined. (037). A unique first marker and its amount are determined (039), each unique first marker being a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected. From the number of each microbial type and the number of unique first markers, the absolute cell number of each microbial strain is determined (041). At least one unique second marker is used for each microorganism strain based on the specified threshold to determine the activity level of that microorganism strain (043). The absolute cell number of each microbial strain is filtered (045) according to the determined activity level to obtain a set or list of active microbial strains and their respective absolute cell numbers (047). The set of active microbial strains and their respective absolute cell counts for at least one additional sample is then compared to a baseline condition to determine the condition of at least one additional sample (eg, healthy or unhealthy, Normal or abnormal) is determined (049). Next, the determined state of the at least one additional sample is output and / or displayed (051) (eg, output and / or displayed on a display screen or graphical interface).

いくかの別の実施形態によれば、少なくとも1つの追加の試料の決定された状態は、少なくとも1つの追加の試料と関連する環境の状態に対応する。実施態様に応じて、少なくとも1つの追加の試料と関連する環境には、地理空間環境が含まれ得、こうした地理空間環境は、野原または牧草地、飼料の環境または源(例えば、穀物サイロ)、標的とする動物及び/または群れなどである。少なくとも1つの追加の試料と関連する環境に対する治療を解明または決定することができる。ベースラインが健康または同様のものである実施形態では、ベースラインに向かって環境の状態を変化させるように治療を構成することができる。いくつかの実施形態では、所望の目標または有利な結果と関連する状態に向かって環境の状態を変化させるように治療を構成することができる。治療は、合成アンサンブル(特に、本開示の方法に従って形成される合成アンサンブル)、化学的/生物学的な治療もしくは薬剤、治療レジメン、これらの治療の2つ以上の組み合わせ、及び/または同様のものを含み得る。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの追加の試料に基づいてベースライン状態を更新することができる。   According to some other embodiments, the determined state of the at least one additional sample corresponds to a state of the environment associated with the at least one additional sample. Depending on the embodiment, the environment associated with the at least one additional sample may include a geospatial environment, such as a field or pasture, a feed environment or source (eg, a grain silo), Target animals and / or herds. The treatment for the environment associated with the at least one additional sample can be ascertained or determined. In embodiments where the baseline is healthy or the like, the treatment can be configured to change the state of the environment towards the baseline. In some embodiments, the treatment can be configured to change the condition of the environment toward a condition associated with a desired goal or beneficial result. The treatment may be a synthetic ensemble (especially a synthetic ensemble formed according to the methods of the present disclosure), a chemical / biological treatment or drug, a treatment regimen, a combination of two or more of these treatments, and / or the like. May be included. In some embodiments, the baseline status can be updated based on at least one additional sample.

本開示の別の態様では、分析方法が開示される。そのような方法は、少なくとも2つの試料セットを取得することを含み得、各試料セットは、複数の試料を含む。いくつかの実施態様では、少なくとも2つの試料セットのうちの少なくとも1つの試料セットを第1の状態にあると定義することができ、少なくとも2つの試料セットのうちの少なくとも1つの試料セットを第2の状態にあると定義することができ、第1の状態は、第2の状態とは異なり、試料セットにおける試料の範囲は、試料セットに対応する状態の範囲に対応する。他の実施態様では、試料セット内の試料は、それぞれの状態にあると定義されるか、または状態の決定もしくは定義は、分析後に行われる。方法は、次に、各試料における複数の微生物型を検出すること、複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数を決定すること、ならびに各試料における特有の第1のマーカー及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、を含む。いくつかの実施形態では、特有の第1のマーカー及びその量の測定は、各試料に由来するゲノムDNAをハイスループットシークエンシング反応に供すこと、及び/または各試料に由来するゲノムDNAをメタゲノムシークエンシングに供すこと、のうちの少なくとも1つを含む。特有の第1のマーカーは、mRNAマーカー、siRNAマーカー、リボソームRNAマーカー、シグマ因子、転写因子、ヌクレオシド関連タンパク質、及び/または代謝酵素、のうちの少なくとも1つを含み得る。いくつかの実施形態では、特有の第1のマーカーの測定は、各試料における特有のゲノムDNAマーカーを測定すること、各試料における特有のRNAマーカーを測定すること、及び/または各試料における特有のタンパク質マーカーを測定すること、のうちの少なくとも1つを含む。いくつかの実施形態では、特有の第1のマーカーの測定は、各試料における特有の代謝物マーカーの測定を含み、この測定は、各試料における特有の脂質マーカーを測定すること、及び/または各試料における特有の糖質マーカーを測定すること、のうちの少なくとも1つを含み得る。   In another aspect of the present disclosure, an analysis method is disclosed. Such a method may include obtaining at least two sample sets, each sample set including a plurality of samples. In some embodiments, at least one of the at least two sample sets may be defined as being in the first state, and at least one of the at least two sample sets may be defined as the second. The first state is different from the second state, and the range of the sample in the sample set corresponds to the range of the state corresponding to the sample set. In other embodiments, the samples in the sample set are defined as being in their respective states, or the determination or definition of the states is made after analysis. The method then comprises detecting the plurality of microbial types in each sample, determining the absolute cell number of each of the plurality of microbial types detected in each sample among the plurality of microbial types, and determining the unique cell number in each sample. Measuring the first marker and its amount (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected). In some embodiments, determining the unique first marker and its amount comprises subjecting the genomic DNA from each sample to a high-throughput sequencing reaction and / or metabolizing the genomic DNA from each sample to a metagenomic sequence. Subjecting to at least one of the following. The unique first marker may include at least one of an mRNA marker, an siRNA marker, a ribosomal RNA marker, a sigma factor, a transcription factor, a nucleoside-related protein, and / or a metabolic enzyme. In some embodiments, measuring the unique first marker comprises measuring a unique genomic DNA marker in each sample, measuring a unique RNA marker in each sample, and / or measuring a unique RNA marker in each sample. Measuring at least one of the protein markers. In some embodiments, measuring a unique first marker comprises measuring a unique metabolite marker in each sample, wherein the measuring comprises measuring a unique lipid marker in each sample, and / or Measuring at least one unique carbohydrate marker in the sample.

方法は、次に、各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を、その試料における検出されたそれぞれの微生物型の数と、その試料における特有の第1のマーカーの数及びその量と、に基づいて決定すること、ならびにそれぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを測定して各試料における活性微生物株を決定すること、を含む。いくつかの実施形態では、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーの測定は、少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルを測定することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルの測定は、試料mRNAを遺伝子発現解析に供すこと、各試料もしくはその一部を質量分析に供すこと、及び/または各試料もしくはその一部をメタリボソームプロファイリングもしくはリボソームプロファイリングに供すこと、のうちの少なくとも1つを含む。   The method then determines the absolute cell number of each microbial strain present in each sample, the number of each microbial type detected in the sample, and the number and amount of the unique first marker in the sample. And determining at least one unique second marker for each microorganism strain to determine the active microorganism strain in each sample. In some embodiments, measuring at least one unique second marker for each microbial strain comprises measuring the expression level of at least one unique second marker. In some embodiments, measuring the expression level of the at least one unique second marker comprises subjecting the sample mRNA to gene expression analysis, subjecting each sample or a portion thereof to mass spectrometry, and / or Subjecting the sample or a portion thereof to metaribosome profiling or ribosome profiling.

次に、少なくとも2つの試料セットの各試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数が得られる。方法は、少なくとも2つの試料セットの各試料及び/またはそれぞれの試料についての活性微生物株及びそれぞれの絶対細胞数を解析してベースライン状態を定義することを含む。ベースライン状態は、いくつかの実施形態では、特定した分類群及び/または株の存在または不在によって定義及び/または特徴付けることができる。   Next, a set of active microbial strains for each sample of at least two sample sets and their respective absolute cell numbers are obtained. The method comprises analyzing each sample and / or each sample of at least two sample sets for active microbial strains and respective absolute cell numbers to define a baseline condition. Baseline status, in some embodiments, can be defined and / or characterized by the presence or absence of the identified taxon and / or strain.

次に、状態が不明な少なくとも1つの追加の試料が取得される。少なくとも1つの追加の試料について、方法は、(a)1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、(b)検出されたそれぞれの微生物型の数を決定すること、(c)特有の第1のマーカー及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、(d)それぞれの微生物型の数及び特有の第1のマーカーの数から、それぞれの微生物株の絶対細胞数を決定すること、(e)それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを、特定した閾値に基づいて測定してその微生物株の活性レベルを決定すること、ならびに(f)決定された活性によってそれぞれの微生物株の絶対細胞数をフィルタリングすることで、活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、をさらに含む。少なくとも1つの追加の試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数とベースライン状態とを比較することで、少なくとも1つの追加の試料と関連する状態が決定され、少なくとも1つの追加の試料と関連する決定された状態が表示または出力される。一般に、単一の状態として議論されるが、いくつかの実施形態及び用途については、ベースライン状態または生物学的状態は、特定のマイクロバイオームと関連する複数の状態及び/または生物学的状態を指し得、特定の徴候の特徴付け、同定、及び/または治療(個体レベルまたは群れレベルに対するものかは問われない)において複数の状態も利用できることを理解されよう。   Next, at least one additional sample of unknown state is obtained. For at least one additional sample, the method comprises: (a) detecting the presence of one or more microbial types; (b) determining the number of each microbial type detected; Measuring the first marker and its amount (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected); (d) the number of each microorganism type and the unique first marker Determining the absolute cell number of each microbial strain from the number of microbial strains; Determining the level, and (f) filtering the absolute cell number of each microbial strain according to the determined activity, the set of active microbial strains and their respective absolute details To obtain the number, further comprising a. Comparing the set of active microbial strains and their respective absolute cell counts and the baseline status for the at least one additional sample determines the status associated with the at least one additional sample, and the at least one additional sample. The determined state associated with the sample is displayed or output. Although generally discussed as a single state, for some embodiments and applications, a baseline state or biological state refers to multiple states and / or biological states associated with a particular microbiome. It will be appreciated that more than one condition may be utilized in characterization, identification, and / or treatment of a particular symptom, whether at the individual or herd level.

方法は、ベースライン状態と、少なくとも1つの追加の試料と関連する決定された状態と、に基づいて複数の活性微生物株を選択すること、ならびに選択された複数の活性微生物株を担体媒体と組み合わせて活性微生物の合成アンサンブルを形成させること、をさらに含み得、この合成アンサンブルは、この合成アンサンブルが、少なくとも1つの追加の試料と関連する環境に導入されると、少なくとも1つの追加の試料と関連する環境の状態を改変するように構成される。   The method comprises selecting a plurality of active microorganism strains based on a baseline condition and a determined condition associated with at least one additional sample, and combining the selected plurality of active microorganism strains with a carrier medium. Forming a synthetic ensemble of active microorganisms, wherein the synthetic ensemble is associated with at least one additional sample when the synthetic ensemble is introduced into an environment associated with the at least one additional sample. Configured to alter the state of the environment.

本開示の1つの態様では、複数の微生物株と、1つまたは複数のメタデータ及び/またはパラメータと、の間の関連性を明らかにするための方法が開示される。図1Aに示されるように、試料及び/または少なくとも2つの試料の試料データが少なくとも2つの試料源から受け取られ(101)、各試料について、1つまたは複数の微生物型の存在が決定され(103)、1つまたは複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の数(細胞数)が決定され(105)、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量が決定され(107)、特有の第1のマーカーはそれぞれ、微生物株のマーカーである。それぞれの微生物型の数と第1のマーカーの数とが統合されることで、各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数が得られ(109)、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーの特定した閾値を上回る測定値に基づいて各試料におけるそれぞれの微生物株の活性レベルが決定され(111)、微生物株は、その株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーの測定値が対応閾値を上回るであれば、活性であると見なされる。次に、決定された活性によってそれぞれの微生物株の絶対細胞数がフィルタリングされることで、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のセットまたはリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数が得られる(113)。少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株と共に、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数のセットまたはリストのネットワーク解析が実施され(115)、ネットワーク解析は、それぞれの活性微生物株と他のあらゆる活性微生物株との間の最大情報係数スコアの決定、ならびにそれぞれの活性微生物株と少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株との間の最大情報係数スコアの決定、を含む。次に、機能、予測される機能、及び/または化学に基づいて活性微生物株を分類することができ(117)、分類に基づいて複数の活性微生物株が同定及び出力される(119)。いくつかの実施形態では、方法は、同定された複数の微生物株から活性微生物アンサンブルを構築することをさらに含み(121)、微生物アンサンブルは、標的に適用されると、少なくとも1つの測定メタデータに対応する特性を変えるように構成される。方法は、出力された複数の同定活性微生物株に基づいて少なくとも1つの病原体を同定することをさらに含み得る(追加詳細については実施例4を参照のこと)。いくつかの実施形態では、複数の活性微生物株を利用することで、それが標的に適用されると、少なくとも1つの同定病原体に対処し、及び/または少なくとも1つの同定病原体と関連する症状を治療するように構成された活性微生物アンサンブルを構築することができる。   In one aspect of the present disclosure, a method is disclosed for establishing an association between a plurality of microorganism strains and one or more metadata and / or parameters. As shown in FIG. 1A, sample data for a sample and / or at least two samples is received from at least two sample sources (101), and for each sample, the presence of one or more microbial types is determined (103). The number (cell number) of each of the one or more microbial types detected in each sample is determined (105), and the number and amount of unique first markers in each sample is determined. Each of the unique first markers determined (107) is a marker of a microbial strain. The integration of the number of each microbial type and the number of the first marker yields the absolute cell number of each microbial strain present in each sample (109) and at least one unique for each microbial strain. The level of activity of the respective microbial strain in each sample is determined based on the measured value of the second marker above the specified threshold (111), and the microbial strain is identified as having at least one unique second marker for the strain. If the measurement is above the corresponding threshold, it is considered active. Next, the absolute cell number of each microbial strain is filtered according to the determined activity to obtain a set or list of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for each of the at least two samples (113). ). A network analysis of the filtered absolute cell number set or list of active microorganism strains for each of the at least two samples, together with at least one measurement metadata or additional active microorganism strains, is performed (115), wherein the network analysis comprises: Determination of the maximum information coefficient score between each active microorganism strain and any other active microorganism strain, and the maximum information coefficient score between each active microorganism strain and at least one measured metadata or additional active microorganism strain Determination. The active microbial strain can then be classified based on function, expected function, and / or chemistry (117), and a plurality of active microbial strains are identified and output based on the classification (119). In some embodiments, the method further comprises constructing an active microbial ensemble from the plurality of identified microbial strains (121), wherein the microbial ensemble, when applied to the target, includes at least one measurement metadata. It is configured to change the corresponding property. The method may further include identifying at least one pathogen based on the plurality of identified active microorganism strains output (see Example 4 for additional details). In some embodiments, utilizing multiple active microbial strains, when applied to a target, addresses at least one identified pathogen and / or treats a condition associated with at least one identified pathogen. An active microbial ensemble configured to do so can be constructed.

本開示の1つの態様では、1つまたは複数の試料における1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数を決定するための方法が提供され、1つまたは複数の活性微生物株は、試料における微生物コミュニティに存在する。1つまたは複数の微生物株は、1つまたは複数の生物型の亜分類群である(図1Bの方法1000を参照のこと)。各試料について、試料における1つまたは複数の微生物型の存在が検出される(1001)。試料における1つまたは複数の生物型のそれぞれの絶対数が決定される(1002)。特有の第1のマーカーの数が、特有の第1のマーカーのそれぞれの量と共に測定される(1003)。本明細書に記載のように、特有の第1のマーカーは、特有の微生物株のマーカーである。次に、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルを測定することによってタンパク質レベル及び/またはRNAレベルで活性が評価される(1004)。特有の第2のマーカーは、特有の第1のマーカーと同一または異なり得るものであり、生物株の活性のマーカーである。特有の第2のマーカーの1つまたは複数の発現レベルに基づいて、(存在するのであれば)どの微生物株が活性であるかが決定される(1005)。微生物株は、特有の第2のマーカーを特定のレベルで発現するか、または閾値レベルを上回って(例えば、閾値レベルを少なくとも約10%、少なくとも約20%、少なくとも約30%、もしくは少なくとも約40%上回って)発現するのであれば、活性であると見なされる(1005)(特定の用途及び/または実施態様に基づいてさまざまな閾値を決定することができ、例えば、試料源(複数可)(特定の種など)、試料起源の位置、目的メタデータ、環境などによって閾値は異なり得ることを理解されよう)。1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数は、1つまたは複数の活性微生物株の1つまたは複数の第1のマーカーの量と、1つまたは複数の微生物株が亜分類群となる由来元の生物型の絶対数と、に基づいて決定することができる。   In one aspect of the present disclosure, there is provided a method for determining the absolute cell number of one or more active microbial strains in one or more samples, wherein the one or more active microbial strains comprises a microorganism in the sample. Exist in the community. The one or more microbial strains is a sub-taxon of one or more biotypes (see method 1000 of FIG. 1B). For each sample, the presence of one or more microbial types in the sample is detected (1001). The absolute number of each of one or more biotypes in the sample is determined (1002). The number of unique first markers is measured along with the amount of each unique first marker (1003). As described herein, the unique first marker is a marker for a unique microbial strain. Next, activity is assessed at the protein and / or RNA level by measuring the expression level of one or more unique second markers (1004). The unique second marker can be the same or different from the unique first marker and is a marker of the activity of the organism strain. Based on the level of expression of one or more of the unique second markers, which microbial strain (if any) is active is determined (1005). The microbial strain expresses the unique second marker at a particular level or above a threshold level (eg, at least about 10%, at least about 20%, at least about 30%, or at least about 40% above the threshold level). %), It is considered active (1005) (various thresholds can be determined based on the particular application and / or embodiment, for example, sample source (s) ( It will be appreciated that the threshold may vary depending on the particular species), the location of the sample origin, the objective metadata, the environment, etc.). The absolute cell number of the one or more active microorganism strains is determined by the amount of one or more first markers of the one or more active microorganism strains and the origin of the one or more microorganism strains as a sub-taxon. And the absolute number of the original biotype.

本開示のいくつかの実施形態は、微生物コミュニティの解析向けに構成することができる。図1Cによって示されるように、2つ以上の試料(及び/または試料セット)のデータが取得され(1051)(各試料は、不均一微生物コミュニティを含む)、各試料における複数の微生物型が検出される(1053)。次に、複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数が、例えば本明細書で議論されるFACSまたは他の方法を介して、決定される(1055)。各試料における特有の第1のマーカー及びその量が測定され(1057)、特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである。1つまたは複数の特有の第2のマーカーの値(活性、濃度、発現など)が測定され(1059)(特有の第2のマーカーは、被検出微生物型の特定の微生物株の活性(例えば、代謝活性)の指標である)、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの測定値に基づいて(例えば、特定のセット閾値を上回る値に基づいて)それぞれの検出微生物株の活性が決定される(1061)。各試料における検出されたそれぞれの活性微生物株のそれぞれの比率が、例えばそれぞれの絶対細胞数、値などに基づいて、決定される(1063)。次に、少なくとも2つの試料の活性な検出微生物株(またはそのサブセット)のそれぞれが解析されることで、それぞれの活性な検出微生物株とその他の活性な検出微生物株との間、ならびにそれぞれの活性な検出微生物株と少なくとも1つの測定メタデータとの間、の生物学的状態(ベースライン状態など)及び/または関連性及びその強度が明らかにされる(1065)。次に、明らかにされた生物学的状態及び/または関連性は、表示またはその他の形で出力され(1067)(例えば、グラフィカルディスプレイ/グラフィカルインターフェースで行われる)(例えば、図1D)、生物学的状態の管理及び/またはバイオアンサンブルの生成に利用することができる(1069)。いくつかの実施形態では、関連性の表示/出力は、ある特定の強度または重みを上回る関連性のみが表示されるように限定することができる(1066a、1066b)。   Some embodiments of the present disclosure can be configured for analysis of a microbial community. As shown by FIG. 1C, data for two or more samples (and / or sample sets) is obtained (1051) (each sample includes a heterogeneous microbial community) and multiple microbial types in each sample are detected. (1053). Next, the absolute cell number of each microorganism type detected in each sample of the plurality of microorganism types is determined (1055), for example, via FACS or other methods discussed herein. A unique first marker and its amount in each sample are measured (1057), each unique marker being a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected. The value (activity, concentration, expression, etc.) of one or more unique second markers is measured (1059) (the unique second marker is the activity of a particular microbial strain of the microorganism type to be detected (eg, Metabolic activity) is determined based on the measurement of one or more unique second markers (eg, based on values above a certain set threshold). (1061). A respective ratio of each detected active microbial strain in each sample is determined based on, for example, respective absolute cell numbers, values, etc. (1063). Next, each of the at least two samples of the active detectable microorganism strain (or a subset thereof) is analyzed to determine the activity between each active detectable microbial strain and the other active detectable microbial strain, as well as the respective activity. The biological state (eg, baseline state) and / or association and strength between the detected microbial strain and the at least one measured metadata is determined (1065). The revealed biological states and / or relevance are then displayed or otherwise output (1067) (eg, performed on a graphical display / graphical interface) (eg, FIG. 1D) and the biological It can be used to manage status and / or generate a bioensemble (1069). In some embodiments, the display / output of relevance may be limited such that only relevances above a certain strength or weight are displayed (1066a, 1066b).

本開示による微生物アンサンブルは、相互に関連する個々の活性微生物種または種の活性株、のセット、サブセット、及び/または群から選択することができる。関連性及びネットワークは、本開示の方法によって明らかにされ、1つまたは複数の共通機能の実施に基づいて群化及び/または関連付けられるものであるか、あるいは認識可能なパラメータ(目的の表現型形質(例えば、反芻動物における乳産生の増加)など)に関与するか、またはそれを導くか、またはそれと関連するものであると説明できる。図1Dでは、Louvainコミュニティ検出法を使用することで、乳牛関連のメタデータパラメータと関連する群を同定した。それぞれのノードは、特定のルーメン微生物株またはメタデータパラメータを示す。ノード間のリンクは、有意な関連性を示す。連結されていないノードは、関連しない微生物である。着色された「バブル」はそれぞれ、Louvain解析によって検出された群を示す。この群化によって、株の分類先である群に基づいて株の機能性を予測することが可能になる。   A microbial ensemble according to the present disclosure can be selected from a set, subset, and / or group of individual active microbial species or active strains of the species that are interrelated. Associations and networks are revealed by the methods of the present disclosure and are grouped and / or related based on the performance of one or more common functions, or are recognizable parameters (phenotypic traits of interest). (Eg, increased milk production in ruminants) or can be described as leading to or associated with it. In FIG. 1D, the group associated with dairy cow-related metadata parameters was identified using the Louvain community detection method. Each node represents a particular rumen microorganism strain or metadata parameter. Links between nodes indicate significant association. Unconnected nodes are unrelated microorganisms. Each colored "bubble" indicates a group detected by Louvain analysis. This grouping makes it possible to predict the functionality of the strain based on the group to which it is classified.

本開示のいくつかの実施形態は、相互情報量を活用することで、動物の消化管に生息する天然の微生物株の、特定の動物形質に対する重要性を順位付けするように構成される。すべての微生物及び所望の動物形質について最大情報係数(MIC)が計算される。0〜1の段階で関連性がスコア付けされ、1は、微生物株と動物形質との間に強い関連性があることを示し、0は、関連性がないことを示す。このスコアに基づくカットオフを使用することで、特定の形質の改善に関して有用な微生物及び有用ではない微生物が定義される。図1E及び図1Fは、乳脂肪効率との関連性を共有するルーメン微生物株のMICスコア分布の例を示す。ここでは、指数関数から直線へと曲線がシフトする点(細菌については約0.45〜0.5、真菌については約0.3)が、有用な微生物株と有用ではない微生物株との間のカットオフとなる。図1G及び図1Hは、乳効率との関連性を共有するルーメン微生物株のMICスコア分布の例を示す。指数関数から直線へと曲線がシフトする点(細菌については約0.45〜0.5、真菌については約0.25)が、有用な微生物株と有用ではない微生物株との間のカットオフとなる。   Some embodiments of the present disclosure are configured to leverage mutual information to rank the importance of natural microbial strains that live in the digestive tract of animals to particular animal traits. The maximum information coefficient (MIC) is calculated for all microorganisms and desired animal traits. Associations are scored on a scale of 0 to 1, with 1 indicating strong association between the microbial strain and the animal trait and 0 indicating no association. Use of this score-based cutoff defines those microorganisms that are useful and those that are not useful for improving a particular trait. 1E and 1F show examples of MIC score distributions of rumen microbial strains that share an association with milk fat efficiency. Here, the point at which the curve shifts from an exponential function to a straight line (about 0.45-0.5 for bacteria and about 0.3 for fungi) is the difference between useful and non-useful microbial strains. Cutoff. 1G and 1H show examples of MIC score distributions of rumen microbial strains that share a relationship with milk efficiency. The point at which the curve shifts from exponential to linear (about 0.45-0.5 for bacteria and about 0.25 for fungi) is the cut-off between useful and non-useful microbial strains. Becomes

図2に示されるように、本開示の別の態様では、1つまたは複数の活性微生物の絶対細胞数が複数の試料において決定され、絶対細胞数は、メタデータ(環境パラメータ)に関連付けられる(2001〜2008)。1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数の解析に複数の試料が供され、1つまたは複数の活性微生物株は、複数の試料の少なくとも1つにおいて活性測定値が閾値レベルであるか、または閾値レベルを上回るのであれば、活性であると見なされる(2001〜2006)。次に、1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数は、特定の実施態様及び/または用途のメタデータパラメータに関連付けられる(2008)。   As shown in FIG. 2, in another aspect of the present disclosure, the absolute cell number of one or more active microorganisms is determined in the plurality of samples, and the absolute cell number is associated with metadata (environmental parameters) ( 2001-2008). The plurality of samples is subjected to an analysis of the absolute cell number of the one or more active microorganism strains, wherein the one or more active microorganism strains have a threshold level of activity measurement in at least one of the plurality of samples, Or, if it is above the threshold level, it is considered active (2001-2006). Next, the absolute cell number of one or more active microbial strains is associated with a metadata parameter for a particular embodiment and / or application (2008).

1つの実施形態では、複数の試料は、同一の環境源から経時的に取得される(例えば、同一の動物から経時的に取得される)。別の実施形態では、複数の試料は、複数の環境源(例えば、異なる動物)に由来する。1つの実施形態では、環境パラメータは、第2の活性微生物株の絶対細胞数である。別の実施形態では、1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数値を使用することで、1つまたは複数の活性微生物株と微生物コミュニティの第2の活性微生物株との共出現が決定される。別の実施形態では、1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数及び/または第2の環境株の絶対細胞数に対して第2の環境パラメータが関連付けられる。   In one embodiment, multiple samples are obtained over time from the same environmental source (eg, obtained over time from the same animal). In another embodiment, the multiple samples are from multiple environmental sources (eg, different animals). In one embodiment, the environmental parameter is the absolute cell number of the second active microorganism strain. In another embodiment, the absolute cell number of one or more active microbial strains is used to determine the co-occurrence of one or more active microbial strains with a second active microbial strain in a microbial community. . In another embodiment, a second environmental parameter is associated with an absolute cell number of one or more active microbial strains and / or an absolute cell number of a second environmental strain.

開示の実施形態の態様は、本開示を通じて議論される。   Aspects of the disclosed embodiments are discussed throughout this disclosure.

重要なことであるが、本明細書で提供される方法で使用するための試料は、微生物コミュニティを含む任意の型のものであり得る。例えば、本明細書で提供される方法で使用するための試料には、限定はされないが、動物試料(例えば、哺乳類、爬虫類、トリ)、土壌、空気、水(例えば、海洋、淡水、廃水汚泥)、堆積物、油、植物、農産物、植物、土壌(例えば、根圏)、食品(例えば、チーズ、ビール、ワイン、パン)、及び極限環境試料(例えば、酸性鉱山排水、熱水系)が含まれる。海洋試料または淡水試料の場合、試料は、水体の表面または水体の任意の深度に由来し得る(例えば、深海試料)。水試料は、1つの実施形態では、海洋、河川、または湖の試料である。   Importantly, a sample for use in the methods provided herein can be of any type, including a microbial community. For example, samples for use in the methods provided herein include, but are not limited to, animal samples (eg, mammals, reptiles, birds), soil, air, water (eg, marine, freshwater, wastewater sludge). ), Sediments, oils, plants, agricultural products, plants, soil (eg, rhizosphere), foods (eg, cheese, beer, wine, bread), and extreme environmental samples (eg, acid mine drainage, hydrothermal systems). included. In the case of a marine or freshwater sample, the sample may be from the surface of the body of water or from any depth in the body of water (eg, a deep sea sample). The water sample is, in one embodiment, a marine, river, or lake sample.

1つの実施形態は、動物試料は、体液である。別の実施形態では、動物試料は、組織試料である。動物試料には、限定はされないが、歯、汗、爪、皮膚、毛髪、糞便、尿、精液、粘液、唾液、消化管が含まれる。動物試料は、例えば、ヒト、霊長類、ウシ、ブタ、イヌ、ネコ、げっ歯類(例えば、マウスもしくはラット)、またはトリの試料であり得る。1つの実施形態では、トリ試料は、1羽または複数羽のニワトリに由来する試料を含む。別の実施形態では、試料は、ヒト試料である。ヒトマイクロバイオームは、皮膚の表面及び深層、乳腺、唾液、口腔粘膜、結膜、ならびに消化管に見られる微生物の集合体を含む。マイクロバイオームに見られる微生物には、細菌、真菌、原生動物、ウイルス、及び古細菌が含まれる。体の部分が異なると、微生物の多様性が異なる。微生物の量及び型は、個体の健康状態または病的状態を知らせ得るものである。細菌分類群の数は数千に上り、ウイルスも同じくらい大量に存在し得る。体表の所与の部位の細菌組成は、人によって異なるものであり、型だけでなく、存在量または量も異なる。   In one embodiment, the animal sample is a bodily fluid. In another embodiment, the animal sample is a tissue sample. Animal samples include, but are not limited to, teeth, sweat, nails, skin, hair, feces, urine, semen, mucus, saliva, and gastrointestinal tract. The animal sample can be, for example, a human, primate, cow, pig, dog, cat, rodent (eg, mouse or rat), or bird sample. In one embodiment, the bird sample comprises a sample from one or more chickens. In another embodiment, the sample is a human sample. The human microbiome comprises a collection of microorganisms found on the surface and deep layers of the skin, mammary glands, saliva, oral mucosa, conjunctiva, and gastrointestinal tract. Microorganisms found in microbiomes include bacteria, fungi, protozoa, viruses, and archaea. Different body parts have different microbial diversity. The amount and type of microorganism can be indicative of the health or morbidity of the individual. The number of bacterial taxa is in the thousands, and viruses can be as abundant. The bacterial composition at a given site on the body surface varies from person to person, not only in type, but also in abundance or amount.

別の実施形態では、試料は、ルーメン試料である。ウシなどの反芻動物は、その飼料を消化する上で多様な微生物コミュニティに依存している。こうした動物は、変化した上部消化管(反芻胃またはルーメン)を有することによって栄養価の乏しい飼料を使用するように進化を遂げており、飼料は、それが嫌気性微生物のコミュニティによって発酵を受ける間、当該上部消化管に保持される。ルーメン微生物コミュニティは、非常に高密度なものであり、ミリリットル当たり約3×1010個の微生物細胞を含む。ルーメンでは嫌気発酵微生物が大半を占めている。ルーメン微生物コミュニティは、生命の3つすべてのドメイン(細菌、古細菌、及び真核生物)のメンバーを含む。ルーメン発酵産物は、体の維持、成長、ならびに乳産生のためにそのそれぞれの宿主によって必要とされるものである(van Houtert(1993).Anim.Feed Sci.Technol.43,pp.189−225、Bauman et al.(2011).Annu.Rev.Nutr.31,pp.299−319(これらの文献はそれぞれ、あらゆる目的のために参照によってその全体が組み込まれる))。さらに、乳汁の収量及び組成は、ルーメン微生物コミュニティと関連することが報告されている(Sandri et al.(2014).Animal 8,pp.572−579、Palmonari et al.(2010).J.Dairy Sci.93,pp.279−287(これらの文献はそれぞれ、あらゆる目的のために参照によってその全体が組み込まれる))。1つの実施形態では、Jewell et al.(2015).Appl.Environ.Microbiol.81,pp.4697−4710(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる)に記載の処理を介してルーメン試料が取得される。 In another embodiment, the sample is a lumen sample. Ruminants such as cattle rely on a diverse microbial community to digest their feed. These animals have evolved to use a nutrient-poor diet by having an altered upper gastrointestinal tract (ruminant or rumen), which feed is fermented by the anaerobic microbial community. Is retained in the upper digestive tract. The rumen microbial community is of very high density, containing about 3 × 10 10 microbial cells per milliliter. Anaerobic fermentation microorganisms dominate the rumen. The rumen microbial community includes members of all three domains of life (bacteria, archaea, and eukaryotes). Rumen fermentation products are those required by their respective hosts for body maintenance, growth, and milk production (van Houtert (1993). Anim. Feed Sci. Technology. 43, pp. 189-225). (2011) Annu. Rev. Nutr. 31, pp. 299-319, each of which is incorporated by reference in its entirety for all purposes). In addition, milk yield and composition has been reported to be associated with the rumen microbial community (Sandri et al. (2014). Animal 8, pp. 572-579; Palmonari et al. (2010). J. Dairy. Sci. 93, pp. 279-287, each of which is incorporated by reference in its entirety for all purposes). In one embodiment, Jewell et al. (2015). Appl. Environ. Microbiol. 81 pp. A rumen sample is obtained via the process described in 4697-4710, which is hereby incorporated by reference in its entirety for any purpose.

別の実施形態では、試料は、土壌試料(例えば、バルク土壌または根圏の試料)である。1グラムの土壌は、数万の細菌分類群、及び最大で10億個の細菌細胞、ならびに約2億の菌糸体を含むと推定されている(Wagg et al.(2010).Proc Natl.Acad.Sci.USA 111,pp.5266−5270(あらゆる目的のために参照によってその全体が組み込まれる))。細菌、放線菌、真菌、藻類、原生動物、及びウイルスはすべて、土壌に見られるものである。土壌微生物コミュニティの多様性は、土壌微小環境の構造及び肥沃度、植物による栄養素獲得、植物の多様性及び成長、ならびに地上コミュニティと地下コミュニティとの間の資源の循環と関連付けられている。したがって、土壌試料の微生物含量の経時変化ならびに活性微生物の共出現(及び活性微生物の数)を評価することで、環境メタデータパラメータ(栄養素獲得及び/または植物多様性など)と関連する微生物への洞察が得られる。   In another embodiment, the sample is a soil sample (eg, a bulk soil or rhizosphere sample). One gram of soil is estimated to contain tens of thousands of bacterial taxa and up to 1 billion bacterial cells, as well as about 200 million mycelium (Wagg et al. (2010). Proc Natl. Acad. Sci.USA 111, pp. 5266-5270, which is incorporated by reference in its entirety for all purposes). Bacteria, actinomycetes, fungi, algae, protozoa, and viruses are all found in soil. The diversity of the soil microbial community has been linked to the structure and fertility of the soil microenvironment, nutrient acquisition by plants, plant diversity and growth, and the circulation of resources between aboveground and belowground communities. Therefore, by assessing the time course of microbial content of soil samples and the co-occurrence of active microorganisms (and the number of active microorganisms), the environmental metadata parameters (such as nutrient acquisition and / or plant diversity) can be assessed for microorganisms associated with them. Gain insight.

1つの実施形態では、土壌試料は、根圏試料であり、根圏は、すなわち、根の分泌物及び関連土壌微生物によって直接的に影響を受ける狭い土壌領域である。根圏は、微生物活性の上昇が観測され、栄養素及び成長因子の交換を介して植物の根が土壌微生物と相互作用する、生息密度の高い領域である(San Miguel et al.(2014).Appl.Microbiol.Biotechnol.DOI 10.1007/s00253−014−5545−6(あらゆる目的のために参照によってその全体が組み込まれる))。植物は、多くの化合物を根圏に分泌するため、根圏における生物型の解析は、そこで成長する植物の特徴を決定する上で有用であり得る。   In one embodiment, the soil sample is a rhizosphere sample, which is a narrow soil area that is directly affected by root secretions and related soil microorganisms. The rhizosphere is a densely populated area where increased microbial activity has been observed and plant roots interact with soil microorganisms through the exchange of nutrients and growth factors (San Miguel et al. (2014). Appl. Microbiol.Biotechnol.DOI 10.1007 / s00253-014-5545-6 (incorporated by reference in its entirety for any purpose). Since plants secrete many compounds into the rhizosphere, analysis of biotypes in the rhizosphere can be useful in determining the characteristics of plants growing there.

別の実施形態では、試料は、海洋試料または淡水試料である。海洋水は、ミリリットル当たり最大で100万の微生物及び数千の微生物型を含む。こうした数は、沿岸水では有機物及び栄養素の生産性も取り込み量も高まることから桁違いに大きくなり得る。海洋微生物は、海洋生態系の機能、二酸化炭素の生産と固定とのバランス維持、海洋光合成微生物(シアノバクテリア、珪藻、ならびにピコ植物プランクトン及びナノ植物プランクトンなど)を介する地球上の酸素の50%超の生産、新規の生理活性化合物及び代謝経路の提供、海洋食物網において非常に重要な最下位栄養レベルを占めることによる持続可能な海産物供給の確保、にとって極めて重要である。海洋環境に見られる生物には、ウイルス、細菌、古細菌、及びいくつかの真核生物が含まれる。海洋ウイルスは、ウイルスによる溶解を介して海洋細菌集団を制御する上で重要な役割を担い得る。海洋細菌は、他の小微生物にとっての食物源としても、有機物の生産者としても重要である。海洋において水柱を通じて見られる古細菌は遠洋古細菌であり、その存在量は海洋細菌の存在量に匹敵する。   In another embodiment, the sample is a marine or freshwater sample. Marine water contains up to one million microorganisms and thousands of microbial types per milliliter. These numbers can be orders of magnitude higher in coastal waters due to increased productivity and uptake of organic matter and nutrients. Marine microbes function in marine ecosystems, maintain a balance between carbon dioxide production and fixation, and account for over 50% of the Earth's oxygen via marine photosynthetic microorganisms (such as cyanobacteria, diatoms, and picophytoplankton and nanophytoplankton). Is critical for the production of biomass, providing new bioactive compounds and metabolic pathways, and ensuring a sustainable supply of marine products by occupying very important lowest nutrient levels in the marine food web. Organisms found in the marine environment include viruses, bacteria, archaea, and some eukaryotes. Marine viruses can play an important role in controlling marine bacterial populations through lysis by the virus. Marine bacteria are important both as food sources for other small microorganisms and as producers of organic matter. Archaea found in waters through the water column are pelagic archaea, and their abundance is comparable to that of marine bacteria.

別の実施形態では、試料は、極限環境に由来する試料を含み、極限環境は、すなわち、地球上のほとんどの生命に有害な条件を伴う環境である。極限環境で増殖する生物は、極限環境微生物と呼ばれる。古細菌ドメインは、極限環境微生物のよく知られる例を含むが、真正細菌ドメインもまた、こうした微生物の代表的なものを有し得る。極限環境微生物には、3以下のpHレベルで増殖する好酸性微生物、9以上のpHレベルで増殖する好アルカリ微生物、増殖に酸素を必要としない嫌気性生物(Spinoloricus Cinziaなど)、深部地下において地下水で満たされた岩石、亀裂、帯水層、及び断層の中の微小空間に生息する岩石内生物(cryptoendolith)、少なくとも約0.2Mの塩濃度で増殖する好塩性生物、高温(約80〜122℃)で生息する超好熱性生物(熱水系に見られるものなど)、寒冷砂漠において岩石下に生息する岩石下生物(hypolith)、黄鉄鉱のような還元ミネラル化合物からエネルギーを引き出し、地球化学的な循環において活性な独立栄養生物(Nitrosomonas europaeaなど)、高レベルの溶解重金属(銅、カドミウム、ヒ素、及び亜鉛など)に耐性を示す金属耐性生物、栄養的に限られた環境で増殖する低栄養生物、糖濃度が高い環境で増殖する高濃性生物(osmophile)、高圧で生息する好圧性生物(piezophile)(または好圧性生物(barophile))(海洋または地下の深い位置に見られるものなど)、約−15℃以下の温度で生存、増殖、及び/または繁殖する好冷性生物(psychrophile)/好冷性生物(cryophile)、高レベルの電離放射線に抵抗性を示す放射線抵抗性生物、45〜122℃の温度で生息する好熱性生物、極度に乾燥した条件で増殖することができる好乾性生物が含まれる。多重極限環境微生物は、複数のカテゴリーに入る極限環境微生物であると見なされる生物であり、多重極限環境微生物には、好熱好酸性微生物(70〜80℃の温度及びpH2〜3を好む)が含まれる。古細菌のクレン古細菌門群は、好熱好酸性微生物を含む。   In another embodiment, the sample comprises a sample from an extreme environment, which is an environment that is associated with most life-threatening conditions on earth. Organisms that grow in the extreme environment are called extreme environment microorganisms. The archaebacteria domain includes well-known examples of extreme environment microorganisms, but the eubacteria domain may also have representatives of such microorganisms. Extreme environmental microorganisms include eosinophilic microorganisms that grow at a pH level of 3 or less, alkalophilic microorganisms that grow at a pH level of 9 or more, anaerobic organisms that do not require oxygen for growth (such as Spinoliricus Cinzia), and groundwater in deep underground. Rocks, cracks, aquifers, and cryptoendoliths that inhabit microspaces within faults, halophilic organisms that grow at a salt concentration of at least about 0.2 M, high temperatures (about 80- Extracts energy from hyperthermophilic organisms (e.g., those found in hydrothermal systems) inhabiting at 122 ° C), hypoliths that inhabit under rocks in cold deserts, and reduced mineral compounds such as pyrite, and geochemistry. Autotrophs active in the natural circulation (such as Nitrosomonas europaea), high levels Metal-resistant organisms that are resistant to dissolved heavy metals (such as copper, cadmium, arsenic, and zinc), undernutrition organisms that grow in nutrient-limited environments, and highly-rich organisms that grow in environments with high sugar concentrations ( osmophiles, high pressure piezophiles (or barophiles) (such as those found deep in the ocean or underground), which survive, grow and / or grow at temperatures below about -15 ° C. Or breeding psychrophiles / cryophiles, radioresistant organisms resistant to high levels of ionizing radiation, thermophilic organisms living at temperatures of 45-122 ° C., extremely dry Xerophilic organisms that can grow under defined conditions. Multi-extreme environment microorganisms are organisms that are considered to be extreme-environment microorganisms that fall into more than one category, and include multi-extreme environment microorganisms that are thermophilic and eosinophilic microorganisms (preferably at temperatures of 70-80 ° C. and pH 2-3). included. The archaeon Clen Archaea group includes thermoacidophilic microorganisms.

試料は、1つまたは複数のドメインに由来する微生物を含み得る。例えば、1つの実施形態では、試料は、細菌及び/または真菌(本明細書では細菌株または真菌株とも称される)の不均一集団を含む。本開示の教示内容の追加の用途には、食品、特に発酵食品及び微生物食品(例えば、パン、チーズ、ワイン、ビール、キムチ、コンブチャ、チョコレートなど)における使用が含まれる。   The sample may include microorganisms from one or more domains. For example, in one embodiment, the sample comprises a heterogeneous population of bacteria and / or fungi (also referred to herein as bacterial or fungal strains). Additional applications of the teachings of the present disclosure include use in food products, particularly fermented and microbial food products (eg, bread, cheese, wine, beer, kimchi, kombucha, chocolate, etc.).

試料における1つまたは複数の微生物の存在及び絶対細胞数(例えば、同一または異なる環境から、及び/または複数の時点にわたって取得された複数の試料における1つまたは複数の微生物の絶対細胞数)を決定するための、本明細書で提供される方法では、1つまたは複数の微生物は、任意の型のものであり得る。例えば、1つまたは複数の微生物は、真正細菌ドメイン、古細菌ドメイン、真核生物ドメイン、またはそれらの組み合わせに由来し得る。細菌及び古細菌は、原核生物であり、内部オルガネラを有さない非常に単純な細胞構造を有する。細菌は、グラム陽性/外膜なし、グラム陰性/外膜あり、及び未分類の門に分類することができる。古細菌は、単細胞微生物のドメインまたは界を構成している。視覚的には細菌と同様ではあるものの、古細菌は、真核生物のもの(注目すべきは、転写及び翻訳に関与する酵素)とより密接に関連する遺伝子及びいくつかの代謝経路を有している。古細菌生化学の他の側面は、その細胞膜にエーテル脂質が存在するなど、特有のものである。古細菌は、タウム古細菌門、アイグ古細菌門、クレン古細菌門、及びコル古細菌門という4つの認知された門に分けられる。   Determining the presence and absolute cell number of one or more microorganisms in a sample (eg, the absolute cell number of one or more microorganisms in multiple samples obtained from the same or different environments and / or over multiple time points) In the methods provided herein, the one or more microorganisms can be of any type. For example, the one or more microorganisms can be from an eubacteria domain, an archaea domain, a eukaryote domain, or a combination thereof. Bacteria and archaea are prokaryotes and have a very simple cellular structure with no internal organelles. Bacteria can be classified into Gram-positive / no adventitia, Gram-negative / adventitia, and unclassified phylum. Archaea make up the domain or kingdom of unicellular microorganisms. Although visually similar to bacteria, archaebacteria have genes and several metabolic pathways that are more closely related to those of eukaryotes, notably the enzymes involved in transcription and translation. ing. Other aspects of archaeal biochemistry are unique, such as the presence of ether lipids in the cell membrane. Archaea are divided into four recognized phyla: Taum archaea, Aig archaea, Clen archaea, and Kol archaea.

真核生物のドメインは、真核生物を含んでおり、真核生物は、膜結合型オルガネラ(核など)によって定義される。原生動物は、単細胞真核生物である。動物、植物、及び真菌を含めて、多細胞生物はすべて真核生物である。真核生物は、原生生物界、植物界、菌界、及び動物界という4つの界に分類されている。しかしながら、いくつかの代替分類が存在する。別の分類では、真核生物は、エクスカバータ界(さまざまな鞭毛原生動物)、アメーバ動物界(葉状アメーバ類(lobose amoeboid)及び粘液糸状菌)、オピストコンタ界(動物、真菌、襟鞭毛虫)、リザリア界(有孔虫、放散虫、及びさまざまな他のアメーバ様原生動物)、クロムアルベオラータ界(黄色植物(褐藻、珪藻)、ハプト植物、クリプト植物(またはクリプト藻類)、及びアルベオラータ)、アーケプラスチダ界/一次植物(陸上植物、緑藻、紅藻、及び灰色藻)という6つの界に分けられる。   Eukaryotic domains include eukaryotes, where eukaryotes are defined by membrane-bound organelles (such as nuclei). Protozoa are unicellular eukaryotes. All multicellular organisms, including animals, plants, and fungi, are eukaryotes. Eukaryotes are classified into four kingdoms: Protista, Plant, Fungi, and Animalia. However, there are several alternative classifications. In another class, eukaryotes are of the kingdom Excavata (various flagellates), the kingdoms of Amoeba (lobose amoeboids and myxomycetes), the kingdom of Opisthoconta (animals, fungi, lagoflagellates). , The lithariae (foraminifera, radiolarians, and various other amoebic protozoa), the chromium albeorata (yellow plants (brown algae, diatoms), hapto plants, crypto plants (or crypto algae), and albeolata), arches It is divided into six kingdoms: Plastidae / primary plants (land plants, green algae, red algae, and gray algae).

真核生物のドメイン内では、真菌が微生物コミュニティにおける主たる微生物である。真菌には、微生物(酵母及び糸状菌など)ならびによく知られたキノコが含まれる。真菌細胞は、グルカン及びキチンを含む細胞壁を有しており、このことは、こうした生物に特有の特徴である。真菌は、共通の祖先を共有する関連生物の単一群を形成しており、この群は、真菌類(Eumycota)と呼ばれる。真菌界は、150万種〜500万種と推定されており、これらのうちで正式に分類されているものは約5%である。ほとんどの真菌の細胞は、複数の核を含み得る菌糸と呼ばれる管状の伸長した糸状構造として増殖する。いくつかの種は、出芽または二分裂によって繁殖する単細胞酵母として増殖する。真菌の主要な門(phyla)(門(division)と呼ばれることもある)は、その有性生殖構造の特徴に主に基づいて分類されている。現在、微胞子虫門、ツボカビ門、コウマクキン門、ネオカリマスティクス門、グロムス門、子嚢菌門、及び担子菌門という7つの門が提唱されている。   Within the eukaryotic domain, fungi are the main microorganisms in the microbial community. Fungi include microorganisms such as yeast and filamentous fungi, as well as well-known mushrooms. Fungal cells have a cell wall that contains glucans and chitin, which is a unique feature of such organisms. Fungi form a single group of related organisms that share a common ancestor, and this group is called fungi (Eumycota). The fungal kingdom is estimated to be between 1.5 and 5 million species, of which about 5% are formally classified. Most fungal cells grow as tubular elongated filamentous structures called hyphae that can contain multiple nuclei. Some species grow as unicellular yeasts that propagate by budding or fission. The main fungal phyla (sometimes called the division) has been classified primarily based on the characteristics of its sexual reproductive structure. At present, seven phylums, Microsporidian phylum, Phytolacca, Komakkin, Neocalimastics, Glomus, Ascomycota, and Basidiomycota have been proposed.

本明細書に記載の方法による検出及び定量化の対象となる微生物は、ウイルスでもあり得る。ウイルスは、他の生物の生細胞の内部でのみ複製する小さな感染性病原体である。ウイルスは、真核生物、細菌、及び古細菌のドメインにおけるすべての型の生命体に感染することができる。ウイルス粒子(ビリオンとして知られる)は、(i)DNAまたはRNAであり得る遺伝物質、(ii)こうした遺伝子を保護するタンパク質コート、ならびに場合によっては(iii)それが細胞外に存在するときにタンパク質コートを囲む脂質外被、という2つまたは3つの部分からなる。ウイルスについては、カウドウイルス目、ヘルペスウイルス目、リガメンウイルス目(Ligamenvirale)、モノネガウイルス目、ニドウイルス目、ピコルナウイルス目、及びティモウイルス目という7つの目が確立されている。ウイルスゲノムは、一本鎖(ss)または二本鎖(ds)、RNAまたはDNAであり得、ウイルスゲノムにおいては、逆転写酵素(RT)が使用されることも使用されないこともあり得る。さらに、ssRNAウイルスは、センス(+)またはアンチセンス(−)であり得る。この分類では、ウイルスは、I:dsDNAウイルス(アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルスなど)、II:(+)ssDNAウイルス(パルボウイルスなど)、III:dsRNAウイルス(レオウイルスなど)、IV:(+)ssRNAウイルス(ピコルナウイルス、トガウイルスなど)、V:(−)ssRNAウイルス(オルソミクソウイルス、ラブドウイルスなど)、VI:生活環においてDNA中間体を伴う(+)ssRNA−RTウイルス(レトロウイルスなど)、VII:dsDNA−RTウイルス(ヘパドナウイルスなど)という7つの群に分けられる。   The microorganism to be detected and quantified by the methods described herein can also be a virus. Viruses are small infectious agents that replicate only inside living cells of other organisms. Viruses can infect all types of organisms in eukaryotic, bacterial, and archaeal domains. Viral particles (known as virions) contain (i) genetic material, which can be DNA or RNA, (ii) a protein coat that protects such genes, and optionally (iii) proteins when they are extracellular. It consists of two or three parts, a lipid mantle surrounding the coat. With regard to viruses, seven orders have been established: the orders Caudidae, Herpesviruses, Rigamenvirale, Mononegaviruses, Nidoviruses, Picornaviruses, and Timoviruses. The viral genome can be single-stranded (ss) or double-stranded (ds), RNA or DNA, and in the viral genome, reverse transcriptase (RT) may or may not be used. Further, ssRNA viruses can be sense (+) or antisense (-). In this classification, viruses are: I: dsDNA virus (adenovirus, herpes virus, poxvirus, etc.), II: (+) ssDNA virus (parvovirus, etc.), III: dsRNA virus (reovirus, etc.), IV: (+ ) SsRNA virus (picornavirus, togavirus, etc.), V: (−) ssRNA virus (orthomyxovirus, rhabdovirus, etc.), VI: (+) ssRNA-RT virus (retrovirus) with DNA intermediate in life cycle VII: dsDNA-RT virus (such as hepadnavirus).

本明細書に記載の方法による検出及び定量化の対象となる微生物は、ウイロイドでもあり得る。ウイロイドは、知られる中で最小の感染性病原体であり、タンパク質コートなしの一本鎖RNAである環状短鎖のみからなる。ウイロイドは、ほとんどが植物病原体であり、そのいくつかは、経済観点から重要なものである。ウイロイドゲノムは、サイズが極端に小さく、約246〜約467の範囲の核酸塩基を有する。   The microorganism to be detected and quantified by the methods described herein can also be a viroid. Viroids are the smallest infectious pathogens known and consist solely of circular short strands of single-stranded RNA without a protein coat. Viroids are mostly plant pathogens, some of which are important from an economic point of view. The viroid genome is extremely small in size, having nucleobases ranging from about 246 to about 467.

本明細書で提供される方法によれば、試料は、試料における1つまたは複数の微生物型の存在が検出されるように処理される(図1B、1001;図2、2001)。試料における1つまたは複数の微生物生物型の絶対数が決定される(図1B、1002;図2、2002)。1つまたは複数の生物型の存在の決定と、少なくとも1つの生物型の絶対数の決定と、は平行して実施するか、または連続して実施することができる。例えば、細菌(すなわち、1つの微生物型)及び真菌(すなわち、第2の微生物型)を含む微生物コミュニティを含む試料の場合、1つの実施形態では、試料におけるこれらの生物型のうちの一方または両方の存在がユーザーによって検出される(図1B、1001;図2、2001)。別の実施形態では、試料における少なくとも1つの生物型の絶対数(この例の場合、試料における細菌、真菌、またはそれらの組み合わせの数)がユーザーによって決定される(図1B、1002;図2、2002)。   According to the methods provided herein, a sample is processed such that the presence of one or more microbial types in the sample is detected (FIG. 1B, 1001; FIG. 2, 2001). The absolute number of one or more microbial biotypes in the sample is determined (FIG. 1B, 1002; FIG. 2, 2002). Determining the presence of one or more biotypes and determining the absolute number of at least one biotype can be performed in parallel or sequentially. For example, for a sample that includes a microbial community that includes bacteria (ie, one microbial type) and fungi (ie, a second microbial type), in one embodiment, one or both of these biotypes in the sample Is detected by the user (FIG. 1B, 1001; FIG. 2, 2001). In another embodiment, the absolute number of at least one biotype in the sample (in this case, the number of bacteria, fungi, or a combination thereof in the sample) is determined by the user (FIGS. 1B, 1002; FIG. 2, FIG. 2002).

1つの実施形態では、試料またはその一部がフローサイトメトリー(FC)分析に供されることで、1つまたは複数の微生物型の存在及び/または数が検出される(図1B、1001、1002;図2、2001、2002)。フローサイトメーターによる1つの実施形態では、個々の微生物細胞は、少なくとも約300個/秒、または少なくとも約500個/秒、または少なくとも約1000個/秒の速度でイルミネーションゾーンを通過する。しかしながら、この速度は、利用機器の型に応じて異なり得ることを認識されよう。電子的にゲートされる検出器によって、散乱光の程度を示すパルスの大きさが測定される。こうしたパルスの大きさが「ビン」または「チャネル」へと電子的に選別されることで、ある特定の定量的な特性(例えば、細胞の染色特性、直径、細胞膜)を有する細胞の数を、チャネル番号に対してヒストグラム表示することが可能になる。そのような分析によって、それぞれの「ビン」における細胞数を決定することが可能になり、こうした「ビン」は、本明細書に記載の実施形態では、「微生物型」ビン(例えば、細菌、真菌、線形動物、原生動物、古細菌、藻類、渦鞭毛藻類、ウイルス、ウイロイドなど)である。   In one embodiment, the sample or a portion thereof is subjected to flow cytometry (FC) analysis to detect the presence and / or number of one or more microbial types (FIGS. 1B, 1001, 1002). FIG. 2, 2001, 2002). In one embodiment with a flow cytometer, individual microbial cells pass through the illumination zone at a rate of at least about 300 cells / second, or at least about 500 cells / second, or at least about 1000 cells / second. However, it will be appreciated that this speed may vary depending on the type of equipment utilized. An electronically gated detector measures the magnitude of the pulse, which is indicative of the degree of scattered light. By electronically sorting the magnitude of these pulses into “bins” or “channels,” the number of cells with certain quantitative characteristics (eg, cell staining characteristics, diameter, cell membrane) can be determined. A histogram can be displayed for the channel number. Such analysis allows one to determine the number of cells in each “bin”, which in the embodiments described herein are “microbial” bins (eg, bacteria, fungi). , Nematodes, protozoa, archaebacteria, algae, dinoflagellates, viruses, viroids, etc.).

1つの実施形態では、試料は、1つまたは複数の蛍光色素で染色され(蛍光色素は、特定の微生物型に特異的である)、この染色によって、フローサイトメーターまたは蛍光を利用する何らかの他の検出方法及び定量化方法(蛍光顕微鏡法など)を介して検出することが可能になる。この方法によって、試料における所与の生物型の細胞数及び/または細胞体積を定量化することができる。別の実施形態では、本明細書に記載のように、フローサイトメトリーを利用することで、生物型の特有の第1のマーカー及び/または特有の第2のマーカー(酵素の発現、細胞表面タンパク質の発現など)の存在及び量が決定される。変数が2つまたは3つのヒストグラムまたは等高線図(例えば、光散乱と細胞膜染色に由来する蛍光と(タンパク質染色またはDNA染色に由来する蛍光と)を対比したもの)を生成することもできるため、集団全体における細胞間のさまざまな目的特性の分布の印象を得ることができる。そのような多パラメータのフローサイトメトリーデータを多く表示することは、一般的に行われることであり、本明細書に記載の方法での使用に適している。   In one embodiment, the sample is stained with one or more fluorescent dyes (the fluorescent dyes are specific for a particular microbial type), which results in a flow cytometer or some other fluorescence-based method. It is possible to detect via detection methods and quantification methods (such as fluorescence microscopy). By this method, the cell number and / or cell volume of a given biotype in a sample can be quantified. In another embodiment, as described herein, the use of flow cytometry to determine a unique first marker and / or a unique second marker for a biotype (enzyme expression, cell surface protein The presence and amount of (eg, the expression of) are determined. The population can also be generated because the variables can produce two or three histograms or contour plots (eg, light scattering versus fluorescence from cell membrane staining versus fluorescence from protein or DNA staining). An impression of the distribution of various target properties between cells throughout can be obtained. Displaying many such multi-parameter flow cytometry data is a common practice and is suitable for use in the methods described herein.

1つまたは複数の微生物型の存在及び数を検出するために試料を処理する実施形態の1つでは、顕微鏡法が利用される(図1B、1001、1002)。1つの実施形態では、顕微鏡法は、光学顕微鏡法であり、小さな試料の画像を拡大するために可視光及びレンズ系が使用される。デジタル画像は、電荷結合素子(CCD)カメラによって記録することができる。他の顕微鏡手法には、限定はされないが、走査型電子顕微鏡法及び透過型電子顕微鏡法が含まれる。微生物型は、本明細書で提供される態様に従って可視化及び定量化される。   In one embodiment of processing a sample to detect the presence and number of one or more microbial types, microscopy is utilized (FIGS. 1B, 1001, 1002). In one embodiment, the microscopy is optical microscopy, where visible light and a lens system are used to magnify the image of a small sample. Digital images can be recorded by charge coupled device (CCD) cameras. Other microscopy techniques include, but are not limited to, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Microbial types are visualized and quantified according to the aspects provided herein.

本開示の別の実施形態では、1つまたは複数の微生物型の存在及び数を検出するために、各試料またはその一部が蛍光顕微鏡法に供される。異なる蛍光色素を使用することで、試料における細胞を直接的に染色し、落射蛍光顕微鏡ならびに上記のフローサイトメトリーを使用して細胞総数を定量化することができる。微生物の定量化に有用な色素には、限定はされないが、アクリジンオレンジ(AO)、4,6−ジ−アミノ−2フェニルインドール(DAPI)、及び5−シアノ−2,3ジトリルテトラゾリウムクロリド(CTC)が含まれる。生細胞は、生死判定染色方法によって推定することができ、こうした生死判定染色方法は、緑色蛍光のSYTO9(商標)色素(すべての膜を透過する)及び赤色蛍光のヨウ化プロピジウム(PI)色素(損傷膜を有する細胞を透過する)という2つの核酸染色剤を含むLIVE/DEAD(登録商標)細菌生死判定キット(Bac−Light(商標))などである。したがって、膜に損傷がある細胞は赤色に染まることになり、一方、膜に損傷のない細胞は緑色に染まることになる。蛍光インサイチュハイブリダイゼーション法(FISH)は、落射蛍光顕微鏡法を進展させたものであり、特定生物の迅速な検出及び計数を可能にするものである。FISHでは、試料における生物DNAに特異的に結合する蛍光標識オリゴヌクレオチドプローブ(通常15〜25塩基対)が使用され、落射蛍光顕微鏡または共焦点レーザー走査型顕微鏡(CLSM)を使用して細胞を可視化することが可能になる。レポーター沈着触媒蛍光インサイチュハイブリダイゼーション法(Catalyzed reporter deposition fluorescence in situ hybridization)(CARD−FISH)では、試験対象微生物から得られるシグナルの強度を増幅するために西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)で標識されたオリゴヌクレオチドプローブを使用することによってFISH法が改良されている。FISHを他の手法と組み合わせることで微生物コミュニティを特徴付けることができる。1つの複合手法は、高親和性ペプチド核酸(PNA)−FISHであり、この手法では、プローブが細胞外高分子物質(EPS)マトリックスを透過する能力が増強されている。別の例は、細胞生死判定キットとFISHとが組み合わさったLIVE/DEAD−FISHであり、この手法は、飲料水配水系における消毒効率の評価に使用されている。   In another embodiment of the present disclosure, each sample or a portion thereof is subjected to fluorescence microscopy to detect the presence and number of one or more microbial types. By using different fluorescent dyes, cells in the sample can be stained directly and the total number of cells quantified using epi-fluorescence microscopy as well as flow cytometry as described above. Dyes useful for microbial quantification include, but are not limited to, acridine orange (AO), 4,6-di-amino-2phenylindole (DAPI), and 5-cyano-2,3 ditolyltetrazolium chloride ( CTC). Live cells can be estimated by viability staining methods, which include a green fluorescent SYTO9 ™ dye (permeating all membranes) and a red fluorescent propidium iodide (PI) dye ( LIVE / DEAD (registered trademark) bacterial viability determination kit (Bac-Light (registered trademark)) containing two nucleic acid stains (permeating cells having damaged membranes). Thus, cells with damaged membranes will stain red, while cells without damaged membrane will stain green. Fluorescence in situ hybridization (FISH) is an extension of epi-fluorescence microscopy, which allows for the rapid detection and counting of specific organisms. FISH uses fluorescently labeled oligonucleotide probes (typically 15-25 base pairs) that specifically bind to biological DNA in a sample, and visualizes cells using an epi-fluorescence microscope or confocal laser scanning microscope (CLSM) It becomes possible to do. In the reporter deposition catalyst fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH), horseradish peroxidase (HRP) labeled with horseradish peroxidase was used to amplify the intensity of the signal obtained from the microorganism to be tested. The use of probes has improved the FISH method. FISH can be combined with other approaches to characterize microbial communities. One multiplex approach is the high affinity peptide nucleic acid (PNA) -FISH, which enhances the ability of the probe to penetrate an extracellular polymer (EPS) matrix. Another example is LIVE / DEAD-FISH, a combination of a cell viability determination kit and FISH, which has been used to evaluate disinfection efficiency in drinking water distribution systems.

別の実施形態では、各試料またはその一部は、微生物型の存在及び少なくとも1つの微生物型の絶対数を決定するために顕微ラマン分光法に供される(図1B、1001〜1002;図2、2001〜2002)。顕微ラマン分光法は、単一細胞ラマンスペクトル(SCRS)を検出及び測定することを可能にする非破壊かつ無標識の技術である。典型的なSCRSでは、単一細胞の固有の生化学的「フィンガープリント」が得られる。SCRSは、その中に生体分子(核酸、タンパク質、糖質、及び脂質を含む)の情報を豊富に含んでおり、これによって、異なる細胞種、生理学的変化、及び細胞表現型を特徴付けることが可能になる。ラマン顕微鏡法では、異なる細胞バイオマーカーの化学結合によるレーザー光の散乱が調べられる。SCRSは、1つの単一細胞におけるすべての生体分子のスペクトルの総和であり、細胞の表現型プロファイルを示す。細胞表現型は、遺伝子発現の結果としてのものであり、通常は遺伝子型を反映する。したがって、同一の増殖条件の下では、異なる微生物型からは、その遺伝子型の差異に対応する明確に異なるSCRSが得られるため、異なる微生物型をそのラマンスペクトルによって同定することができる。   In another embodiment, each sample or portion thereof is subjected to micro-Raman spectroscopy to determine the presence of the microbial type and the absolute number of at least one microbial type (FIGS. 1B, 1001-1002; FIG. 2). , 2001-2002). Micro-Raman spectroscopy is a non-destructive, label-free technique that allows the detection and measurement of single-cell Raman spectra (SCRS). A typical SCRS provides a unique biochemical “fingerprint” of a single cell. SCRS contains a wealth of information on biomolecules (including nucleic acids, proteins, carbohydrates, and lipids) that can characterize different cell types, physiological changes, and cellular phenotypes become. Raman microscopy examines the scattering of laser light by the chemical bonds of different cell biomarkers. SCRS is the sum of the spectra of all biomolecules in one single cell and indicates the phenotypic profile of the cell. Cellular phenotype is the result of gene expression and usually reflects genotype. Thus, under the same growth conditions, different microbial types can be identified by their Raman spectra, since distinct microbial types yield distinctly different SCRS corresponding to their genotypic differences.

さらに別の実施形態では、試料またはその一部は、微生物型の存在及び少なくとも1つの微生物型の数を決定するために遠心分離に供される(図1B、1001〜1002;図2、2001〜2002)。この処理は、遠心分離機によって創出される遠心力を使用することによって不均一混合物を沈降させるものである。混合物の高密度成分は遠心分離機の軸から遠ざかって移動する一方で、混合物の低密度成分は軸に向かって移動する。遠心分離によって、細胞質部分、膜部分、及び細胞外部分へと試料を分画することが可能になる。目的の生物学的分子の局在情報を決定するためにも遠心分離を使用できる。さらに、全微生物コミュニティDNAの分画にも遠心分離を使用することができる。異なる原核生物群は、DNAにおけるそのグアニン+シトシン(G+C)含量が異なるため、G+C含量に基づく密度勾配遠心分離は、生物型、及びそれぞれの型と関連する細胞の数を識別するための方法である。この手法では、全コミュニティDNAの分画プロファイルが得られ、G+C含量の関数としてDNAの存在量が示される。全コミュニティDNAは、高度に精製された画分へと物理的に分離され、それぞれの画分は、G+C含量が異なることを示しており、当該画分を、追加の分子手法(変性剤濃度勾配ゲル電気泳動(DGGE)/増幅リボソームDNA制限酵素分析(amplified ribosomal DNA restriction analysis)(ARDRA)(本明細書の議論を参照のこと)など)によって分析することで、全微生物コミュニティの多様性及び1つまたは複数の微生物型の存在/量を評価することができる。   In yet another embodiment, the sample or a portion thereof is subjected to centrifugation to determine the presence of a microbial type and the number of at least one microbial type (FIGS. 1B, 1001-1002; FIGS. 2, 2001-1). 2002). This process sediments the heterogeneous mixture by using the centrifugal force created by the centrifuge. The high density component of the mixture moves away from the axis of the centrifuge, while the low density component of the mixture moves toward the axis. Centrifugation allows fractionation of the sample into cytoplasmic, membrane and extracellular portions. Centrifugation can also be used to determine the localization information of a biological molecule of interest. In addition, centrifugation can also be used to fractionate total microbial community DNA. Because different prokaryotes differ in their guanine + cytosine (G + C) content in DNA, density gradient centrifugation based on G + C content is a method for identifying biotypes and the number of cells associated with each type. is there. In this approach, a fractional profile of the total community DNA is obtained, indicating the abundance of the DNA as a function of the G + C content. Total community DNA was physically separated into highly purified fractions, each showing a different G + C content, and the fractions were combined with additional molecular techniques (denaturing gradients). Analysis by gel electrophoresis (DGGE) / amplified ribosomal DNA restriction analysis (ARDRA) (see discussion herein), and the like, allows the diversity and 1 The presence / amount of one or more microbial types can be assessed.

別の実施形態では、試料またはその一部は、微生物型の存在及び少なくとも1つの微生物型の数を決定するために染色に供される(図1B、1001〜1002;図2、2001〜2002)。染色剤及び色素を使用することで、生物学的組織、細胞、または細胞内オルガネラを可視化することができる。染色を顕微鏡法、フローサイトメトリー、またはゲル電気泳動と併用することで、異なる微生物型に特有の細胞または生物学的分子を可視化またはマークすることができる。インビボ染色は、生存組織の染色処理である一方で、インビトロ染色では、その生物学的状況から取り出された細胞または構造が染色される。本明細書に記載の方法で使用するための特定の染色手法の例には、限定はされないが、細菌のグラム状態を決定するためのグラム染色、内生胞子の存在を同定するための内生胞子染色、チール・ネールゼン染色、組織の薄切片を調べるためのヘマトキシリン及びエオシン染色、体のさまざまな分泌液に由来する細胞試料を調べるためのパパニコロウ染色、糖質の過ヨウ素酸・シッフ染色、細胞を周囲結合組織と区別するために三色染色プロトコールを利用するマッソントリクローム、血液または骨髄試料を調べるためのロマノフスキー染色(またはライト染色、ジェンナー染色、メイ・グリュンワルド溶液、リーシュマン染色、及びギムザ染色を含む一般的な変法)、タンパク質及びDNAを明らかにするための銀染色、脂質のためのズダン染色、ならびに真の内生胞子を検出するためのコンクリン染色(Conklin’s staining)が含まれる。一般的な生物学的染色剤には、細胞周期を決定するためのアクリジンオレンジ、酸性ムチンのためのビスマルクブラウン、グリコーゲンのためのカルミン、核のためのカルミンアルミニウム、タンパク質のためのクマシーブルー、神経細胞質の酸性成分のためのクレシルバイオレット、細胞壁のためのクリスタルバイオレット、核のためのDAPI、細胞質物質、細胞膜、いくつかの細胞外構造、及び赤血球のためのエオシン、DNAのための臭化エチジウム、コラーゲン、平滑筋、またはミトコンドリアのための酸性フクシン、核のためのヘマトキシリン、DNAのためのヘキスト染色剤、デンプンのためのヨウ素、細菌(ヒメネス染色手法の場合)及び胞子のためのマラカイトグリーン、クロマチンのためのメチルグリーン、動物細胞のためのメチレンブルー、ニッスル物質のためのニュートラルレッド、核のためのナイルブルー、親油性物質のためのナイルレッド、脂質のための四酸化オスミウム、蛍光顕微鏡法において使用されるローダミン、核のためのサフラニンが含まれる。染色剤は、コントラストを強調するために透過型電子顕微鏡法においても使用され、こうした染色剤には、リンタングステン酸、四酸化オスミウム、四酸化ルテニウム、モリブデン酸アンモニウム、ヨウ化カドミウム、カルボヒドラジド、塩化第二鉄、ヘキサミン、三塩化インジウム、硝酸ランタン、酢酸鉛、クエン酸鉛、硝酸鉛(II)、過ヨウ素酸、リンモリブデン酸、フェリシアン化カリウム、フェロシアン化カリウム、ルテニウムレッド、硝酸銀、タンパク銀、塩化金酸ナトリウム、硝酸タリウム、チオセミカルバジド、酢酸ウラニル、硝酸ウラニル、及び硫酸バナジルが含まれる。   In another embodiment, a sample, or a portion thereof, is subjected to staining to determine the presence of a microbial type and the number of at least one microbial type (FIG. 1B, 1001-1002; FIG. 2, 2001-2002). . The use of stains and dyes allows the visualization of biological tissues, cells, or intracellular organelles. Staining can be used in conjunction with microscopy, flow cytometry, or gel electrophoresis to visualize or mark cells or biological molecules that are unique to different microbial types. In vivo staining is the process of staining living tissue, while in vitro staining stains cells or structures that have been removed from their biological context. Examples of specific staining techniques for use in the methods described herein include, but are not limited to, Gram stain to determine the gram status of bacteria, endogenous endospores to identify the presence of endospores. Spore staining, Thiel-Neelsen staining, hematoxylin and eosin staining for examining thin sections of tissue, papanicolaou staining for examining cell samples derived from various secretions of the body, periodic acid-Schiff staining of carbohydrates, cells Masson trichrome using a three-color staining protocol to distinguish the cells from surrounding connective tissue, Romanovsky staining (or Wright staining, Jenner staining, May-Grunwald solution, Leishmann staining, and Giemsa staining for examining blood or bone marrow samples) Common variants including staining), silver staining to reveal proteins and DNA, sudan for lipids Color, and Conklin staining (Conklin's staining) to detect the true endospores include. Common biological stains include acridine orange for determining cell cycle, bismark brown for acid mucin, carmine for glycogen, carmine aluminum for nuclei, coomassie blue for proteins, nerves Cresyl violet for the acidic components of the cytoplasm, crystal violet for the cell wall, DAPI for the nucleus, cytoplasmic material, cell membrane, some extracellular structures, and eosin for erythrocytes, ethidium bromide for DNA Acid fuchsin for collagen, smooth muscle or mitochondria, hematoxylin for nuclei, Hoechst stain for DNA, iodine for starch, malachite green for bacteria (for Jimenez staining procedure) and spores, Methyl green for chromatin, animal cells Methylene blue, neutral red for Nissl material, Nile blue for nucleus, Nile red for lipophilic material, osmium tetroxide for lipids, rhodamine used in fluorescence microscopy, safranine for nucleus Is included. Stains are also used in transmission electron microscopy to enhance contrast, such as phosphotungstic acid, osmium tetroxide, ruthenium tetroxide, ammonium molybdate, cadmium iodide, carbohydrazide, chloride Ferric, hexamine, indium trichloride, lanthanum nitrate, lead acetate, lead citrate, lead (II) nitrate, periodate, phosphomolybdic acid, potassium ferricyanide, potassium ferrocyanide, ruthenium red, silver nitrate, silver protein silver, gold chloride Includes sodium acid, thallium nitrate, thiosemicarbazide, uranyl acetate, uranyl nitrate, and vanadyl sulfate.

別の実施形態では、試料またはその一部は、微生物型の存在及び少なくとも1つの微生物型の数を決定するために質量分析(MS)に供される(図1B、1001〜1002;図2、2001〜2002)。MSは、以下に議論されるように、試料における1つまたは複数の特有のマーカーの存在及び発現を検出するためにも使用することができる(図1B、1003〜1004;図2、2003〜2004)。MSを使用することで、例えば、微生物型に特有のタンパク質及び/またはペプチドマーカーの存在及び量が検出されるため、試料におけるそれぞれの微生物型の数が評価される。定量化は、安定同位体標識を用いて実施するか、または標識を用いずに実施することができる。ペプチドのデノボシークエンシングは、MS/MSスペクトルから直接的に実施するか、または配列タグ付け(データベースに対して一致し得る短いタグを得る)を行っても実施することができる。MSは、タンパク質の翻訳後修飾を明らかにし、代謝物を同定することもできる。MSをクロマトグラフィー手法及び他の分離手法(ガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動、イオン移動度など)と併用することで、質量の分解能及び決定能を高めることができる。   In another embodiment, the sample or a portion thereof is subjected to mass spectrometry (MS) to determine the presence of the microbial type and the number of at least one microbial type (FIGS. 1B, 1001-1002; FIG. 2001-2002). MS can also be used to detect the presence and expression of one or more unique markers in a sample, as discussed below (FIG. 1B, 1003-1004; FIG. 2, 2003-2004). ). Using MS, for example, the presence and amount of protein and / or peptide markers specific to a microbial type are detected, so that the number of each microbial type in the sample is assessed. Quantification can be performed with a stable isotope label or without a label. De novo sequencing of peptides can be performed directly from MS / MS spectra, or with sequence tagging (to obtain short tags that can be matched against a database). MS can reveal post-translational modifications of proteins and also identify metabolites. The MS can be used in combination with chromatography techniques and other separation techniques (gas chromatography, liquid chromatography, capillary electrophoresis, ion mobility, etc.) to increase mass resolution and determinability.

別の実施形態では、試料またはその一部は、微生物型の存在及び少なくとも1つの微生物型の数を決定するために脂質分析に供される(図1B、1001〜1002;図2、2001〜2002)。脂肪酸は、細胞バイオマスに比較的一定の比率で存在しており、コミュニティ内の微生物型を区別することができるシグネチャー脂肪酸が微生物細胞には存在する。1つの実施形態では、脂肪酸は、鹸化した後、誘導体化してそれぞれの脂肪酸メチルエステル(FAME)を得ることによって抽出され、その後、FAMEは、ガスクロマトグラフィーによって分析される。次に、1つの実施形態では、FAMEプロファイルが参照FAMEデータベースと比較されることで、多変量統計解析によって脂肪酸及びその対応微生物シグネチャーが同定される。   In another embodiment, a sample or a portion thereof is subjected to lipid analysis to determine the presence of a microbial type and the number of at least one microbial type (FIGS. 1B, 1001-1002; FIG. 2, 2001-2002). ). Fatty acids are present in cell biomass in relatively constant proportions, and microbial cells have signature fatty acids that can distinguish microbial types within a community. In one embodiment, the fatty acids are saponified and then extracted by derivatization to obtain the respective fatty acid methyl ester (FAME), after which the FAME is analyzed by gas chromatography. Next, in one embodiment, the FAME profile is compared to a reference FAME database to identify fatty acids and their corresponding microbial signatures by multivariate statistical analysis.

本明細書で提供される方法の態様では、試料またはその一部(例えば、試料の一定分量)における特有の第1のマーカーの数、ならびに特有の第1のマーカーのそれぞれの量が測定される(図1B、1003;図2、2003)。特有のマーカーは、微生物株のマーカーである。探索及び測定の対象となる特有のマーカーによっては試料全体を分析する必要はないことを理解されよう。例えば、特有のマーカーが細菌株に特有のものであれば、試料の真菌部分を分析する必要はない。上記のように、いくつかの実施形態では、試料における1つまたは複数の生物型の絶対細胞数の測定は、生物型によって試料を分離すること(例えば、フローサイトメトリーを介して実施される)を含む。   In aspects of the methods provided herein, the number of unique first markers in a sample or a portion thereof (eg, an aliquot of a sample) is determined, as well as the amount of each of the unique first markers. (FIG. 1B, 1003; FIG. 2, 2003). The unique marker is that of a microbial strain. It will be appreciated that it is not necessary to analyze the entire sample depending on the particular marker being searched and measured. For example, if the unique marker is unique to a bacterial strain, it is not necessary to analyze the fungal portion of the sample. As noted above, in some embodiments, determining the absolute cell number of one or more biotypes in a sample comprises separating the samples by biotype (eg, performed via flow cytometry). including.

本明細書では、生物株に特有の任意のマーカーを利用することができる。例えば、マーカーには、限定はされないが、小サブユニットリボソームRNA遺伝子(16S/18S rDNA)、大サブユニットリボソームRNA遺伝子(23S/25S/28S rDNA)、介在5.8S遺伝子、チトクロムc酸化酵素、ベータ−チューブリン、伸長因子、RNAポリメラーゼ、及び内部転写スペーサー(ITS)が含まれ得る。   As used herein, any marker specific to a biological strain can be utilized. For example, markers include, but are not limited to, small subunit ribosomal RNA gene (16S / 18S rDNA), large subunit ribosomal RNA gene (23S / 25S / 28S rDNA), intervening 5.8S gene, cytochrome c oxidase, Beta-tubulin, elongation factors, RNA polymerase, and internal transcription spacer (ITS) can be included.

リボソームRNA遺伝子(rDNA)、特に小サブユニットリボソームRNA遺伝子(すなわち、真核生物の場合は18S rRNA遺伝子(18S rDNA)であり、原核生物の場合は、16S rRNA(16S rDNA)である)は、微生物コミュニティにおける生物型及び株を評価する上で主たる標的となっている。しかしながら、大サブユニットリボソームRNA遺伝子(28S rDNA)もまた、標的とされている。rDNAは、分類学的な同定に適したものであり、この理由は、(i)既知生物のすべてにrDNAが普遍的に存在すること、(ii)保存領域と可変領域との両方をrDNAが有すること、(iii)比較に利用可能なrDNA配列のデータベースが指数関数的に充実してきていること、によるものである。試料のコミュニティ解析では、保存領域は、対応するユニバーサルPCRプライマー及び/またはシークエンシングプライマーのためのアニーリング部位として役立ち、一方、可変領域は、系統発生学的な差異を明らかにするために使用することができる。さらに、細胞におけるrDNAのコピー数が多いことも、環境試料からの検出を容易にしている。   The ribosomal RNA gene (rDNA), particularly the small subunit ribosomal RNA gene (ie, 18S rRNA gene for eukaryotes (18S rDNA) and 16S rRNA for prokaryotes (16S rDNA)) It has been a major target for assessing biotypes and strains in the microbial community. However, the large subunit ribosomal RNA gene (28S rDNA) has also been targeted. rDNA is suitable for taxonomic identification because (i) the rDNA is universally present in all known organisms, and (ii) it contains both conserved and variable regions. (Iii) that the database of rDNA sequences available for comparison has been expanded exponentially. In sample community analysis, conserved regions serve as annealing sites for the corresponding universal PCR primers and / or sequencing primers, while variable regions may be used to account for phylogenetic differences. Can be. Furthermore, the high copy number of rDNA in cells also facilitates detection from environmental samples.

内部転写スペーサー(ITS)は、18S rDNAと28S rDNAとの間に位置するものであり、ITSもまた、標的とされている。ITSは、転写はされるものの、リボソームの構築前にスプライシングを受けて除去される。ITS領域は、ITS1及びITS2という2つの高度に可変なスペーサーと、介在5.8S遺伝子と、から構成される。ゲノムには、このrDNAオペロンのコピーが複数存在する。ITS領域は、リボソームの構成要素をコードしないため、高度に可変である。   An internal transcribed spacer (ITS) is located between 18S and 28S rDNA, and ITS has also been targeted. Although ITS is transcribed, it is spliced and removed before ribosome assembly. The ITS region is composed of two highly variable spacers, ITS1 and ITS2, and an intervening 5.8S gene. There are multiple copies of this rDNA operon in the genome. The ITS region is highly variable since it does not encode ribosome components.

1つの実施形態では、特有のRNAマーカーは、mRNAマーカー、siRNAマーカー、またはリボソームRNAマーカーであり得る。   In one embodiment, the unique RNA marker can be an mRNA marker, an siRNA marker, or a ribosomal RNA marker.

タンパク質をコードする機能遺伝子もまた、特有の第1のマーカーとして本明細書で使用することができる。そのようなマーカーには、限定はされないが、リコンビナーゼA遺伝子ファミリー(細菌のRecA、古細菌のRadA及びRadB、真核生物のRad51及びRad57、ファージのUvsX)、RNAポリメラーゼβサブユニット(RpoB)遺伝子(転写の開始及び伸長を担う)、シャペロニンが含まれる。候補マーカー遺伝子もまた、細菌+古細菌に対するものが同定されている:リボソームタンパク質S2(rpsB)、リボソームタンパク質S10(rpsJ)、リボソームタンパク質L1(rplA)、翻訳伸長因子EF−2、翻訳開始因子IF−2、メタロエンドペプチダーゼ、リボソームタンパク質L22、ffh シグナル認識粒子タンパク質、リボソームタンパク質L4/L1e(rplD)、リボソームタンパク質L2(rplB)、リボソームタンパク質S9(rpsI)、リボソームタンパク質L3(rplC)、フェニルアラニルtRNAシンテターゼベータサブユニット、リボソームタンパク質L14b/L23e(rplN)、リボソームタンパク質S5、リボソームタンパク質S19(rpsS)、リボソームタンパク質S7、リボソームタンパク質L16/L10E(rplP)、リボソームタンパク質S13(rpsM)、フェニルアラニルtRNAシンテターゼαサブユニット、リボソームタンパク質L15、リボソームタンパク質L25/L23、リボソームタンパク質L6(rplF)、リボソームタンパク質L11(rplK)、リボソームタンパク質L5(rplE)、リボソームタンパク質S12/S23、リボソームタンパク質L29、リボソームタンパク質S3(rpsC)、リボソームタンパク質S11(rpsK)、リボソームタンパク質L10、リボソームタンパク質S8、tRNAプソイドウリジンシンターゼB、リボソームタンパク質L18P/L5E、リボソームタンパク質S15P/S13e、ポルフォビリノーゲンデアミナーゼ、リボソームタンパク質S17、リボソームタンパク質L13(rplM)、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシクロ−リガーゼ(rpsE)、リボヌクレアーゼHII、及びリボソームタンパク質L24。細菌に対する他の候補マーカー遺伝子には、転写伸長タンパク質NusA(nusA)、rpoB DNA依存性RNAポリメラーゼサブユニットベータ(rpoB)、GTP結合タンパク質EngA、rpoC DNA依存性RNAポリメラーゼサブユニットベータ’、priA プライモソーム集合タンパク質、転写共役修復因子、CTPシンターゼ(pyrG)、secY タンパク質前駆体トランスロカーゼサブユニットSecY、GTP結合タンパク質Obg/CgtA、DNAポリメラーゼI、rpsF 30Sリボソームタンパク質S6、poA DNA依存性RNAポリメラーゼサブユニットアルファ、ペプチド鎖終結因子1、rplI 50Sリボソームタンパク質L9、ポリリボヌクレオチドヌクレオチジルトランスフェラーゼ、tsf 伸長因子Ts(tsf)、rplQ 50Sリボソームタンパク質L17、tRNA(グアニン−N(1)−)−メチルトランスフェラーゼ(rplS)、rplY 推定50Sリボソームタンパク質L25、DNA修復タンパク質RadA、グルコース阻害分裂タンパク質A、リボソーム結合因子A、DNAミスマッチ修復タンパク質MutL、smpB SsrA−結合タンパク質(smpB)、N−アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ、S−アデノシル−メチルトランスフェラーゼMraW、UDP−N−アセチルムラモイルアラニン−−D−グルタミン酸リガーゼ、rplS 50Sリボソームタンパク質L19、rplT 50Sリボソームタンパク質L20(rplT)、ruvA ホリデイジャンクションDNAヘリカーゼ、ruvB ホリデイジャンクションDNAヘリカーゼB、serS セリルtRNAシンテターゼ、rplU 50Sリボソームタンパク質L21、rpsR 30Sリボソームタンパク質S18、DNAミスマッチ修復タンパク質MutS、rpsT 30Sリボソームタンパク質S20、DNA修復タンパク質RecN、frr リボソームリサイクリング因子(frr)、組換えタンパク質RecR、機能未知タンパク質UPF0054、miaA tRNAイソペンテニルトランスフェラーゼ、GTP結合タンパク質YchF、染色体複製開始タンパク質DnaA、デホスホCoAキナーゼ、16S rRNAプロセシングタンパク質RimM、ATP−コーン(cone)ドメインタンパク質、1−デオキシ−D−キシルロース5−リン酸レダクトイソメラーゼ、2C−メチル−D−エリスリトール2,4−シクロ二リン酸シンターゼ、脂肪酸/リン脂質合成タンパク質PlsX、tRNA(Ile)−ライシジンシンテターゼ、dnaG DNAプライマーゼ(dnaG)、ruvC ホリデイジャンクションリゾルバーゼ、rpsP 30Sリボソームタンパク質S16、リコンビナーゼA recA、リボフラビン生合成タンパク質RibF、グリシルtRNAシンテターゼベータサブユニット、trmU tRNA(5−メチルアミノメチル−2−チオウリジレート)−メチルトランスフェラーゼ、rpmI 50Sリボソームタンパク質L35、hemEウロポルフィリノーゲン脱炭酸酵素、桿状決定タンパク質、rpmA 50Sリボソームタンパク質L27(rpmA)、ペプチジルtRNAヒドロラーゼ、翻訳開始因子IF−3(infC)、UDP−N−アセチルムラミル−トリペプチドシンテターゼ、rpmF 50Sリボソームタンパク質L32、rpIL 50Sリボソームタンパク質L7/L12(rpIL)、leuS ロイシルtRNAシンテターゼ、ligA NAD依存性DNAリガーゼ、細胞分裂タンパク質FtsA、GTP結合タンパク質TypA、ATP依存性Clpプロテアーゼ、ATP結合サブユニットClpX、DNA複製及び修復タンパク質RecF、ならびにUDP−N−アセチルエノールピルボイルグルコサミンレダクターゼが含まれる。   A functional gene encoding a protein can also be used herein as a unique first marker. Such markers include, but are not limited to, the recombinase A gene family (bacterial RecA, archaeal RadA and RadB, eukaryotic Rad51 and Rad57, phage UvsX), RNA polymerase β subunit (RpoB) gene (Responsible for initiation and elongation of transcription), and chaperonins. Candidate marker genes have also been identified for bacteria plus archaebacteria: ribosomal protein S2 (rpsB), ribosomal protein S10 (rpsJ), ribosomal protein L1 (rpIA), translation elongation factor EF-2, translation initiation factor IF -2, metalloendopeptidase, ribosomal protein L22, ffh signal recognition particle protein, ribosomal protein L4 / L1e (rpld), ribosomal protein L2 (rplb), ribosomal protein S9 (rpsI), ribosomal protein L3 (rplc), phenylalanyl tRNA synthetase beta subunit, ribosomal protein L14b / L23e (rplN), ribosomal protein S5, ribosomal protein S19 (rpsS), ribosomal protein Protein S16, ribosomal protein L16 / L10E (rplp), ribosomal protein S13 (rpsM), phenylalanyl tRNA synthetase α subunit, ribosomal protein L15, ribosomal protein L25 / L23, ribosomal protein L6 (rplF), ribosomal protein L11 ( rplK), ribosomal protein L5 (rplE), ribosomal protein S12 / S23, ribosomal protein L29, ribosomal protein S3 (rpsC), ribosomal protein S11 (rpsK), ribosomal protein L10, ribosomal protein S8, tRNA pseudouridine synthase B, ribosome Protein L18P / L5E, ribosomal protein S15P / S13e, porphobilinogende Minaze, ribosomal protein S17, ribosomal protein L13 (rplM), phosphoribosyl formylglycine amidine cyclo - ligase (rpsE), ribonuclease HII, and ribosomal protein L24. Other candidate marker genes for bacteria include transcription elongation protein NusA (nusA), rpoB DNA-dependent RNA polymerase subunit beta (rpoB), GTP binding protein EngA, rpoC DNA-dependent RNA polymerase subunit beta ', priA primosome assembly Protein, transcription coupled repair factor, CTP synthase (pyrG), secY protein precursor translocase subunit SecY, GTP-binding protein Obg / CgtA, DNA polymerase I, rpsF 30S ribosomal protein S6, poA DNA-dependent RNA polymerase subunit alpha , Peptide chain terminator 1, rplI 50S ribosomal protein L9, polyribonucleotide nucleotidyl transferase , Tsf elongation factor Ts (tsf), rplQ 50S ribosomal protein L17, tRNA (guanine-N (1)-)-methyltransferase (rplS), rplY putative 50S ribosomal protein L25, DNA repair protein RadA, glucose inhibitory fission protein A Ribosome binding factor A, DNA mismatch repair protein MutL, smpB SsrA-binding protein (smpB), N-acetylglucosaminyltransferase, S-adenosyl-methyltransferase MraW, UDP-N-acetylmuramoylalanine-D-glutamic acid Ligase, rplS 50S ribosomal protein L19, rplT 50S ribosomal protein L20 (rplT), ruvA Holiday junction D A helicase, ruvB Holiday junction DNA helicase B, serS seryl tRNA synthetase, rplU 50S ribosomal protein L21, rpsR 30S ribosomal protein S18, DNA mismatch repair protein MutS, rpsT 30S ribosomal protein S20, DNA repair protein RecN, frr ribosome recycling factor ( frr), recombinant protein RecR, function unknown protein UPF0054, miaA tRNA isopentenyltransferase, GTP binding protein YchF, chromosomal replication initiation protein DnaA, dephospho CoA kinase, 16S rRNA processing protein Rimmm, ATP-cone (domain) protein, -Deoxy-D-xy Loose 5-phosphate reductoisomerase, 2C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase, fatty acid / phospholipid synthesis protein PlsX, tRNA (Ile) -lysidine synthetase, dnaG DNA primase (dnaG) , RuvC Holiday junction resolvenase, rpsP 30S ribosomal protein S16, recombinase A recA, riboflavin biosynthesis protein RibF, glycyl tRNA synthetase beta subunit, trmU tRNA (5-methylaminomethyl-2-thiouridylate) -methyltransferase, rpmI 50S ribosome Protein L35, heme uroporphyrinogen decarboxylase, rod-shaped determining protein, rpmA 50S ribosomal protein L27 (rpmA), peptidyl tRNA hydrolase, translation initiation factor IF-3 (infC), UDP-N-acetylmuramyl-tripeptide synthetase, rpmF 50S ribosomal protein L32, rpIL 50S ribosomal protein L7 / L12 (rpIL), leuS leucyl tRNA synthetase, ligA NAD-dependent DNA ligase, cell division protein FtsA, GTP-binding protein TypA, ATP-dependent Clp protease, ATP-binding subunit ClpX, DNA replication and repair protein RecF, and UDP-N-acetylenolpyruvoylglucosamine reductase Is included.

リン脂質脂肪酸(PLFA)もまた、本明細書に記載の方法による特有の第1のマーカーとして使用することができる。PLFAは、微生物が増殖する間に急速に合成され、貯蔵分子には見られず、細胞死の間に急速に分解されるため、現在の生存コミュニティの構成メンバー数をPLFAによって正確に調べることができる。すべての細胞は、抽出及びエステル化して脂肪酸メチルエステル(FAME)を形成させることができる脂肪酸(FA)を含んでいる。ガスクロマトグラフィー−質量分析を使用してFAMEが分析されると、得られるプロファイルは、試料における微生物の「フィンガープリント」となる。真正細菌ドメイン及び真核生物ドメインにおける生物の膜の化学組成物は、エステル型結合によってグリセロールに連結された脂肪酸(リン脂質脂肪酸(PLFA))から構成される。一方、古細菌の膜脂質は、エーテル型結合によってグリセロールに連結された長鎖の分岐炭化水素(リン脂質エーテル脂質(PLEL))から構成される。これは、これら3つのドメインを区別するために最も広く使用される非遺伝子的な基準の1つである。この意味においては、微生物細胞膜に由来するリン脂質(異なるアシル鎖によって特徴付けられる)は優れたシグネチャー分子であり、この理由は、そのような脂質構造多様性を特定の微生物分類群と関連付けできることによるものである。   Phospholipid fatty acids (PLFA) can also be used as unique first markers according to the methods described herein. Because PLFAs are synthesized rapidly during microbial growth, not found in storage molecules, and rapidly degraded during cell death, PLFA can accurately determine the number of members of the current living community. it can. All cells contain fatty acids (FA) that can be extracted and esterified to form fatty acid methyl esters (FAME). When FAME is analyzed using gas chromatography-mass spectrometry, the resulting profile is a "fingerprint" of the microorganisms in the sample. The chemical composition of biological membranes in the eubacteria and eukaryote domains is composed of fatty acids (phospholipid fatty acids (PLFA)) linked to glycerol by ester-type bonds. On the other hand, archaeal membrane lipids are composed of long-chain branched hydrocarbons (phospholipid ether lipids (PLEL)) linked to glycerol by ether-type bonds. This is one of the most widely used non-genetic criteria to distinguish these three domains. In this sense, phospholipids derived from microbial cell membranes (characterized by different acyl chains) are excellent signature molecules because of their ability to associate such lipid structural diversity with specific microbial taxa Things.

本明細書に示されるように、生物株が活性であるかを決定するために、1つまたは複数の特有の第2のマーカー(第1のマーカーと同一または異なり得る)の発現レベルが測定される(図1B、1004;図2、2004)。特有の第1のマーカーは、上記のものである。特有の第2のマーカーは、微生物活性のマーカーである。例えば、1つの実施形態では、上記の第1のマーカーのいずれかのmRNAまたはタンパク質の発現は、本開示の目的のための特有の第2のマーカーであると見なされる。   As shown herein, the level of expression of one or more unique second markers (which may be the same or different from the first marker) is measured to determine if the organism strain is active. (FIG. 1B, 1004; FIG. 2, 2004). The unique first markers are those described above. A unique second marker is a marker of microbial activity. For example, in one embodiment, the expression of mRNA or protein of any of the first markers described above is considered to be a unique second marker for the purposes of the present disclosure.

1つの実施形態では、第2のマーカーの発現レベルが閾値レベル(例えば、対照レベル)以上であるならば、微生物は、活性であると見なされる(図1B、1005;図2、2005)。1つの実施形態では、第2のマーカーの発現レベルが、閾値レベル(いくつかの実施形態では対照レベル)と比較して少なくとも約5%、少なくとも約10%、少なくとも約15%、少なくとも約20%、少なくとも約25%、または少なくとも約30%変化するのであれば、活性であると判定される。   In one embodiment, a microorganism is considered active if the level of expression of the second marker is above a threshold level (eg, a control level) (FIG. 1B, 1005; FIG. 2, 2005). In one embodiment, the expression level of the second marker is at least about 5%, at least about 10%, at least about 15%, at least about 20% compared to a threshold level (in some embodiments, a control level). , At least about 25%, or at least about 30%, is determined to be active.

特有の第2のマーカーは、1つの実施形態では、タンパク質レベル、RNAレベル、または代謝物レベルで測定される。特有の第2のマーカーは、特有の第1のマーカーと同一または異なる。   The unique second marker is, in one embodiment, measured at the protein, RNA, or metabolite level. The unique second marker is the same or different from the unique first marker.

上に示されるように、本明細書に記載の方法に従って、複数の特有の第1のマーカー及び特有の第2のマーカーを検出することができる。さらに、特有の第1のマーカーの検出及び定量化は、本開示を踏まえて当業者に知られる方法に従って実施することができる(図1B、1003〜1004、図2、2003〜2004)。   As indicated above, a plurality of unique first markers and unique second markers can be detected according to the methods described herein. Further, detection and quantification of a unique first marker can be performed according to methods known to those of skill in the art in light of the present disclosure (FIGS. 1B, 1003-1004, FIG. 2, 2003-2004).

1つの実施形態では、核酸シークエンシング(例えば、gDNA、cDNA、rRNA、mRNA)を使用することで、特有の第1のマーカー及び/または特有の第2のマーカーの絶対細胞数が決定される。シークエンシングプラットフォームには、限定はされないが、Roche/454 Life Sciences、Illumina/Solexa、Pacific Biosciences、Ion Torrent、及びNanoporeから利用可能なサンガーシークエンシング法及びハイスループットシークエンシング法が含まれる。シークエンシングは、特定のDNA配列もしくはRNA配列のアンプリコンシークエンシング、または全メタゲノム/トランスクリプトームのショットガンシークエンシングであり得る。   In one embodiment, nucleic acid sequencing (eg, gDNA, cDNA, rRNA, mRNA) is used to determine the absolute cell number of a unique first marker and / or a unique second marker. Sequencing platforms include, but are not limited to, Sanger sequencing and high-throughput sequencing available from Roche / 454 Life Sciences, Illumina / Solexa, Pacific Biosciences, Ion Torrent, and Nanopore. Sequencing can be amplicon sequencing of specific DNA or RNA sequences, or shotgun sequencing of the entire metagenome / transcriptome.

従来のサンガーシークエンシング(Sanger et al.(1977)DNA sequencing with chain−terminating inhibitors.Proc Natl.Acad.Sci.USA,74,pp.5463−5467(参照によってその全体が本明細書に組み込まれる))は、インビトロのDNA複製の間に、鎖伸長を停止するジデオキシヌクレオチドがDNAポリメラーゼによって選択的に取り込まれることに依存するものであり、本明細書に記載の方法での使用に適している。   Conventional Sanger sequencing (Sanger et al. (1977) DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc Natl. Acad. Sci. USA, 74, pp. 5463-5467, which is incorporated herein by reference in its entirety). ) Is dependent on the selective incorporation of dideoxynucleotides that terminate chain elongation during DNA replication in vitro by DNA polymerases and is suitable for use in the methods described herein.

別の実施形態では、試料またはその一部は、核酸の抽出、適切なプライマーを用いた目的DNA(rRNA遺伝子など)の増幅、及びシークエンシングベクターを使用するクローンライブラリーの構築に供される。次に、選択されたクローンがサンガーシークエンシングによってシークエンシングされ、目的DNAのヌクレオチド配列が検索されることで、試料における特有の微生物株の数を計算することが可能になる。   In another embodiment, the sample or a portion thereof is subjected to nucleic acid extraction, amplification of a target DNA (such as a rRNA gene) using appropriate primers, and construction of a clone library using a sequencing vector. Next, the selected clones are sequenced by Sanger sequencing, and the nucleotide sequence of the target DNA is searched, whereby the number of unique microorganism strains in the sample can be calculated.

Roche/454 Life Sciencesの454パイロシークエンシングは、長いリードを生成するものであり、本明細書に記載の方法において利用することができる(Margulies et al.(2005)Nature,437,pp.376−380、米国特許第6,274,320号、同6,258,568号、同6,210,891号(これらの文献はそれぞれ、あらゆる目的のためにその全体が本明細書に組み込まれる))。シークエンシング対象の核酸(例えば、アンプリコンまたはネブライザーによって断片化したゲノムDNA/メタゲノムDNA)は、PCRまたはライゲーションによって特異的なアダプターが両末端に付加される。アダプターを有するDNAは、小さなビーズに固定化され(理想的には、1つのビーズが1つのDNA断片を有することになる)、このビーズは、油中水型エマルションに懸濁される。次に、エマルションPCR段階が実施されることで、それぞれのDNA断片の複数のコピーが調製され、その結果、同一のDNA断片がクローン化された多くのコピーをそれぞれのビーズが含むビーズのセットが得られる。次に、ビーズはそれぞれ、光ファイバーチップのウェルに入れられ、当該ウェルは、合成によるシークエンシング(sequencing−by−synthesis)反応に必要な酵素も含む。塩基(A、C、G、またはT)が付加されるとピロリン酸が放出され、この放出によって閃光が生じ、この閃光が記録されることで各ウェルにおけるDNA断片の配列判定が行われる。最大1,000塩基のリード長でラン当たり約100万のリード数を達成することができる。ペアエンドシークエンシングを行うことができ、これによってリードのペアが得られ、得られたリードはそれぞれ、所与のDNA断片の一方の末端から始まるものである。マルチプレックス反応では、分子バーコードを創出し、アダプター配列と目的配列との間に設置することができ、これによって、それぞれの配列を生物情報学的に試料に割り当てることが可能になる。   Roche / 454 Life Sciences' 454 pyrosequencing generates long reads and can be utilized in the methods described herein (Margulies et al. (2005) Nature, 437, pp. 376). 380, U.S. Patent Nos. 6,274,320, 6,258,568, and 6,210,891, each of which is incorporated herein in its entirety for all purposes. . A nucleic acid to be sequenced (eg, genomic DNA / metagenomic DNA fragmented by an amplicon or a nebulizer) has specific adapters added to both ends by PCR or ligation. The DNA with the adapter is immobilized on small beads (ideally one bead will have one DNA fragment) and the beads are suspended in a water-in-oil emulsion. Next, an emulsion PCR step is performed to prepare multiple copies of each DNA fragment, resulting in a set of beads where each bead contains many copies of the same DNA fragment cloned. can get. Next, each of the beads is placed in a well of a fiber optic chip, which also contains the enzymes necessary for a sequencing-by-synthesis reaction. When a base (A, C, G, or T) is added, pyrophosphate is released, and this release generates a flash. By recording the flash, the sequence of a DNA fragment in each well is determined. Approximately 1 million reads per run can be achieved with a maximum read length of 1,000 bases. Pair end-sequencing can be performed, which results in a pair of reads, each resulting from one end of a given DNA fragment. In a multiplex reaction, a molecular barcode can be created and placed between the adapter sequence and the sequence of interest, which allows each sequence to be bioinformatically assigned to a sample.

Illumina/Solexaシークエンシングでは、約25塩基対(bp)〜約300bpの平均リード長が得られる(Bennett et al.(2005)Pharmacogenomics,6:373−382、Lange et al.(2014).BMC Genomics 15,p.63、Fadrosh et al.(2014)Microbiome 2,p.6、Caporaso et al.(2012)ISME J,6,p.1621−1624、Bentley et al.(2008)Accurate whole human genome sequencing using reversible terminator chemistry.Nature,456:53−59)。このシークエンシング技術もまた、合成によるシークエンシング(sequencing−by−synthesis)であるが、このシークエンシング技術では、可逆的色素ターミネーターと、オリゴが付加された領域を有するフローセルと、が利用される。シークエンシング対象のDNA断片は、特異的なアダプターを両末端に有しており、断片の末端にハイブリダイズする特異的なオリゴヌクレオチドが多数配置されたフローセル上に流される。次に、断片はそれぞれ、複製されて同一断片のクラスターが調製される。次に、可逆的色素−ターミネーターヌクレオチドがフローセル上に流され、結合する時間が取られる。過剰のヌクレオチドは洗浄除去され、フローセルが画像化される。可逆的ターミネーターは除去することができ、その結果、処理を繰り返すことができ、その後のサイクルにおいてヌクレオチドを続けて添加することができる。それぞれの長さが300塩基のペアエンドリードを達成することができる。Illuminaプラットフォームでは、それぞれのリードにつき125塩基を有するペアエンド様式で40億の断片を1回のランで生成することができる。試料のマルチプレックス解析については、バーコードを使用することもできるが、インデックスプライマーが使用される。   Illumina / Solexa sequencing yields an average read length of about 25 base pairs (bp) to about 300 bp (Bennett et al. (2005) Pharmacogenomics, 6: 373-382, Lange et al. (2014) .BMC Genomics). 15, p.63, Fadrosh et al. (2014) Microbiome 2, p.6, Caporaso et al. (2012) ISME J, 6, p.1621-1624, Bentley et al. (2008) Accurate whole human genome seq. using reversible terminator chemistry. Nature, 456: 53-59). This sequencing technique is also sequencing-by-synthesis. In this sequencing technique, a reversible dye terminator and a flow cell having a region to which an oligo is added are used. The DNA fragment to be sequenced has specific adapters at both ends and is flowed over a flow cell in which a number of specific oligonucleotides that hybridize to the ends of the fragment are arranged. Next, each fragment is replicated to prepare a cluster of identical fragments. Next, the reversible dye-terminator nucleotides are flowed over the flow cell, allowing time for binding. Excess nucleotides are washed away and the flow cell is imaged. The reversible terminator can be removed, so that the process can be repeated and nucleotides can be added in subsequent cycles. Pair-end reads of 300 bases each can be achieved. The Illumina platform can generate 4 billion fragments in a single run in a paired-end fashion with 125 bases for each read. For multiplex analysis of samples, barcodes can be used, but index primers are used.

SOLiD(オリゴヌクレオチドのライゲーション及び検出によるシークエンシング(Life Technologies))処理は、「ライゲーションによるシークエンシング(sequencing−by−ligation)」手法であり、第1のマーカー及び/または第2のマーカーの存在及び量を検出するために本明細書に記載の方法で使用することができる(図1B、1003〜1004;図2、2003〜2004)(Peckham et al.SOLiD(商標)Sequencing and 2−Base Encoding.San Diego,CA:American Society of Human Genetics,2007、Mitra et al.(2013)Analysis of the intestinal microbiota using SOLiD 16S rRNA gene sequencing and SOLiD shotgun sequencing.BMC Genomics,14(Suppl5):S16、Mardis(2008)Next−generation DNA sequencing methods.Annu Rev Genomics Hum Genet,9:387−402(これらの文献はそれぞれ、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる))。DNA断片のライブラリーは、シークエンシング対象の試料から調製され、クローンビーズ集団を調製するために使用され、この場合、それぞれの磁気ビーズの表面に1種類のみの断片が存在することになる。磁気ビーズに結合した断片は、ユニバーサルP1アダプター配列を有することになり、その結果、あらゆる断片の開始配列が既知かつ同一のものとなる。プライマーは、ライブラリーテンプレート内のP1アダプター配列にハイブリダイズする。4種類の蛍光で標識された二塩基プローブのセットがシークエンシングプライマーへのライゲーションにおいて競合する。1つ目の塩基及び2つ目の塩基がすべて、各ライゲーション反応において確実に確かめられることによって二塩基プローブの特異性が達成される。ライゲーション、検出、及び切断のサイクルが複数回実施され、サイクル数によって最終的なリード長が決定される。SOLiDプラットフォームでは、長さが75塩基のリードをラン当たり最大で30億リード生成することができる。ペアエンドシークエンシングが利用可能であり、本明細書で使用することができるが、ペアにおける第2のリードの長さは35塩基にすぎない。別々のインデックスを付けたランを行えば、Illuminaによって使用されるものと類似のシステムを介して試料のマルチプレックス解析を行うことが可能である。   SOLiD (Sequencing by Ligation and Detection of Oligonucleotides (Life Technologies)) treatment is a “sequencing-by-ligation” technique, in which the presence and absence of a first marker and / or a second marker is determined. Quantities can be used in the methods described herein (FIGS. 1B, 1003-1004; FIGS. 2, 2003-2004) (Peckham et al. SOLiD ™ Sequencing and 2-Base Encoding. San Diego, CA: American Society of Human Genetics, 2007, Mitra et al. (2013) Analysis of the i. testinomic microbiousing SOLiD 16S rRNA gene sequencing and SOLiD shotgun sequencing. Each of which is incorporated herein by reference in its entirety)). A library of DNA fragments is prepared from the sample to be sequenced and used to prepare a population of clonal beads, in which case only one type of fragment will be present on the surface of each magnetic bead. The fragments attached to the magnetic beads will have a universal P1 adapter sequence, so that the starting sequence of every fragment is known and identical. Primers hybridize to the P1 adapter sequence in the library template. A set of four fluorescently labeled dibasic probes compete in ligation to sequencing primers. The specificity of the dinucleotide probe is achieved by ensuring that the first and second bases are all confirmed in each ligation reaction. Ligation, detection and cutting cycles are performed a plurality of times, and the final read length is determined by the number of cycles. The SOLiD platform can generate up to 3 billion reads per run of 75 bases in length. Pair-end sequencing is available and can be used herein, but the length of the second read in the pair is only 35 bases. With separate indexed runs, it is possible to perform multiplex analysis of the sample via a system similar to that used by Illumina.

Ion Torrentシステムは、454シークエンシングと同様のものであり、第1のマーカー及び/または第2のマーカーの存在及び量を検出するための本明細書に記載の方法での使用に適している(図1B、1003〜1004;図2、2003〜2004)。Ion Torrentシステムでは、DNA断片が結合したビーズを含むマイクロウェルのプレートが使用される。しかしながら、Ion Torrentシステムは、塩基の取り込みが検出される様式がその他のシステムのすべてと異なる。伸長中のDNA鎖に塩基が付加されるとプロトンが放出され、このプロトンによって周辺のpHが僅かに変化する。pHを検知する微量測定器がプレート上のウェルと結び付いており、こうした変化が生じると当該微量測定器によって記録される。異なる塩基(A、C、G、T)がウェルを通って順次流れることで、各ウェルに由来する配列を推定することが可能になる。Ion Protonプラットフォームは、200塩基のリード長を有するリードをラン当たり最大で5000万リード生成することができる。Personal Genome Machineプラットフォームでは、400塩基という、より長いリードが生成される。双方向シークエンシングが利用可能である。マルチプレックス解析は、標準的なインライン分子バーコードシークエンシングを介して行うことが可能である。   The Ion Torrent system is similar to 454 sequencing and is suitable for use in the methods described herein for detecting the presence and amount of a first marker and / or a second marker ( 1B, 1003 to 1004; FIG. 2, 2003 to 2004). In the Ion Torrent system, a microwell plate containing beads to which DNA fragments are bound is used. However, the Ion Torrent system differs from all other systems in the manner in which base incorporation is detected. When a base is added to the growing DNA strand, a proton is released, and the proton causes a slight change in the surrounding pH. A micrometer that senses pH is associated with the wells on the plate, and any such changes are recorded by the micrometer. Different bases (A, C, G, T) flow sequentially through the wells, making it possible to estimate the sequence from each well. The Ion Proton platform can generate up to 50 million reads per run with a read length of 200 bases. The Personal Genome Machine platform produces longer reads, 400 bases. Two-way sequencing is available. Multiplex analysis can be performed via standard in-line molecular barcode sequencing.

Pacific Biosciences(PacBio)SMRTシークエンシングは、一分子リアルタイムシークエンシング手法を使用するものであり、1つの実施形態では、第1のマーカー及び/または第2のマーカーの存在及び量を検出するための本明細書に記載の方法で使用される(図1B、1003〜1004;図2、2003〜2004)。PacBioシークエンシングシステムは、増幅段階を必要としないことから、他の主要な次世代シークエンシングシステムとは一線を画するものとなっている。1つの実施形態では、このシークエンシングは、多くのゼロモード導波路(ZMW)検出器を含むチップ上で実施される。ZMW検出器にはDNAポリメラーゼが結合されており、リン酸を介して連結された色素で標識されたヌクレオチドの取り込みがDNA鎖の合成と並行してリアルタイムで画像化される。PacBioシステムでは、非常に長いリード長(平均約4,600塩基)が得られ、ラン当たりに得られるリード数も非常に多い(約47,000)。リードは、典型的には、両末端からの独立したシークエンシングを必要とすることなくCCSを介して断片を複数回カバーできるほど十分な長さを有するため、典型的な「ペアエンド」手法はPacBioでは使用されない。PacBioでのマルチプレックス解析は、独立したリードを必要とするものではなく、標準的な「インライン」バーコード付加モデルに従って行われる。   Pacific Biosciences (PacBio) SMRT sequencing uses a single-molecule real-time sequencing approach, and in one embodiment, a book for detecting the presence and amount of a first marker and / or a second marker. Used in the method described in the specification (FIG. 1B, 1003 to 1004; FIG. 2, 2003 to 2004). The PacBio sequencing system sets itself apart from other major next-generation sequencing systems because it does not require an amplification step. In one embodiment, this sequencing is performed on a chip that includes a number of zero mode waveguide (ZMW) detectors. A DNA polymerase is bound to the ZMW detector, and the incorporation of nucleotides labeled with a dye linked via phosphate is imaged in real time in parallel with the synthesis of the DNA strand. With the PacBio system, very long read lengths (about 4,600 bases on average) are obtained, and very many reads are obtained per run (about 47,000). A typical "pair-end" approach is PacBio because reads are typically long enough to cover the fragment multiple times via CCS without the need for independent sequencing from both ends. Not used in Multiplex analysis in PacBio does not require independent reads and is performed according to a standard "in-line" barcode addition model.

1つの実施形態では、特有の第1のマーカーがITSゲノム領域の場合、試料における微生物株の数及び独自性を決定するために、1つの実施形態では、リボソーム遺伝子間スペーサー自動解析(ARISA)が使用される(図1B、1003、図2、2003)(Ranjard et al.(2003).Environmental Microbiology 5,pp.1111−1120(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる))。ITS領域は、長さとヌクレオチド配列との両方において顕著な不均一性を有する。蛍光標識されたフォワードプライマー及び自動DNAシークエンサーを使用することで、高い分離分解能及びハイスループットを得ることが可能である。各試料に内部標準を含めることで、包括的断片のサイズ分類における精度が得られる。   In one embodiment, when the unique first marker is an ITS genomic region, in one embodiment, an automated ribosomal intergenic spacer analysis (ARISA) is used to determine the number and identity of microbial strains in a sample. Used (FIGS. 1B, 1003, 2, 2003) (Ranjard et al. (2003). Environmental Microbiology 5, pp. 1111-1120, incorporated herein by reference in its entirety for any purpose). ). The ITS region has significant heterogeneity in both length and nucleotide sequence. By using a fluorescently labeled forward primer and an automatic DNA sequencer, it is possible to obtain high separation resolution and high throughput. The inclusion of an internal standard in each sample provides accuracy in the global fragment sizing.

別の実施形態では、試料における特有の第1のマーカー及びその量を特徴付けるために、PCRによって増幅されたrDNA断片の断片長多型(RFLP)(増幅リボソームDNA制限酵素分析(ARDRA)としても知られる)が使用される(図1B、1003、図2、2003)(追加詳細については、Massol−Deya et al.(1995).Mol.Microb.Ecol.Manual.3.3.2,pp.1−18(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる)を参照のこと)。共通プライマーを使用するPCRによってrDNA断片が生成され、生成したrDNA断片は、制限酵素で消化され、アガロースゲルまたはアクリルアミドゲルにおいて電気泳動され、臭化エチジウムまたは硝酸銀で染色される。   In another embodiment, a fragment length polymorphism (RFLP) of an rDNA fragment amplified by PCR (also known as amplified ribosomal DNA restriction enzyme analysis (ARDRA)) to characterize a unique first marker and its amount in a sample. 1B, 1003, FIG. 2, 2003) (for additional details see Massol-Deya et al. (1995). Mol. Microb. Ecol. Manual. 3.3.2, pp. 1). -18 (herein incorporated by reference in its entirety for any purpose). An rDNA fragment is generated by PCR using common primers, and the resulting rDNA fragment is digested with restriction enzymes, electrophoresed on an agarose gel or acrylamide gel, and stained with ethidium bromide or silver nitrate.

特有の第1のマーカーの存在及び相対量の検出において使用されるフィンガープリンティング手法の1つは、一本鎖高次構造多型(SSCP)である(Lee et al.(1996).Appl Environ Microbiol 62,pp.3112−3120、Scheinert et al.(1996).J.Microbiol.Methods 26,pp.103−117、Schwieger and Tebbe(1998).Appl.Environ.Microbiol.64,pp.4870−4876(これらの文献はそれぞれ、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる)を参照のこと)。この手法では、DNA断片(16S rRNA遺伝子に特異的なプライマーを用いて得られたPCR産物など)が変性され、非変性ゲルで直接的に電気泳動される。分離は、サイズ差異と、一本鎖DNAの折り畳まれた高次構造と、に基づいており、こうしたものによって電気泳動移動度が影響を受ける。電気泳動の間にDNA鎖が再アニーリングすることは、いくつかの方針によって阻止することができ、こうした方針には、PCRにおいて1つのリン酸化プライマーを使用した後、ラムダエキソヌクレアーゼでリン酸化鎖を特異的に消化すること、及び1つのビオチン化プライマーを使用して変性後の1つの一本鎖を磁気で分離すること、が含まれる。所与の微生物コミュニティにおける主たる集団の独自性を評価するために、1つの実施形態では、バンドが切り出され、シークエンシングされるか、または特異的なプローブがSSCPパターンにハイブリダイズされ得る。電気泳動条件(ゲルマトリックス、温度、及びゲルへのグリセロールの添加など)によって、分離に影響が及び得る。   One of the fingerprinting techniques used in detecting the presence and relative abundance of unique first markers is single-stranded conformational polymorphism (SSCP) (Lee et al. (1996). Appl Environ Microbiol). 62, pp. 3112-3120, Scheinert et al. (1996) .J. Microbiol. Each of these documents is incorporated herein by reference in its entirety). In this technique, a DNA fragment (such as a PCR product obtained using a primer specific to the 16S rRNA gene) is denatured and directly electrophoresed on a non-denaturing gel. Separation is based on size differences and the folded conformation of single-stranded DNA, which affects electrophoretic mobility. Reannealing of DNA strands during electrophoresis can be prevented by a number of strategies, including the use of one phosphorylation primer in PCR followed by lamination of the phosphorylated strand with lambda exonuclease. Specific digestion and magnetic separation of one single strand after denaturation using one biotinylated primer is included. To assess the identity of the main population in a given microbial community, in one embodiment, bands can be cut out and sequenced, or specific probes can be hybridized to the SSCP pattern. Electrophoresis conditions (such as gel matrix, temperature, and the addition of glycerol to the gel) can affect separation.

シークエンシングに基づく方法に加えて、第2のマーカーの発現(例えば、遺伝子発現、タンパク質発現)を定量化するための他の方法もまた、1つまたは複数の第2のマーカーの発現レベルを決定するための本明細書で提供される方法での使用に適している(図1B、1004;図2、2004)。例えば、定量的RT−PCR、マイクロアレイ解析、線形増幅手法(核酸配列に基づく増幅(NASBA)など)はすべて、本明細書に記載の方法での使用に適しており、本開示を踏まえて当業者に知られる方法に従って実施することができる。   In addition to sequencing-based methods, other methods for quantifying the expression of a second marker (eg, gene expression, protein expression) also determine the level of expression of one or more second markers. (FIGS. 1B, 1004; FIG. 2, 2004). For example, quantitative RT-PCR, microarray analysis, linear amplification techniques (such as nucleic acid sequence-based amplification (NASBA)) are all suitable for use in the methods described herein, and those skilled in the art in light of the present disclosure. Can be carried out according to a method known in US Pat.

別の実施形態では、試料またはその一部は、第1のマーカー及び/または第2のマーカーの存在及び量を検出するための定量的ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)に供される(図1B、1003〜1004;図2、2003〜2004)。転写されたリボソームRNA及び/またはメッセンジャーRNA(rRNA及びmRNA)を相補DNA(cDNA)へと逆転写した後、PCR(RT−PCR)を実施することによって、特定の微生物株の活性が測定される。   In another embodiment, the sample or a portion thereof is subjected to a quantitative polymerase chain reaction (PCR) to detect the presence and amount of the first marker and / or the second marker (FIG. 1B, 1003). -1004; FIG. 2, 2003-2004). After reverse transcription of the transcribed ribosomal RNA and / or messenger RNA (rRNA and mRNA) to complementary DNA (cDNA), the activity of a specific microorganism strain is measured by performing PCR (RT-PCR). .

別の実施形態では、試料またはその一部は、第1のマーカー及び/または第2のマーカーの存在及び量を検出するために、PCRに基づくフィンガープリンティング手法に供される(図1B、1003〜1004;図2、2003〜2004)。PCR産物は、ヌクレオチド組成に基づいて電気泳動によって分離することができる。異なるDNA分子の間の配列差異は、融解挙動に影響を与えるため、異なる配列を有する分子は、ゲル中の異なる位置で移動を停止することになる。したがって、異なるバンドまたはピークの位置及び相対強度によって電気泳動プロファイルを定義することができ、この電気泳動プロファイルを、多様性インデックスを計算するための数値データに変換することができる。ゲルからバンドを切り出した後、シークエンシングすることで、コミュニティメンバーの系統発生学的な所属を明らかにすることもできる。電気泳動方法には、限定はされないが、変性剤濃度勾配ゲル電気泳動(DGGE)、温度勾配ゲル電気泳動(TGGE)、一本鎖高次構造多型(SSCP)、制限酵素断片長多型分析(RFLP)または増幅リボソームDNA制限酵素分析(ARDRA)、末端標識制限酵素断片多型分析(T−RFLP)、リボソーム遺伝子間スペーサー自動解析(ARISA)、無作為増幅多型DNA(RAPD)、DNA増幅フィンガープリンティング(DAF)、及びBb−PEG電気泳動が含まれ得る。   In another embodiment, the sample or a portion thereof is subjected to a PCR-based fingerprinting technique to detect the presence and amount of the first marker and / or the second marker (FIGS. 1B, 1003-1003). 1004; FIG. 2, 2003-2004). PCR products can be separated by electrophoresis based on nucleotide composition. Sequence differences between different DNA molecules affect the melting behavior, so that molecules with different sequences will stop migrating at different locations in the gel. Therefore, an electrophoresis profile can be defined by the positions and relative intensities of different bands or peaks, and the electrophoresis profile can be converted into numerical data for calculating a diversity index. After excising the band from the gel, sequencing can also reveal the phylogenetic affiliation of community members. The electrophoresis method is not limited, but denaturant gradient gel electrophoresis (DGGE), temperature gradient gel electrophoresis (TGGE), single-stranded higher-order structure polymorphism (SSCP), restriction fragment length polymorphism analysis (RFLP) or amplified ribosomal DNA restriction enzyme analysis (ARDRA), end-labeled restriction enzyme fragment polymorphism analysis (T-RFLP), automatic analysis of ribosomal intergenic spacer (ARISA), random amplified polymorphic DNA (RAPD), DNA amplification Fingerprinting (DAF) and Bb-PEG electrophoresis may be included.

別の実施形態では、試料またはその一部は、特有の第1のマーカーの量及び/または特有の第2のマーカーの存在/量を決定するために、チップに基づくプラットフォーム(マイクロアレイまたはマイクロフルイディクスなど)に供される(図1B、1003〜1004、図2、2003〜2004)。試料における全DNAからPCR産物が増幅され、マイクロアレイに固定された既知の分子プローブに対して当該PCR産物が直接的にハイブリダイズされる。この蛍光標識PCRアンプリコンが当該プローブにハイブリダイズした後、共焦点レーザー走査型顕微鏡法を使用することによって陽性シグナルがスコア付けされる。マイクロアレイ手法では、複製に関して試料を迅速に評価することが可能になり、このことは、微生物コミュニティの分析においては重要な利点である。マイクロアレイ上でのハイブリダイゼーションシグナル強度は、標的生物の量に直接的に比例し得る。ユニバーサル高密度16Sマイクロアレイ(例えば、PHYLOCHIP)は、いくつかの培養微生物種及び「候補の門(candidate division)」を標的とする16S rRNA遺伝子のプローブを約30,000個含む。こうしたプローブによって、121の区分された原核生物目のすべてが標的となり、8,741の細菌分類群及び古細菌分類群を同時に検出することが可能になる。微生物コミュニティのプロファイリングのために使用される別のマイクロアレイは、機能遺伝子アレイ(FGA)である。PHYLOCHPとは異なり、FGAは、細菌の特定の代謝群を検出することを第一に設計される。したがって、FGAは、コミュニティ構造を明らかにするだけでなく、インサイチュのコミュニティ代謝能も解明するものである。FGAは、生物学的機能が既知の遺伝子に由来するプローブを含んでいるため、微生物コミュニティ組成を生態系機能と関連付ける上で有用である。GEOCHIPと呼ばれるFGAは、さまざまな生物地球化学的プロセス、生態学的プロセス、及び環境プロセス(アンモニア酸化、メタン酸化、及び窒素固定など)に関与するすべての既知代謝遺伝子に由来する>24,000個のプローブを含む。   In another embodiment, the sample or portion thereof is a chip-based platform (microarray or microfluidics) for determining the amount of a unique first marker and / or the presence / amount of a unique second marker. (FIG. 1B, 1003 to 1004, FIG. 2, 2003 to 2004). The PCR product is amplified from the total DNA in the sample, and the PCR product is directly hybridized to a known molecular probe immobilized on the microarray. After the fluorescently labeled PCR amplicon has hybridized to the probe, a positive signal is scored by using confocal laser scanning microscopy. The microarray approach allows samples to be rapidly evaluated for replication, which is a significant advantage in analyzing microbial communities. Hybridization signal intensity on a microarray can be directly proportional to the amount of target organism. The universal high density 16S microarray (eg, PHYLOCIP) contains approximately 30,000 probes of the 16S rRNA gene targeting several cultured microbial species and “candidate divisions”. Such probes will target all 121 partitioned prokaryotic orders and allow the simultaneous detection of 8,741 bacterial and archaeal taxa. Another microarray used for profiling microbial communities is the functional gene array (FGA). Unlike PHYLOCHP, FGA is primarily designed to detect specific metabolic groups of bacteria. Thus, FGA not only reveals community structure, but also elucidates in situ community metabolic capacity. FGAs are useful in relating microbial community composition to ecosystem function because they contain probes derived from genes whose biological function is known. The FGA, called GEOCHIP, has> 24,000 genes derived from all known metabolic genes involved in various biogeochemical, ecological, and environmental processes (such as ammonia oxidation, methane oxidation, and nitrogen fixation) Probe.

1つの実施形態では、1つまたは複数の第2のマーカーの発現レベルを決定するための本明細書に記載の方法でタンパク質発現アッセイが使用される(図1B、1004;図2、2004)。例えば、1つの実施形態では、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルを定量化するために、質量分析または免疫アッセイ(酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)など)が利用され、1つまたは複数の特有の第2のマーカーは、タンパク質である。   In one embodiment, a protein expression assay is used in the methods described herein for determining the expression level of one or more second markers (FIGS. 1B, 1004; FIG. 2, 2004). For example, in one embodiment, a mass spectrometry or immunoassay (such as an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)) is used to quantify the expression level of one or more unique second markers, One or more unique second markers are proteins.

1つの実施形態では、試料またはその一部は、特有の第2のマーカーのレベルを決定するために、ブロモデオキシウリジン(BrdU)取り込みに供される(図1B、1004;図2、2004)。BrdUは、チミジンの合成ヌクレオシド類似体であり、複製中の細胞において新たに合成されるDNAに取り込ませることができる。次に、BRdUを検出するために、この塩基類似体に特異的な抗体を使用することができる。したがって、BrdUが取り込まれることで同定される細胞は、そのDNAを活発に複製している細胞であり、このことは、本明細書に記載の方法の1つの実施形態による微生物の活性の尺度である。BrdU取り込みをFISHと併用することで、標的細胞の独自性及び活性を把握することができる。   In one embodiment, a sample or a portion thereof is subjected to bromodeoxyuridine (BrdU) incorporation to determine the level of a unique second marker (FIGS. 1B, 1004; FIG. 2, 2004). BrdU is a synthetic nucleoside analog of thymidine, which can be incorporated into newly synthesized DNA in replicating cells. Next, an antibody specific for this base analog can be used to detect BRdU. Thus, a cell identified by BrdU incorporation is one that is actively replicating its DNA, which is a measure of the activity of a microorganism according to one embodiment of the methods described herein. is there. By combining BrdU incorporation with FISH, the identity and activity of the target cells can be determined.

1つの実施形態では、試料またはその一部は、特有の第2のマーカーのレベルを決定するために、FISHと組み合わさったマイクロオートラジオグラフィー(MAR)に供される(図1B、1004;図2、2004)。MAR−FISHは、放射性基質が細胞に取り込まれることに基づいており、活性細胞の検出にはオートラジオグラフィーが使用され、細胞の同定にはFISHが使用される。単一細胞の解像度での活性細胞の検出及び同定が、顕微鏡を用いて実施される。MAR−FISHでは、全細胞、プローブの標的となる細胞、及び所与の放射標識物質を取り込む細胞の割合に関する情報が得られる。この方法は、標的微生物のインサイチュ機能の評価を与えるものであり、微生物のインビボ生理学を試験する上で有効な手法である。細胞特異的な基質取り込みをMAR−FISHと組み合わせて定量化するために開発された手法は、定量的MAR(QMAR)として知られる。   In one embodiment, the sample, or a portion thereof, is subjected to microautoradiography (MAR) in combination with FISH to determine the level of a unique second marker (FIGS. 1B, 1004; FIG. 2, 2004). MAR-FISH is based on the incorporation of radioactive substrates into cells, where autoradiography is used to detect active cells and FISH is used to identify cells. Detection and identification of active cells at single cell resolution is performed using a microscope. MAR-FISH provides information on the percentage of total cells, cells targeted by the probe, and cells that take up a given radiolabel. This method provides an assessment of the in-situ function of the target microorganism and is an effective technique for examining the in vivo physiology of the microorganism. A technique developed to quantify cell-specific substrate uptake in combination with MAR-FISH is known as quantitative MAR (QMAR).

1つの実施形態では、試料またはその一部は、特有の第2のマーカーのレベルを決定するために、FISHと組み合わさった安定同位体ラマン分光法(ラマン−FISH)に供される(図1B、1004;図2、2004)。この手法では、安定同位体プロービング、ラマン分光法、及びFISHが組み合わせられることで、代謝プロセスが特定の生物と関連付けられる。細胞による安定同位体の取り込み比率が光散乱に影響を与える結果、標識された細胞成分(タンパク質成分及びmRNA成分を含む)についてのピークシフトが測定可能となる。ラマン分光法を使用することで、細胞が化合物を合成するかどうかを明らかにすることができ、こうした化合物には、限定はされないが、油(アルカンなど)、脂質(トリアシルグリセロール(TAG)など)、特定のタンパク質(ヘムタンパク質、金属タンパク質など)、チトクロム(P450、チトクロムcなど)、クロロフィル、発色団(集光性カロテノイド及びロドプシンのための色素など)、有機ポリマー(ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリヒドロキシブチレート(PHB)など)、ホパノイド、ステロイド、デンプン、硫化物、サルフェート、及び二次代謝物(ビタミンB12など)が含まれる。   In one embodiment, the sample or a portion thereof is subjected to stable isotope Raman spectroscopy (Raman-FISH) in combination with FISH to determine the level of the unique second marker (FIG. 1B). , 1004; FIG. 2, 2004). In this approach, stable isotope probing, Raman spectroscopy, and FISH are combined to associate metabolic processes with a particular organism. As a result of the influence of the stable isotope uptake ratio by the cell on light scattering, the peak shift of the labeled cell component (including the protein component and the mRNA component) can be measured. Raman spectroscopy can be used to determine whether cells synthesize compounds, including but not limited to oils (such as alkanes), lipids (such as triacylglycerol (TAG), etc.). ), Specific proteins (such as heme proteins, metalloproteins), cytochromes (such as P450, cytochrome c), chlorophyll, chromophores (such as dyes for light-harvesting carotenoids and rhodopsin), organic polymers (such as polyhydroxyalkanoate (PHA)) ), Polyhydroxybutyrate (PHB), hopanoids, steroids, starches, sulfides, sulfates, and secondary metabolites (such as vitamin B12).

1つの実施形態では、試料またはその一部は、特有の第2のマーカーのレベルを決定するために、DNA/RNA安定同位体プロービング(SIP)に供される(図1B、1004;図2、2004)。SIPは、特定の代謝経路と関連する微生物多様性を決定することを可能にするものであり、一般に、炭素化合物及び窒素化合物の利用に関与する微生物を試験するために適用されている。目的基質は、安定同位体(13Cまたは15Nなど)で標識され、試料に添加される。当該基質を代謝することができる微生物のみがその細胞に当該基質を取り込むことになる。その後、密度勾配遠心分離によって13C−DNA及び15N−DNAを単離し、メタゲノム解析に使用することができる。RNAに基づくSIPは、RNA自体が細胞活性を反映するものであるため、SIP試験において使用するための応答性バイオマーカーとなり得る。 In one embodiment, a sample or a portion thereof is subjected to DNA / RNA stable isotope probing (SIP) to determine the level of a unique second marker (FIGS. 1B, 1004; FIG. 2, FIG. 2004). SIP allows to determine the microbial diversity associated with a particular metabolic pathway and is generally applied to test microorganisms involved in the utilization of carbon and nitrogen compounds. The target substrate is labeled with a stable isotope (such as 13 C or 15 N) and added to the sample. Only those microorganisms that can metabolize the substrate will take up the substrate in their cells. Thereafter, 13 C-DNA and 15 N-DNA can be isolated by density gradient centrifugation and used for metagenomic analysis. RNA-based SIP can be a responsive biomarker for use in SIP testing because RNA itself reflects cellular activity.

1つの実施形態では、試料またはその一部は、特有の第2のマーカーのレベルを決定するために、同位体アレイに供される(図1B、1004;図2、2004)。同位体アレイでは、活性微生物コミュニティを機能的及び系統発生学的にハイスループット様式でスクリーニングすることが可能になる。この手法では、基質の取り込みプロファイルを監視するためのSIPと、活性微生物コミュニティの分類学的独自性を決定するためのマイクロアレイ技術と、が併用される。14Cで標識された基質と共に試料がインキュベートされ、この基質は、増殖過程の間に微生物バイオマスに取り込まれる。14Cで標識されたrRNAは、非標識rRNAと分離された後、蛍光色素で標識される。蛍光標識されたrRNAは、系統発生学的マイクロアレイにハイブリダイズされた後、放射シグナル及び蛍光シグナルが走査される。したがって、この手法では、微生物コミュニティの組成と、複雑な微生物コミュニティの代謝的に活性な微生物による特定基質の消費と、を同時に試験することが可能になる。 In one embodiment, the sample, or a portion thereof, is subjected to an isotope array to determine the level of a unique second marker (FIGS. 1B, 1004; FIG. 2, 2004). Isotope arrays allow active microbial communities to be screened functionally and phylogenetically in a high-throughput manner. This approach uses a combination of SIP to monitor substrate uptake profiles and microarray technology to determine the taxonomic identity of the active microbial community. The sample is incubated with a 14 C-labeled substrate, which is incorporated into the microbial biomass during the growth process. The rRNA labeled with 14 C is separated from unlabeled rRNA, and then labeled with a fluorescent dye. After the fluorescently labeled rRNA is hybridized to a phylogenetic microarray, the emitted and fluorescent signals are scanned. Thus, this approach makes it possible to simultaneously test the composition of a microbial community and the consumption of a particular substrate by metabolically active microorganisms of a complex microbial community.

1つの実施形態では、試料またはその一部は、特有の第2のマーカーのレベルを決定するために、メタボロミクスアッセイに供される(図1B、1004;図2、2004)。メタボロミクスでは、生物学的な細胞、組織、器官、または生物におけるすべての代謝物(細胞プロセスの最終代謝産物)の収集物に相当するメタボロームが試験される。この方法論を使用することで、特定の代謝物プロファイルを異なる微生物と関連付けることが可能になるため、微生物の存在及び/または微生物介在性のプロセスを監視することができる。微生物活性と関連する細胞内代謝物及び細胞外代謝物のプロファイルは、ガスクロマトグラフィー−質量分析(GC−MS)などの手法を使用して得ることができる。メタボローム試料の複雑な混合物は、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、及びキャピラリー電気泳動などの手法によって分離することができる。代謝物の検出は、質量分析、核磁気共鳴分(NMR)分光法、イオンモビリティ質量分析、電気化学検出(HPLCと組み合わせたもの)、及び放射標識(薄層クロマトグラフィーと組み合わせたときのもの)によって実施することができる。   In one embodiment, the sample, or a portion thereof, is subjected to a metabolomics assay to determine the level of the unique second marker (FIGS. 1B, 1004; FIG. 2, 2004). In metabolomics, a metabolome that is equivalent to a collection of all metabolites (final metabolites of cellular processes) in a biological cell, tissue, organ, or organism is tested. Using this methodology, the presence of microorganisms and / or microbial mediated processes can be monitored, as it allows specific metabolite profiles to be associated with different microorganisms. Intracellular and extracellular metabolite profiles associated with microbial activity can be obtained using techniques such as gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Complex mixtures of metabolomic samples can be separated by techniques such as gas chromatography, high performance liquid chromatography, and capillary electrophoresis. Metabolite detection includes mass spectrometry, nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, ion mobility mass spectrometry, electrochemical detection (in combination with HPLC), and radiolabeling (when combined with thin layer chromatography) Can be implemented.

本明細書に記載の実施形態によれば、試料における1つまたは複数の活性微生物株の存在及びそれぞれの数が決定される(図1B、1006;図2、2006)。例えば、第1のマーカーの数及び存在をアッセイすることで得られる株独自性情報が解析されることで、特有の第1のマーカーがどのくらい多く出現するかが決定され、それによって特有の微生物株が示される(例えば、シークエンシングアッセイにおける配列リードの数を数えることによって行われる)。この値は、1つの実施形態では、第1のマーカーの全配列リードに占める割合として示すことで、特定の微生物型に占める特有の微生物株の割合を得ることができる。別の実施形態では、この割合に対して微生物型の数(段階1002または段階2002で得られるもの。図1B及び図2を参照のこと)が乗じられることで、試料及び所与の体積における1つまたは複数の微生物株の絶対細胞数が得られる。   According to the embodiments described herein, the presence and number of one or more active microbial strains in a sample is determined (FIGS. 1B, 1006; FIG. 2, 2006). For example, analysis of strain identity information obtained by assaying the number and presence of first markers determines how many unique first markers appear, thereby determining the unique microbial strain. (E.g., by counting the number of sequence reads in a sequencing assay). This value, in one embodiment, is expressed as a percentage of the total sequence reads of the first marker, so that the percentage of a particular microbial strain in a particular microbial type can be obtained. In another embodiment, this ratio is multiplied by the number of microbial types (obtained in step 1002 or step 2002; see FIG. 1B and FIG. 2) to yield 1 in a sample and a given volume. The absolute cell number of one or more microbial strains is obtained.

1つまたは複数の微生物株は、特有の第2のマーカーの発現レベルが、閾値レベルであるか、閾値より高い(例えば、対照レベルと比較して少なくとも約5%、少なくとも約10%、少なくとも約20%、または少なくとも約30%高い)のであれば、上記のように、活性であると見なされる。   The one or more microorganism strains have an expression level of the unique second marker at or above a threshold level (eg, at least about 5%, at least about 10%, at least about 20%, or at least about 30% higher), as described above, is considered active.

本開示の別の態様では、1つまたは複数の微生物株の絶対細胞数を決定するための方法は、複数の試料において決定が実施される(図2、具体的には2007を参照のこと)。活性であると分類されるべき微生物株については、試料のうちの1つにおいて活性であるだけでよい。試料は、同一の取得源から複数の時点にわたって取得され得るか、または異なる環境源(例えば、異なる動物)から取得され得る。   In another aspect of the present disclosure, a method for determining the absolute cell number of one or more microbial strains is performed in a plurality of samples (see FIG. 2, specifically 2007). . For a microorganism strain to be classified as active, it need only be active in one of the samples. The sample may be obtained from the same source over multiple time points, or may be obtained from different environmental sources (eg, different animals).

1つの実施形態では、試料にまたがる絶対細胞数値が使用されることで、1つまたは複数の活性微生物株が環境パラメータと関連付けられる(図2、2008)。1つの実施形態では、環境パラメータは、第2の活性微生物株の存在である。環境パラメータに対する1つまたは複数の活性微生物株の関連付けは、1つの実施形態では、ネットワーク解析及び/またはグラフ理論によって株とパラメータとの共出現を決定することによって実施される。   In one embodiment, one or more active microbial strains are associated with environmental parameters using absolute cell numbers across samples (FIG. 2, 2008). In one embodiment, the environmental parameter is the presence of a second active microbial strain. The association of one or more active microbial strains to environmental parameters is performed, in one embodiment, by determining the co-occurrence of strains and parameters by network analysis and / or graph theory.

1つの実施形態では、1つまたは複数の活性微生物株と環境パラメータとの共出現の決定は、ネットワーク内の株(複数可)と環境パラメータとの連結度を測定するためのネットワーク解析方法及び/またはクラスター解析方法を含み、ネットワークは、共通または同様の環境パラメータを共有する2つ以上の試料がまとまったものである。独立性の測定例は、本明細書で提供及び議論されており、追加詳細については、Blomqvist“On a measure of dependence between two random variables”The Annals of Mathematical Statistics(1950):593−600、Hollander et al.“Nonparametric statistical methods−Wiley series in probability and statistics Texts and references section”(1999)、及び/またはBlum et al.“Distribution free tests of independence based on the sample distribution function”The Annals of Mathematical Statistics(1961):485−498の教示内容及び方法を調整利用することによって理解できる(前述の刊行物はそれぞれ、あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)。   In one embodiment, the determination of co-occurrence of one or more active microbial strains and environmental parameters comprises determining the co-occurrence of one or more active microbial strains and environmental parameters with a network analysis method for measuring the connectivity between the strain (s) in the network and the environmental parameters. Or, including a cluster analysis method, a network is a collection of two or more samples that share common or similar environmental parameters. Examples of measurements of independence are provided and discussed herein, and for additional details, see Blomqvist, "On a measure of dependency between two random variables," The Annals of Mathematical Technical Review. al. "Nonparametric statistical methods-Wiley series in probability and statistics Texts and references section" (1999), and / or Blum et al. "Distribution free tests of independence based on the sample distribution function" The Annals of Mathematical Techniques, which can be understood from the above publications, and the contents of 98 can be understood from the above-mentioned contents. Is hereby expressly incorporated by reference in its entirety).

別の実施形態では、変数間の連結度を確立するために、相関解析方法(ピアソン相関、スピアマン相関、ケンドール相関、正準相関解析、尤度比検定(例えば、Wilks,S.S.“On the Independence of k Sets of Normally Distributed Statistical Variables”Econometrica,Vol.3,No.3,July 1935,pp309−326(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)に詳細が記載される教示内容及び方法を適用することによるもの)を含む)及び正準相関解析が使用される。こうした方法の多変数拡張、最大相関(例えば、Alfred Renyi“On measures of dependence”Acta mathematica hungarica 10.3−4(1959):441−451(参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)を参照のこと)、または両方(MAC)を、比較対象の変数の数に応じて、適切なときに使用することができる。いくつかの実施形態では、多次元パターンを発見するように構成される最大相関解析及び/または他の多変量相関測定(例えば、“Multivariate Maximal Correlation Analysis,”Nguyen et al.,Proceedings of the 31st International Conference on Machine Learning,Beijing,China,2014(当該文献は、あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)の方法及び教示内容を適用することによるもの)が利用される。いくつかの実施形態では、ネットワークの特徴量及び解析(Farine et al,in“Constructing,Conducting and Interpreting Animal Social Network Analysis”Journal of Animal Ecology,2015,84,pp.1144−1163.doi:10.1111/1365−2656.12418(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)によって議論されるものなど)を本開示のために利用及び調整することができる。   In another embodiment, correlation analysis methods (Pearson correlation, Spearman correlation, Kendall correlation, canonical correlation analysis, likelihood ratio test (eg, Wilks, SS “On”) are used to establish connectivity between variables. The Independence of k Sets of Normally Distributed Statistical Variables "Econometrica, Vol. 3, No. 3, July 1935, pp 309-326, which is hereby incorporated by reference in its entirety for all purposes. By applying the teachings and methods described)) and canonical correlation analysis. Multivariable extensions, maximal correlations of such methods (eg, Alfred Renyi "On measures of dependency" Acta materialatic hungarica 10.3-4 (1959): 441-451, which are expressly incorporated herein by reference in their entirety). Or both (MAC) can be used at appropriate times, depending on the number of variables to be compared. In some embodiments, a maximum correlation analysis and / or other multivariate correlation measurements configured to find multidimensional patterns (eg, “Multivariate Maximum Correlation Analysis,” Nguyen et al., Proceedings of the 31st International). Conference on Machine Learning, Beijing, China, 2014, which is hereby expressly incorporated by reference in its entirety for all purposes, by applying the methods and teachings. . In some embodiments, the network features and analysis (Farine et al, in “Constructing, Conducting and Interpreting Animal Social Network Analysis” ”Journal of Animal Diagnostics, Journal of Animal Diagnostics, Journal of Animal Physics, Vol. /1365-2656.1418, such as those discussed by reference for all purposes, which are expressly incorporated herein by reference in their entirety) can be utilized and adjusted for the present disclosure.

いくつかの実施形態では、ネットワーク解析は、ノンパラメトリック手法(例えば、Taskinen et al.“Multivariate nonparametric tests of independence.”Journal of the American Statistical Association 100.471(2005):916−925、及びGieser et al.“A Nonparametric Test of Independence Between Two Vectors.”Journal of the American Statistical Association,Vol.92,No.438,June,1977,pp561−567(あらゆる目的のために参照によってそれぞれの全体が本明細書に明確に組み込まれる)に詳細が記載される教示内容及び方法を適用することによるもの)を含み、こうしたノンパラメトリック手法には、相互情報量最大情報係数、最大情報エントロピー(MIE;例えば、Zhang Ya−hong et al.“Detecting Multivariable Correlation with Maximal Information Entropy[J]”Journal of Electronics & Information Technology,2015−01(37(1):123−129)(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)の教示内容及び方法を適用することによるもの)、カーネル正準相関解析(KCCA;例えば、Bach et al.“Kernel Independent Component Analysis”Journal of Machine Learning Research 3(2002)1−48(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)に詳細が記載される教示内容及び方法を適用することによるもの)、交替条件付き期待値またはバックフィッティングアルゴリズム(ACE;例えば、Breiman et al.“Estimating Optimal Transformations for Multiple Regression and Correlation: Rejoinder.”Journal of the American Statistical Association 80,no.391(1985):614−19,doi:10.2307/2288477(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)に詳細が記載される教示内容及び方法を適用することによるもの)、相関距離測定(dcor;例えば、Szekely et al.“Measuring and Testing Dependence by Correlation of Distances”The Annals of Statistics,2007,Vol.35,No.6,2769−2794,doi:10.1214/009053607000000505(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)に詳細が記載される教示内容及び方法を適用することによるもの)、ブラウン距離共分散(Brownian distance covariance)(dcov;例えば、Szekely et al.“Brownian Distance Covariance”The Annals of Applied Statistics,2009,Vol.3,No.4,1236−1265,Doi:10.1214/09−AOAS312(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)に詳細が記載される教示内容及び方法を適用することによるもの)、ヒルベルト・シュミット独立性基準(HSCI/CHSI;例えば、Gretton et al.“A Kernal Two−Sample Test”Journal of Machine Learning Research 13(2012)723−773、及びPoczos et al.“Copula−based Kernel Dependency Measures”Carnegie Mellow University,Research Showcase@CMU,Proceedings of the 29th International Conference on Machine Learning(これらの文献はそれぞれ、あらゆる目的のため参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)に詳細が記載される教示内容及び方法を適用することによるもの)、乱択従属係数(RDC;例えば、Lopez−Paz et al.“The Randomized Dependence Coefficient”Advances in Neural Information Processing Systems(2013)(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)に詳細が記載される教示内容及び方法を適用することによるもの)が含まれ、こうした手法によって変数の連結度が確立される。いくつかの実施形態では、こうした方法の1つまたは複数を、バギング法もしくはブースティング法またはk最近傍推定法(例えば、Breiman,“Arcing Classifiers”The Annals of Statistics,1998,Vol.26,No.3,801−849、Liu,“Modified Bagging of Maximal Information Coefficient for Genome−wide Identification”Int.J.Data Mining and Bioinformatics,Vol.14,No.3,2016,pp.229−257、及び/またはGao et al.“Efficient Estimation of Mutual Information for Strongly Dependent Variables”Proceedings of the 18th International Conference on Artificial Intelligence and Statistics(AISTATS),2015,San Diego,CA,JMLR:W&CP Volume 38(これらの文献はそれぞれ、あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)に詳細が記載される教示内容及び方法を適用することによるもの)と組み合わせることができる。   In some embodiments, the network analysis may be performed using non-parametric techniques (eg, Taskinen et al., “Multivariate nonparametric tests of independence.” Journal of the American Statistical, Academic Association, October 2004, Journal of the American Statistical Association, and the National Association of Medical Sciences). "A Nonparametric Test of Independence Between Two Vectors." Journal of the American Statistical Association, Vol. 92, No. 438, Jun. 1977, Vol. By applying the teachings and methods detailed in each of which are hereby expressly incorporated herein by reference), such non-parametric approaches include a mutual information maximum information coefficient, a maximum information Entropy (MIE; see, for example, Zhang Ya-Hong et al., "Detecting Multivariable Correlation with Maximum Information Entropy [J]", Journal of Electronics, Inc., for all of the following items. , By applying the teachings and methods of U.S. Pat. Quasi-correlation analysis (KCCA; e.g., Bach et al. "Kernel Independent Component Analysis" Journal of Machine Learning Research 3 (2002) 1-48, which is expressly incorporated herein by reference for all purposes). By applying the teachings and methods described in detail in US Pat. "Journal of the American Statistical Association 80, no. 391 (1985): 614-19, doi: 10.2307 / 2288777, which is hereby expressly incorporated by reference in its entirety for any purpose. By applying the teachings and methods described), correlation distance measurements (dcor; see, for example, Szekely et al., "Measuring and Testing Dependence by Correlation of Distances", The Annals of Statistics, 200. Statistical. 6,2769-2794, doi: 10.2114 / 009053700000000505 (Every eye For example, Brownian distance covariance (dcov; e.g., Szekely), by applying the teachings and methods described in detail in US Pat. et al., "Brownian Distance Covariance," The Annals of Applied Statistics, 2009, Vol. 3, No. 4, 1236-1265, Doi: 10.214 / 09-AOAS 312 (herein incorporated by reference in its entirety for all purposes). By incorporating the teachings and methods described in detail in the Hilbert-Schmidt Independence Standard (HSCI / CHSI; eg Gr) etton et al. "A Kernal Two-Sample Test" Journal of Machine Learning Research 13 (2012) 723-773, and Poczos et al. "Copula-based Kernel Dependency Measures" Carnegie Mellow University, Research Showcase @ CMU, Proceedings of the 29th International Conference on Machine Learning (each of these references is hereby expressly incorporated by reference in its entirety for all purposes) by applying the teachings and methods detailed therein. , Randomized dependent coefficients (RDC; see, for example, Lopez-Paz et al. By applying the teachings and methods described in detail in "The Randomized Dependence Coefficient", Advances in Neural Information Processing Systems (2013), which is expressly incorporated by reference in its entirety for any purpose. These methods establish the connectivity of the variables. In some embodiments, one or more of these methods may be performed using a bagging or boosting method or a k-nearest neighbor estimation method (eg, Breiman, “Arcing Classifiers” The Annals of Statistics, 1998, Vol. 3, 801-849, Liu, "Modified Bagging of Maximum Information Coefficient for Genome-wide Identification", Int. J. Data Mining and Bioinformatics, Int. J. Data Mining and Bioinformatics. et al., "Efficient Estimation of Mutual I" The information for the formation for Strongly Dependable Variables "Proceedings of the 18th International Conference on Artificial Intelligence and the references for all of them are: (Which is specifically incorporated herein) by applying the teachings and methods detailed therein.

いくつかの実施形態では、ネットワーク解析は、ノードレベル解析を含み、こうしたノードレベル解析には、次数、強度、媒介中心性、固有ベクトル中心性、ページランク、及び到達性(reach)が含まれる。別の実施形態では、ネットワーク解析は、ネットワークレベル特徴量を含み、こうしたネットワークレベル特徴量には、密度、同類性または次数相関、推移性、連鎖解析、モジュラリティ解析、頑健性測定、媒介性測定、連結度測定、推移性測定、中心性測定、またはそれらの組み合わせが含まれる。他の実施形態では、種コミュニティルール(例えば、Connor et al.“The Assembly of Species Communities:Chance or Competition?”Ecology,Vol.60,No.6(Dec.,1979),pp.1132−1140(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる)を参照のこと)がネットワークに適用され、これは、ガンビット・オブ・ザ・グループ(Gambit of the Group)仮定(例えば、Franks et al.“Sampling Animal Association Networks with the Gambit of the Group”Behav Ecol Sociobiol(2010)64:493,doi:10.1007/x00265−0098−0865−8(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)の方法及び教示内容を適用することによるもの)を活用することを含み得る。いくつかの実施形態では、固有ベクトル/モジュラリティマトリックス解析方法は、例えば、Mark EJ Newman in“Finding community structure in networks using the eigenvectors of matrices”Physical Review E 74.3(2006):036104(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)によって議論される教示内容及び方法を調整利用することによって使用することができる。   In some embodiments, the network analysis includes a node-level analysis, where such node-level analysis includes order, strength, intermediary centrality, eigenvector centrality, page rank, and reach. In another embodiment, the network analysis includes network-level features, such as density, homogeneity or order correlation, transitivity, linkage analysis, modularity analysis, robustness measurement, intermediary measurement. , Connectivity measurements, transitivity measurements, centrality measurements, or combinations thereof. In other embodiments, species community rules (e.g., Connor et al., "The Assemblies of Species Communities: Chance or Competition?", Ecology, Vol. 60, No. 6 (Dec., 1979), pp. 1132-1140. (See, for all purposes, incorporated herein by reference in its entirety)), which applies to the Gambit of the Group assumptions (eg, Franks et al.). al. "Sampling Animal Association Networks with the Gambit of the Group" Behav Ecol Sociobiol 2010) by applying the methods and teachings of 64: 493, doi: 10.1007 / x00265-0098-0865-8, which are expressly incorporated herein by reference in their entirety for any purpose. ). In some embodiments, the eigenvector / modularity matrix analysis method is described in, for example, Mark EJ Newman in “Finding community structure in networks using the eigenvectors of matrices” for any purpose. Can be used by adapting the teachings and methods discussed in US Pat.

いくつかの実施形態では、時間集合ネットワークまたは時間順序ネットワークが利用される。別の実施形態では、クラスター解析方法は、グラフにおけるコミュニティ検出の使用、及び/またはコミュニティ検出アルゴリズム(非限定的な例として、Louvainアルゴリズム、Bron−Kerboschアルゴリズム、Girvan−Newmanアルゴリズム、Clauset−Newman−Mooreアルゴリズム、Pons−Latapyアルゴリズム、及びWakita−Tsurumiアルゴリズムなど)の使用による、観測マトリックス、連結度モデル、部分空間モデル、分布モデル、密度モデル、または重心モデルの構築(building)または構築(constructing)を含む。   In some embodiments, a time aggregation network or a time ordered network is utilized. In another embodiment, the cluster analysis method comprises using community detection in the graph and / or a community detection algorithm (as non-limiting examples, the Louvain algorithm, the Bron-Kerbosch algorithm, the Girvan-Newman algorithm, the Clauset-Newman-Moore algorithm). Algorithm, Pons-Latacy algorithm, and Wakita-Tsurumi algorithm, etc.), including building or constructing an observation matrix, connectivity model, subspace model, distribution model, density model, or centroid model .

いくつかの実施形態では、クラスター解析方法は、モジュラリティの最適化に基づくヒューリスティックな方法である。別の実施形態では、クラスター解析方法は、Louvain法(例えば、Blondel et al.(2008)Fast unfolding of communities in large networks.Journal of Statistical Mechanics:Theory and Experiment,Volume 2008,October 2008(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる)によって記載される方法を参照のこと。この方法を、本明細書に開示の方法における使用に適用することができる)である。   In some embodiments, the cluster analysis method is a heuristic method based on modularity optimization. In another embodiment, the cluster analysis method is based on the Louvain method (eg, Blondel et al. (2008) Fast unfolding of communi- ties in large networks. (Incorporated herein by reference in its entirety), which is applicable for use in the methods disclosed herein).

他の実施形態では、ネットワーク解析は、リンクのマイニング及び予測、集団分類、リンクに基づくクラスタリング、階層的クラスター解析、関連類似度、またはそれらの組み合わせを介するネットワークの予測モデリングを含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、微分方程式に基づく集団のモデリングを含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、Lotka−Volterraモデリングを含む。   In other embodiments, the network analysis includes predictive modeling of the network via link mining and prediction, population classification, link-based clustering, hierarchical cluster analysis, related similarity, or a combination thereof. In another embodiment, the network analysis includes population modeling based on differential equations. In another embodiment, the network analysis includes Lotka-Volterra modeling.

いくつかの実施形態では、試料における環境パラメータに対する1つまたは複数の活性微生物株の関連付け(例えば、共出現の決定)は、環境パラメータと微生物株との関連性を示すリンケージがまとまったマトリックスを創出することを含む。   In some embodiments, associating one or more active microbial strains with environmental parameters in a sample (eg, determining co-occurrence) creates a matrix of coordinated linkages indicating the association of environmental parameters with microbial strains. Including doing.

いくつかの実施形態では、段階2007で得られる複数の試料データ(例えば、2つ以上の時点で取得され得る2つ以上の試料にわたって得られるものであり、それぞれの時点は、個々の試料に対応する)が集計される。別の実施形態では、各試料における1つまたは複数の微生物株のそれぞれの細胞の数が関連性マトリックス(いくつかの実施形態では、量マトリックスであり得る)に蓄積される。1つの実施形態では、関連性マトリックスは、関連性(例えば、量)データで重み付けされるルールマイニング手法を使用して特定時点試料における活性微生物株間の関連性を明らかにするために使用される。1つの実施形態では、有意ではないルールを除外するためにフィルターが適用される。   In some embodiments, a plurality of sample data obtained in step 2007 (eg, obtained over two or more samples that can be obtained at more than one time point, each time point corresponding to an individual sample) Is counted). In another embodiment, the number of cells of each of the one or more microbial strains in each sample is accumulated in an association matrix (which in some embodiments may be a quantity matrix). In one embodiment, the relevance matrix is used to determine the relevance between active microbial strains in a point-in-time sample using a rule mining approach weighted with relevance (eg, quantity) data. In one embodiment, a filter is applied to exclude rules that are not significant.

いくつかの実施形態では、1つもしくは複数の活性微生物株または2つ以上の活性微生物株の絶対細胞数が、例えば共出現の決定を介して、1つまたは複数の環境パラメータに関連付けられる(図2、2008)。環境パラメータは、解析対象の試料(複数可)に応じて選択することができ、本明細書に記載の方法による制限を受けない。環境パラメータは、試料自体のパラメータであり得、例えば、試料におけるpH、温度、タンパク質量である。あるいは、環境パラメータは、微生物コミュニティの独自性の変化に影響を与えるパラメータであるか(すなわち、微生物コミュニティの「独自性」は、コミュニティにおける微生物株の型及び/または特定の微生物株の数によって特徴付けられる)、あるいは微生物コミュニティの独自性の変化によって影響を受けるパラメータである。例えば、1つの実施形態では、環境パラメータは、動物の食物摂取量であるか、あるいは泌乳反芻動物によって産生する乳汁の量(または乳汁のタンパク質もしくは脂肪の含量)である。1つの実施形態では、環境パラメータは、同一の試料に存在する、微生物コミュニティの第2の微生物株の存在、活性、及び/または量である。本明細書に記載の実施形態のいくつかでは、環境パラメータは、メタデータパラメータと称され、逆もまた同様である。   In some embodiments, the absolute cell number of one or more active microbial strains or two or more active microbial strains is related to one or more environmental parameters, for example, through co-occurrence determinations (FIG. 2, 2008). The environmental parameters can be selected according to the sample (s) to be analyzed and are not limited by the methods described herein. Environmental parameters can be parameters of the sample itself, for example, pH, temperature, protein content in the sample. Alternatively, is the environmental parameter a parameter that affects changes in the identity of the microbial community (ie, the “identity” of the microbial community is characterized by the type of microbial strain and / or the number of particular microbial strains in the community? Or the parameters affected by changes in the identity of the microbial community. For example, in one embodiment, the environmental parameter is the food intake of the animal or the amount of milk produced by the lactating ruminant (or the protein or fat content of the milk). In one embodiment, the environmental parameter is the presence, activity, and / or amount of a second microbial strain of the microbial community present in the same sample. In some of the embodiments described herein, environmental parameters are referred to as metadata parameters, and vice versa.

メタデータパラメータの他の例には、限定はされないが、試料の取得元である宿主に由来する遺伝情報(例えば、DNA変異情報)、試料pH、試料温度、特定のタンパク質またはmRNAの発現、周辺環境/生態系の栄養素条件(例えば、1つまたは複数の栄養素のレベル及び/または独自性)、疾患に対する感受性または抵抗性、疾患の発症または進行、毒素に対する試料の感受性または抵抗性、生体異物化合物の有効性(医薬的な薬物)、天然物の生合成、あるいはそれらの組み合わせが含まれる。   Other examples of metadata parameters include, but are not limited to, genetic information (eg, DNA mutation information) from the host from which the sample was obtained, sample pH, sample temperature, expression of a particular protein or mRNA, surroundings. Environmental / ecosystem nutrient conditions (eg, level and / or identity of one or more nutrients), susceptibility or resistance to disease, development or progression of disease, susceptibility or resistance of sample to toxins, xenobiotic compounds (Pharmaceutical drug), natural product biosynthesis, or a combination thereof.

例えば、1つの実施形態によれば、図2の方法(すなわち、2001〜2007)に従って、複数の試料にまたがって微生物株数変化が計算される。1つまたは複数の活性株(例えば、段階2006に従って活性であると最初に同定された1つまたは複数の株)の経時的な株数変化が集計されると共に、変化の方向性が加味される(すなわち、負の値は減少を示し、正の値は増加を示す)。経時的な細胞数はネットワークとして示され、微生物株はノードを示し、量で重み付けされたルールはエッジを示す。マルコフ連鎖及びランダムウォークを活用することで、ノード間の連結度が決定され、クラスターが定義される。1つの実施形態では、クラスターは、所望のメタデータと関連するクラスターを同定するために、メタデータを使用してフィルタリングされる(図2、2008)。   For example, according to one embodiment, a change in the number of microbial strains across multiple samples is calculated according to the method of FIG. 2 (ie, 2001-2007). The change in the number of strains over time of one or more active strains (eg, one or more strains initially identified as active according to step 2006) is tabulated and the direction of the change is taken into account ( That is, a negative value indicates a decrease and a positive value indicates an increase). Cell numbers over time are shown as a network, microbial strains indicate nodes, and volume-weighted rules indicate edges. By utilizing Markov chains and random walks, connectivity between nodes is determined, and clusters are defined. In one embodiment, the clusters are filtered using the metadata to identify clusters associated with the desired metadata (FIG. 2, 2008).

別の実施形態では、経時的な細胞数変化と標的クラスターに存在する株とを統合することによる重要度に従って微生物株が順位付けされ、細胞数変化が最も大きいものが最上位に順位付けされる。   In another embodiment, the microbial strains are ranked according to their importance by integrating the change in cell number over time with the strains present in the target cluster, with the highest change in cell number being ranked at the top. .

1つの実施形態では、ネットワーク解析方法及び/またはクラスター解析方法は、ネットワーク内の1つまたは複数の株の連結度を測定するために使用され、ネットワークは、共通または同様の環境パラメータを共有する2つ以上の試料がまとまったものである。1つの実施形態では、ネットワーク解析は、連鎖解析、モジュラリティ解析、頑健性測定、媒介性測定、連結度測定、推移性測定、中心性測定、またはそれらの組み合わせを含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、リンクのマイニング及び予測、社会的ネットワーク理論、集団分類、リンクに基づくクラスタリング、関連類似度、またはそれらの組み合わせを介するネットワークの予測モデリングを含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、連結度を確立するための、変数間の相互情報量、最大情報係数計算、または他のノンパラメトリック法を含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、微分方程式に基づく集団のモデリングを含む。さらに別の実施形態では、ネットワーク解析は、Lotka−Volterraモデリングを含む。   In one embodiment, the network analysis method and / or the cluster analysis method is used to measure the connectivity of one or more strains in the network, wherein the networks share common or similar environmental parameters. One or more samples are collected. In one embodiment, the network analysis comprises a linkage analysis, a modularity analysis, a robustness measure, a mediation measure, a connectivity measure, a transitivity measure, a centrality measure, or a combination thereof. In another embodiment, network analysis includes predictive modeling of the network via link mining and prediction, social network theory, population classification, link-based clustering, related similarity, or a combination thereof. In another embodiment, the network analysis includes mutual information between variables, a maximum information coefficient calculation, or other non-parametric methods to establish connectivity. In another embodiment, the network analysis includes population modeling based on differential equations. In yet another embodiment, the network analysis includes Lotka-Volterra modeling.

クラスター解析方法は、連結度モデル、部分空間モデル、分布モデル、密度モデル、または重心モデルを構築することを含む。   The cluster analysis method includes constructing a connectivity model, a subspace model, a distribution model, a density model, or a centroid model.

ネットワーク及びクラスターに基づく解析(例えば、図2の方法段階2008を実施するためのもの)は、プロセッサ、コンポーネント、及び/またはモジュールを介して実施することができる。本明細書で使用されるコンポーネント及び/またはモジュールは、例えば、任意の組立物、命令、及び/または動作可能なように連結された電気コンポーネントのセットとなり得るものであり、こうしたコンポーネント及び/またはモジュールには、例えば、メモリ、プロセッサ、電気トレース、光コネクタ、ソフトウェア(ハードウェアで実行されるもの)及び/または同様のものが含まれ得る。   Network and cluster based analysis (eg, for performing method step 2008 of FIG. 2) may be performed via processors, components, and / or modules. A component and / or module as used herein may be, for example, any assembly, instructions, and / or a set of operably linked electrical components, wherein such component and / or module may be operable. May include, for example, memory, processors, electrical traces, optical connectors, software (implemented in hardware), and / or the like.

図3Aは、1つの実施形態による、微生物の解析、スクリーニング、及び選択を行うプラットフォーム及びシステム300を示す模式図である。本開示によるプラットフォームは、天然の微生物コミュニティ内の多次元の種間相互作用及び依存度を決定するためのシステム及び処理を含み得るものであり、図3Aと関連して一例が示される。図3Aは、構造的な図であるため、説明の明瞭性を向上させるために、ある特定の態様は割愛されているが、こうした態様は、本開示の文脈に鑑みれば、当業者には明らかであろう。   FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a platform and system 300 for analyzing, screening, and selecting microorganisms according to one embodiment. Platforms according to the present disclosure may include systems and processes for determining multi-dimensional inter-species interactions and dependencies within a natural microbial community, an example is shown in connection with FIG. 3A. Although FIG. 3A is a structural diagram, certain aspects have been omitted for clarity of explanation, but such aspects will be apparent to one of ordinary skill in the art in light of the context of the present disclosure. Will.

図3Aに示されるように、微生物のスクリーニング及び選択を行うプラットフォーム及びシステム300は、1つまたは複数のプロセッサ310、データベース319、メモリ320、通信インターフェース390、ユーザー入力デバイス396及び周辺デバイス397(限定はされないが、データの収集及び解析を行うデバイス(FACsなど)、選択/インキュベート/製剤化デバイス、及び/または追加のデータベース/データソース、遠隔データ収集デバイス(例えば、メタデータ環境データ(試料特徴、温度、天候など)を収集することができるデバイス(そのような情報を収集するためのアプリを実行するモバイルスマートフォンならびに他のモバイルデバイスまたは固定式デバイスを含む))を含む)と相互通信するように構成された入力/出力インターフェース、クライアント393b(ユーザーインターフェース及び/またはディスプレイ(グラフィカルディスプレイなど)を含み得る)ならびにユーザー393aに対して通信ネットワーク392(例えば、LAN、WAN、及び/またはインターネット)を介してデータを送受信するように構成されたネットワークインターフェース、データ収集コンポーネント330、絶対数計数コンポーネント335、試料関連付けコンポーネント340、活性コンポーネント345、ネットワーク解析コンポーネント350、ならびに株選択/微生物アンサンブル生成コンポーネント355、及び生物学的状態/診断コンポーネント360を含み得る。いくつかの実施形態では、微生物スクリーニングシステム300は、単一の物理的デバイスであり得る。他の実施形態では、微生物スクリーニングシステム300は、複数の物理的デバイス(例えば、動作可能なようにネットワークによって結ばれたもの)を含み得、こうした物理的デバイスはそれぞれ、図3Aに示されるコンポーネント及び/またはモジュールを1つまたは複数含み得る。いくつかの実施形態では、スクリーニングシステムは、例えば、米国特許出願公開第2016/0110515号、同第2016/0230217号、及び同第2016/0224749号(これらの文献はそれぞれ、あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)に詳細が記載される教示内容及び方法を適用することによって診断及び治療に利用することができる。   As shown in FIG. 3A, a platform and system 300 for screening and selecting microorganisms includes one or more processors 310, a database 319, a memory 320, a communication interface 390, a user input device 396, and a peripheral device 397 (with limitations). Data collection and analysis devices (such as FACs), selection / incubation / formulation devices, and / or additional databases / data sources, remote data collection devices (e.g., metadata environmental data (sample characteristics, temperature Devices that can collect such information (including mobile smartphones and other mobile or stationary devices that run apps to collect such information)). Input / output interface, client 393b (which may include a user interface and / or display (such as a graphical display)) and data to user 393a via communication network 392 (eg, LAN, WAN, and / or the Internet). Interface, data collection component 330, absolute count component 335, sample association component 340, activation component 345, network analysis component 350, and strain selection / microorganism ensemble generation component 355, and biological A status / diagnosis component 360 may be included. In some embodiments, the microorganism screening system 300 can be a single physical device. In other embodiments, the microbial screening system 300 may include a plurality of physical devices (eg, operably linked by a network), each of which may include the components and components shown in FIG. 3A. And / or may include one or more modules. In some embodiments, the screening systems include, for example, U.S. Patent Application Publication Nos. 2016/0110515, 2016/0230217, and 2016/0224749, each of which is referenced for any purpose. , Which are expressly incorporated herein by reference in their entirety) and can be utilized in diagnosis and therapy by applying the teachings and methods detailed therein.

微生物スクリーニングシステム300におけるコンポーネントまたはモジュールはそれぞれ、残りのコンポーネント及び/またはモジュールのそれぞれに動作可能なように連結することができる。微生物スクリーニングシステム300におけるコンポーネント及び/またはモジュールはそれぞれ、そのコンポーネント及び/またはモジュールと関連する1つまたは複数の特定の機能を実行することが可能なハードウェア及び/またはソフトウェア(ハードウェアに保存されたもの及び/またはハードウェアで実行されるもの)との任意の組み合わせで使用することができる。   Each component or module in the microbial screening system 300 can be operably linked to each of the remaining components and / or modules. Each of the components and / or modules in the microbial screening system 300 may be hardware and / or software capable of performing one or more specific functions associated with the component and / or module (e.g., stored on hardware). And / or implemented in hardware).

メモリ320は、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)(例えば、ダイナミックRAM、スタティックRAM)、フラッシュメモリ、着脱式メモリ、ハードドライブ、データベース、及び/または同様のものであり得る。いくつかの実施形態では、メモリ320は、例えば、データベース(例えば、319に示されるようなもの)、処理、アプリケーション、仮想マシン、及び/または他の何らかのソフトウェアコンポーネント、ソフトウェアプログラム、及び/またはソフトウェアモジュール(ハードウェアに保存されたもの及び/またはハードウェアで実行されるもの)、あるいはハードウェアコンポーネント/ハードウェアモジュールを含み得るものであり、こうしたものは、微生物スクリーニング処理及び/または微生物スクリーニング及びアンサンブル生成のための1つもしくは複数の関連方法を実行するように構成される(例えば、データ収集コンポーネント330、絶対数計数コンポーネント335、試料関連付けコンポーネント340、活性コンポーネント345、ネットワーク解析コンポーネント350、株選択/微生物アンサンブル生成コンポーネント355、(及び/または同様のモジュール)を介して実行するように構成される)。そのような実施形態では、微生物スクリーニング及び/またはアンサンブル生成処理及び/または関連方法を実行する命令は、メモリ320内に保存し、プロセッサ310で実行することができる。いくつかの実施形態では、データ収集コンポーネント330を介して収集されたデータは、データベース319及び/またはメモリ320に保存することができる。   Memory 320 may be, for example, random access memory (RAM) (eg, dynamic RAM, static RAM), flash memory, removable memory, hard drive, database, and / or the like. In some embodiments, memory 320 may include, for example, a database (eg, as shown at 319), a process, an application, a virtual machine, and / or some other software component, software program, and / or software module. (Either stored in hardware and / or implemented in hardware), or may include hardware components / hardware modules, such as microbial screening processes and / or microbial screening and ensemble generation (E.g., a data collection component 330, an absolute count component 335, a sample association component 340, an activity coordinator, etc.). Component 345, the network analysis component 350, strain selection / microbial ensemble generation component 355 is configured to run through (and / or similar modules)). In such embodiments, instructions for performing the microbial screening and / or ensemble generation process and / or related methods may be stored in memory 320 and executed by processor 310. In some embodiments, data collected via data collection component 330 may be stored in database 319 and / or memory 320.

プロセッサ310は、例えば、通信インターフェース390の操作の制御と、メモリ320へのデータの書き込み及びメモリ320からのデータの読み込みと、メモリ320内に保存された命令の実行と、を行うよう構成することができる。プロセッサ310は、例えば、データ収集コンポーネント330、絶対数計数コンポーネント335、試料関連付けコンポーネント340、活性コンポーネント、及びネットワーク解析コンポーネント350(本明細書にさらに詳細に記載される)の操作を実行及び/または制御するように構成することもできる。いくつかの実施形態では、データ収集コンポーネント330、絶対数計数コンポーネント335、試料関連付けコンポーネント340、活性コンポーネント345、ネットワーク解析コンポーネント350、及び株選択/アンサンブル生成コンポーネント355は、プロセッサ(複数可)310の制御下で、メモリ320内に保存された方法または処理に基づいて微生物スクリーニング、選択、及び合成アンサンブル生成処理(本明細書にさらに詳細に記載される)を実行するように構成することができる。   The processor 310 is configured to, for example, control the operation of the communication interface 390, write data to and read data from the memory 320, and execute instructions stored in the memory 320. Can be. Processor 310 performs and / or controls the operation of, for example, data collection component 330, absolute count component 335, sample association component 340, activation component, and network analysis component 350 (described in further detail herein). It can also be configured to do so. In some embodiments, the data collection component 330, the absolute count component 335, the sample association component 340, the activation component 345, the network analysis component 350, and the strain selection / ensemble generation component 355 control the processor (s) 310. Below, it can be configured to perform a microbial screening, selection, and synthetic ensemble generation process (described in further detail herein) based on a method or process stored in memory 320.

通信インターフェース390は、微生物スクリーニングシステム300の1つまたは複数のポートを含み、及び/またはそれを管理(例えば、入出力インターフェース(複数可)395を介して管理)するように構成することができる。場合によっては、例えば、通信インターフェース390(例えば、ネットワークインターフェースカード(NIC))は、1つまたは複数のラインカード(line card)を含み得、こうしたラインカードはそれぞれ、デバイス(例えば、周辺デバイス397及び/またはユーザー入力デバイス396)に(動作可能なように)連結された1つまたは複数のポートを含み得る。通信インターフェース390に含められるポートは、連結されたデバイスとの活発な通信またはネットワーク392を介した活発な通信(例えば、エンドユーザーデバイス393b、ホストデバイス、サーバーなどとの通信)を行うことができる任意の実体であり得る。いくつかの実施形態では、そのようなポートは、必ずしもハードウェアポートである必要はなく、仮想ポートまたはソフトウェアによって定義されるポートでもあり得る。通信ネットワーク392は、情報(例えば、データ及び/または信号)を送信することが可能な任意のネットワークまたはネットワークの組み合わせであり得、通信ネットワーク392には、例えば、電話ネットワーク、イーサネット(登録商標)ネットワーク、光ファイバーネットワーク、無線ネットワーク、及び/またはセルラーネットワークが含まれ得る。通信は、ネットワークを介するものであり得、こうしたネットワークは、例えば、Wi−Fiまたは無線ローカルエリアネットワーク(「WLAN」)接続、無線ワイドエリアネットワーク(「WWAN」)接続、及び/またはセルラー接続などである。ネットワーク接続は、有線接続であり得、こうした有線接続は、例えば、イーサネット(登録商標)接続、デジタル加入回線(「DSL」)接続、広帯域同軸接続、及び/または光ファイバー接続などである。例えば、微生物スクリーニングシステム300は、ネットワーク392を介して1つまたは複数の計算デバイス393bによってアクセスされるように構成されたホストデバイスであり得る。そのような様式では、計算デバイスは、ネットワーク392を介して、微生物スクリーニングシステム300に情報を送信し、及び/または微生物スクリーニングシステム300から情報を受信することができる。そのような情報は、例えば、微生物スクリーニングシステム300が収集し、関連付け、決定し、解析し、及び/またはネットワーク解析された微生物のうちで活性なもののアンサンブルを生成する情報であり得え、このことは、本明細書にさらに詳細に記載される。同様に、計算デバイスは、微生物スクリーニングシステム300からの決定情報を検索及び/または要求するように構成することができる。   Communication interface 390 may include one or more ports of microbial screening system 300 and / or may be configured to manage it (eg, manage via input / output interface (s) 395). In some cases, for example, communication interface 390 (eg, a network interface card (NIC)) may include one or more line cards, each of which is a device (eg, peripheral device 397 and a peripheral device 397). And / or a user input device 396). A port included in the communication interface 390 may be any port capable of providing active communication with a connected device or active communication via the network 392 (eg, communication with an end user device 393b, a host device, a server, etc.). Entity. In some embodiments, such ports need not necessarily be hardware ports, but may also be virtual ports or ports defined by software. Communication network 392 can be any network or combination of networks capable of transmitting information (eg, data and / or signals), including, for example, a telephone network, an Ethernet network, , Fiber optic networks, wireless networks, and / or cellular networks. Communication may be via a network, such as a Wi-Fi or wireless local area network ("WLAN") connection, a wireless wide area network ("WWAN") connection, and / or a cellular connection, and the like. is there. The network connection can be a wired connection, such as an Ethernet connection, a digital subscriber line (“DSL”) connection, a broadband coaxial connection, and / or a fiber optic connection, for example. For example, microbial screening system 300 can be a host device configured to be accessed by one or more computing devices 393b via network 392. In such a manner, the computing device can send information to and / or receive information from the microorganism screening system 300 via the network 392. Such information can be, for example, information collected, correlated, determined, analyzed, and / or generated by the microbial screening system 300 to generate an ensemble of active microbes among the microbes that have been networked. Is described in further detail herein. Similarly, the computing device can be configured to retrieve and / or request decision information from the microorganism screening system 300.

いくつかの実施形態では、通信インターフェース390は、入力/出力インターフェース395を含み、及び/またはそれを含むように構成することができる。入力/出力インターフェースは、ユーザー入力デバイス、周辺デバイス、暗号プロセッサデバイス、及び/または同様のものを受容、それと通信、及び/またはそれに接続することができる。場合によっては、1つの出力デバイスは、ビデオディスプレイであり得、こうしたビデオディスプレイには、例えば、ビデオインターフェースからの信号を受信するインターフェース(例えば、デジタルビジュアルインターフェース(DVI)の電気回路及びケーブル)を備えた陰極線管(CRT)もしくは液晶ディスプレイ(LCD)、LED、またはプラズマを基礎とするモニタが含まれ得る。そのような実施形態では、通信インターフェース390は、他の機能の中でも特に、データ及び/または情報を受信し、微生物スクリーニングの修正、指令、及び/または命令を送信するように構成することができる。   In some embodiments, communication interface 390 includes and / or can be configured to include input / output interface 395. The input / output interface may receive, communicate with, and / or connect to, user input devices, peripheral devices, cryptographic processor devices, and / or the like. In some cases, one output device may be a video display, which includes, for example, an interface (eg, a digital visual interface (DVI) electrical circuit and cable) that receives signals from the video interface. A cathode ray tube (CRT) or liquid crystal display (LCD), LED, or plasma based monitor may be included. In such embodiments, communication interface 390 may be configured to receive data and / or information and to transmit microbial screening modifications, commands, and / or instructions, among other functions.

データ収集コンポーネント330は、天然の微生物コミュニティ内の多次元の種間相互作用及び依存度に関する解析のためのデータを収集、処理、及び/または正規化するように構成された任意のハードウェア及び/またはソフトウェアのコンポーネント及び/またはモジュール(メモリ(メモリ320など)に保存されたもの及び/またはハードウェア(プロセッサ310など)で実行されるもの)であり得、上記の解析は、絶対数計数コンポーネント335、試料関連付けコンポーネント340、活性コンポーネント345、ネットワーク解析コンポーネント350、及び/または株選択/アンサンブル生成コンポーネント355によって実施される。いくつかの実施形態では、データ収集コンポーネント330は、試料の所与の体積における1つまたは複数の活性生物株の絶対細胞数を決定するように構成することができる。データ収集コンポーネント330は、1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数に基づき、マーカー配列を使用して絶対細胞数データセット内の活性株を同定することができる。データ収集コンポーネント330は、試料中の微生物集団の動態を示すために、ある一定期間、継続的にデータを収集することができる。データ収集コンポーネント330は、時間的なデータを集計し、メモリ(メモリ320など)に存在する量マトリックスにそれぞれの活性生物株の細胞数を蓄積することができる。   Data collection component 330 may include any hardware and / or configured to collect, process, and / or normalize data for analysis of multidimensional inter-species interactions and dependencies within the natural microbial community. Alternatively, the analysis may be software components and / or modules (eg, stored in memory (eg, memory 320) and / or executed in hardware (eg, processor 310)), and the above analysis may be performed by absolute number counting component 335. , The sample association component 340, the activation component 345, the network analysis component 350, and / or the strain selection / ensemble generation component 355. In some embodiments, the data collection component 330 can be configured to determine the absolute cell number of one or more active organism strains in a given volume of the sample. The data collection component 330 can use the marker sequence to identify active strains in the absolute cell count data set based on the absolute cell count of one or more active microbial strains. Data collection component 330 can continuously collect data for a period of time to indicate the dynamics of the microbial population in the sample. The data collection component 330 can aggregate data over time and accumulate the cell number of each active organism strain in a quantity matrix present in a memory (such as the memory 320).

試料関連付けコンポーネント340及びネットワーク解析コンポーネント350は、天然の微生物コミュニティ内の多次元の種間相互作用及び依存度をまとめて決定するように構成することができる。試料関連付けコンポーネント340は、メタデータパラメータを(環境パラメータを、例えば、共出現したことをもって)1つまたは複数の活性微生物株の存在に関連付けるように構成された任意のハードウェアコンポーネント及び/またはソフトウェアコンポーネント(メモリ(メモリ320など)に保存されたもの及び/またはハードウェア(プロセッサ310など)で実行されるもの)であり得る。いくつかの実施形態では、試料関連付けコンポーネント340は、1つまたは複数の活性生物株を1つまたは複数の環境パラメータに関連付けることができる。   The sample association component 340 and the network analysis component 350 can be configured to collectively determine multidimensional interspecies interactions and dependencies within the natural microbial community. The sample association component 340 may include any hardware and / or software components configured to associate metadata parameters (with environmental parameters, eg, by co-occurrence) with the presence of one or more active microbial strains. (Eg, stored in memory (eg, memory 320) and / or executed on hardware (eg, processor 310)). In some embodiments, the sample association component 340 can associate one or more active organism strains with one or more environmental parameters.

ネットワーク解析コンポーネント350は、環境(メタデータ)パラメータに対して試料における1つまたは複数の活性微生物株が共出現することを決定するように構成された任意のハードウェアコンポーネント及び/またはソフトウェアコンポーネント(メモリ(メモリ320など)に保存されたもの及び/またはハードウェア(プロセッサ310など)で実行されるもの)であり得る。いくつかの実施形態では、データ収集コンポーネント330によって収集されたデータと、試料関連付けコンポーネント340によって決定された1つまたは複数の活性微生物株と1つまたは複数の環境パラメータとの間の関連性と、に基づいて、ネットワーク解析コンポーネント350は、環境パラメータと微生物株との関連性を示すリンケージ、1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数、ならびに1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルがまとまったマトリックスを創出することで、微生物株の不均一集団の1つまたは複数のネットワークを示すことができる。例えば、ネットワーク解析では、量データで重み付けされるルールマイニング手法を使用して試料における活性微生物株とメタデータパラメータとの間の関連性(例えば、2つ以上の活性微生物株の関連性)を明らかにするために関連性(量及び/または存在量)マトリックスを使用することができる。いくつかの実施形態では、ネットワーク解析コンポーネント350は、ルールを選択及び/または除外するためのフィルターを適用することができる。ネットワーク解析コンポーネント350は、変化の方向性を加味した上で(すなわち、負の値は減少を示し、正の値は増加を示す)、活性株の経時的な細胞数変化を計算することができる。ネットワーク解析コンポーネント350は、ネットワークとしてマトリックスを示すことができ、微生物株はノードを示し、量で重み付けされたルールはエッジを示す。ネットワーク解析コンポーネント350は、マルコフ連鎖及びランダムウォークを活用して、ノード間の連結度を決定し、クラスターを定義することができる。いくつかの実施形態では、ネットワーク解析コンポーネント350は、所望のメタデータと関連するクラスターを同定するために、メタデータを使用してクラスターをフィルタリングすることができる。いくつかの実施形態では、ネットワーク解析コンポーネント350は、経時的な細胞数変化と標的クラスターに存在する株とを統合することによって標的微生物株を順位付けすることができ、細胞数変化が最も大きいものが最上位に順位付けされる。   The network analysis component 350 may include any hardware and / or software components (such as memory) configured to determine that one or more active microbial strains in a sample co-appear in response to environmental (metadata) parameters. (Eg, stored in memory 320) and / or executed on hardware (eg, processor 310). In some embodiments, the association between the data collected by the data collection component 330 and one or more active microbial strains and one or more environmental parameters determined by the sample association component 340, Based on the network analysis component 350, the linkage indicating the association of the environmental parameter with the microbial strain, the absolute cell number of one or more active microbial strains, and the expression of one or more unique second markers Creating a leveled matrix can indicate one or more networks of heterogeneous populations of microbial strains. For example, network analysis uses quantitative data-weighted rule mining techniques to reveal the association between active microbial strains and metadata parameters in a sample (eg, the association of two or more active microbial strains). The relevance (amount and / or abundance) matrix can be used to In some embodiments, the network analysis component 350 can apply filters to select and / or exclude rules. The network analysis component 350 can calculate the change in cell number of the active strain over time, taking into account the direction of the change (ie, a negative value indicates a decrease and a positive value indicates an increase). . The network analysis component 350 can show the matrix as a network, where microbial strains show nodes and quantity-weighted rules show edges. Network analysis component 350 can leverage Markov chains and random walks to determine connectivity between nodes and define clusters. In some embodiments, the network analysis component 350 can use the metadata to filter the clusters to identify clusters associated with the desired metadata. In some embodiments, the network analysis component 350 can rank the target microbial strain by integrating the change in cell number over time with the strain present in the target cluster, where the cell number change is greatest. Are ranked at the top.

いくつかの実施形態では、ネットワーク解析は、連鎖解析、モジュラリティ解析、頑健性測定、媒介性測定、連結度測定、推移性測定、中心性測定、またはそれらの組み合わせを含む。別の実施形態では、クラスター解析方法を使用することができ、このクラスター解析方法は、連結度モデル、部分空間モデル、分布モデル、密度モデル、または重心モデルを構築することを含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、リンクのマイニング及び予測、集団分類、リンクに基づくクラスタリング、関連類似度、またはそれらの組み合わせを介するネットワークの予測モデリングを含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、連結度を確立するための、変数間の相互情報量、最大情報係数計算、または他のノンパラメトリック法を含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、微分方程式に基づく集団のモデリングを含む。別の実施形態では、ネットワーク解析は、Lotka−Volterraモデリングを含む。   In some embodiments, the network analysis comprises a linkage analysis, a modularity analysis, a robustness measure, an intermediary measure, a connectivity measure, a transitivity measure, a centrality measure, or a combination thereof. In another embodiment, a cluster analysis method can be used, which includes building a connectivity model, subspace model, distribution model, density model, or centroid model. In another embodiment, network analysis includes predictive modeling of the network via link mining and prediction, population classification, link-based clustering, related similarity, or a combination thereof. In another embodiment, the network analysis includes mutual information between variables, a maximum information coefficient calculation, or other non-parametric methods to establish connectivity. In another embodiment, the network analysis includes population modeling based on differential equations. In another embodiment, the network analysis includes Lotka-Volterra modeling.

図3Bは、本開示の実施形態の1つによる論理フローの例を示す。最初に、複数の試料及び/または試料セットが取得及び/または入手される(3001)。本明細書で使用される「試料」は、1つまたは複数の試料、試料セット、複数の試料(例えば、特定の集団に由来するもの)を指し得るが、これは理解を容易にするためのものであり、結果的に、2つ以上の異なる試料について議論されるとき、各試料は、複数の副試料を含み得ることを理解されよう(例えば、第1の試料及び第2の試料について議論されるとき、第1の試料は、第1の集団から取得された副試料を2つ、3つ、4つ、5つ、またはそれを上回る数含み得、第2の試料は、第2の集団から取得された副試料、あるいは、第1の集団から取得されるが、異なる時点(第1の副試料の取得から1週間後または1ヶ月後の時点など)で取得された副試料を2つ、3つ、4つ、5つ、またはそれを上回る数含み得る)。副試料が取得されると、それぞれの副試料についての個々の取得識別指標及びパラメータを管理し、蓄積することができ、こうしたものには、環境パラメータ、定性的及び/または定量的な知見、集団メンバー独自性が含まれる(したがって、例えば、2つ以上の異なる時点で同一の集団から試料が取得されるとき、こうした副試料は独自性によって対にされるため、時間1の時点で動物1から取得される副試料は、時間2の時点で同一の動物から取得される副試料と結び付けられるなどする)。   FIG. 3B illustrates an example of a logic flow according to one embodiment of the present disclosure. Initially, a plurality of samples and / or sample sets are acquired and / or obtained (3001). As used herein, a “sample” may refer to one or more samples, a set of samples, a plurality of samples (eg, from a particular population), which may be easier to understand. And consequently, when discussing two or more different samples, it will be understood that each sample may include a plurality of sub-samples (eg, the first sample and the second sample are discussed). When performed, the first sample may include two, three, four, five, or more subsamples obtained from the first population, and the second sample may include a second sample. A sub-sample obtained from the population or a sub-sample obtained from the first population but obtained at a different time point (for example, one week or one month after obtaining the first sub-sample) is 2 , Three, four, five, or more). Once the sub-samples have been obtained, the individual acquisition indicators and parameters for each sub-sample can be managed and accumulated, including environmental parameters, qualitative and / or quantitative findings, population Member identity is included (thus, for example, when samples are obtained from the same population at two or more different time points, such sub-samples are paired by identity, thus, The acquired subsample is associated with a subsample obtained from the same animal at time 2).

各試料、試料セット、及び/または副試料について、標的生物型に基づいて細胞が染色され(3002)、各試料/副試料またはその一部が重量測定され、段階希釈され(3003)、処理される(3004)ことで、各試料/副試料におけるそれぞれの微生物型の細胞数が決定される。1つの例示の実施態様では、細胞選別機を使用することで、試料に由来する個々の細菌細胞及び真菌細胞(環境試料に由来するものなど)を数えることができる。本開示の一環として、特異的な色素を開発したことで、従来の方法では以前は数えることができなかった微生物を数えることが可能になった。本開示の方法に従って特異的な色素を使用すると、細胞壁(例えば、細菌及び/または真菌のもの)が染色されることで、レーザーを使用して細胞特徴に基づいて、より大きな集団から標的細胞の個別集団を数えることができる。1つの特定の例では、環境試料が調製され、等張緩衝液で希釈され、下記の色素で染色される:(a)細菌については、下記の色素を染色に使用することができる−DNA:Sybrグリーン、呼吸:5−シアノ−2,3−ジトリルテトラゾリウムクロリド及び/またはCTC、細胞壁:マラカイトグリーン及び/またはクリスタルバイオレット、(b)真菌については、下記の色素を染色に使用することができる−細胞壁:カルコフロールホワイト、コンゴーレッド、トリパンブルー、ダイレクトイエロー96、ダイレクトイエロー11、ダイレクトブラック19、ダイレクトオレンジ10、ダイレクトレッド23、ダイレクトレッド81、ダイレクトグリーン1、ダイレクトバイオレット51、コムギ胚芽凝集素−WGA、リアクティブイエロー2、リアクティブイエロー42、リアクティブブラック5、リアクティブオレンジ16、リアクティブレッド23、リアクティブグリーン19、及び/またはリアクティブバイオレット5。   For each sample, sample set, and / or subsample, cells are stained based on the target biotype (3002), and each sample / subsample or portion thereof is weighed, serially diluted (3003), and processed. (3004), the number of cells of each microorganism type in each sample / subsample is determined. In one exemplary embodiment, a cell sorter can be used to count individual bacterial and fungal cells from a sample, such as those from an environmental sample. As part of the present disclosure, the development of specific dyes has made it possible to count microorganisms that could not previously be counted by conventional methods. Using a specific dye in accordance with the methods of the present disclosure stains the cell wall (eg, of bacterial and / or fungal nature) and allows the target cell to be removed from a larger population based on the cell characteristics using a laser. Individual groups can be counted. In one particular example, an environmental sample is prepared, diluted with an isotonic buffer, and stained with the following dyes: (a) For bacteria, the following dyes can be used for staining-DNA: Sybr green, respiration: 5-cyano-2,3-ditolyltetrazolium chloride and / or CTC, cell wall: malachite green and / or crystal violet, (b) For fungi, the following dyes can be used for staining: -Cell wall: Calcoflor White, Congo Red, Trypan Blue, Direct Yellow 96, Direct Yellow 11, Direct Black 19, Direct Orange 10, Direct Red 23, Direct Red 81, Direct Green 1, Direct Violet 51, Wheat Germ Agglutinin- WGA, reactive Yellow 2, Reactive Yellow 42, Reactive Black 5, Reactive Orange 16, Reactive Red 23, Reactive Green 19, and / or reactive violet 5.

直接的色素及び反応性色素は、典型的には、セルロースに基づく材料(すなわち、綿、亜麻、及びビスコースレーヨン)の染色を連想させるものであるが、本開示の開発においては、こうした色素をキチン及びキトサンの染色にも使用できることが有利に発見された。当該色素をキチン及びキトサンの染色に利用できる理由は、キチン及びキトサンには、それぞれアセチルグルコサミンがβ−(1→4)結合で連結された鎖、ならびにD−グルコサミン及びN−アセチル−D−グルコサミンがβ−(1→4)結合で連結された鎖が存在することによるものである。こうしたサブユニットから鎖が構築されると、セルロース鎖と非常に類似した平らな繊維様構造が形成される。キチン分子及び/またはキトサン分子への直接的な色素の付着は、色素と当該繊維分子と間のファンデルワールス力を介して生じる。これら2つ分子の間の接触表面積が広ければ広いほど、相互作用が強くなる。一方、反応性色素は、キチン及び/またはキトサンに対して共有結合を形成する。   Direct dyes and reactive dyes are typically reminiscent of dyeing cellulose-based materials (ie, cotton, flax, and viscose rayon), but in the development of the present disclosure, such dyes are referred to as dyes. It has been advantageously discovered that it can also be used for dyeing chitin and chitosan. The reason why the dye can be used for staining chitin and chitosan is that chitin and chitosan each have a chain in which acetylglucosamine is linked by β- (1 → 4) bond, and D-glucosamine and N-acetyl-D-glucosamine. Is due to the presence of chains linked by β- (1 → 4) bonds. When chains are built from these subunits, a flat fibrous structure is formed, much like cellulose chains. Direct dye attachment to chitin molecules and / or chitosan molecules occurs via Van der Waals forces between the dye and the fiber molecule. The larger the contact surface area between these two molecules, the stronger the interaction. On the other hand, the reactive dye forms a covalent bond to chitin and / or chitosan.

染色された試料はそれぞれ、計数のためにFACsにロードされる(3004)。個々の液滴(例えば、マイクロリットルの約1/10のもの(0.1μL))の流れを生じさせる特定サイズのノズル(例えば、100μm(実施態様及び用途に応じて選択される))を備えたマイクロ流体チップを介して試料を分析にかけることができる。こうした変数(ノズルサイズ、液滴形成)は、それぞれの標的微生物型に最適化することができる。理想的には、それぞれの液滴には1つの細胞、すなわち「事象(event)」が封入され、それぞれの液滴にレーザーが当たると、染色物はすべて励起され、異なる波長の光を放出する。FACsは、それぞれの放出を光学的に検出し、それを事象としてプロットすることができる(例えば、2Dグラフにプロットすることができる)。典型的なグラフは、事象のサイズ(「前方散乱」によって決定される)に対応する1つの軸と、蛍光の強度に対応するもう1つの軸と、からなるものである。こうしたグラフ上の個別の集団の周りに「ゲート」をかけることができ、こうしたゲート内の事象を数えることができる。   Each of the stained samples is loaded into FACs for counting (3004). Equipped with nozzles of a specific size (for example, 100 μm (selected according to the embodiment and application)) to generate a flow of individual droplets (for example, about 1/10 microliter (0.1 μL)) The sample can be subjected to analysis via the microfluidic chip. These variables (nozzle size, droplet formation) can be optimized for each target microbial type. Ideally, each droplet encapsulates a single cell, or "event," and when each droplet is illuminated by a laser, all of the dye is excited and emits light of a different wavelength. . FACs can detect each emission optically and plot it as an event (eg, can be plotted on a 2D graph). A typical graph consists of one axis corresponding to the size of the event (determined by "forward scatter") and another axis corresponding to the intensity of the fluorescence. "Gates" can be applied around individual groups on such graphs, and events within such gates can be counted.

図3Cは、ダイレクトイエローで染色された真菌に由来するデータの例を示しており、酵母の単培養物(3005a)(正の対照、左)、E.coli(3005b)(負の対照、中央)、及び環境試料(3005c)(実験、右)を含む。この図では、「後方散乱」(BSC−A)によって事象の複雑性が測定されており、FITCによってダイレクトイエローからの蛍光放出強度が測定されている。ドットはそれぞれ、1つの事象を示しており、事象の密度は、緑色から赤色への色変化によって示される。ゲートBは、標的となる事象(この場合は、ダイレクトイエローで染色された真菌)が見られることが予測される通常領域を示す。   FIG. 3C shows an example of data from fungi stained with direct yellow, yeast monoculture (3005a) (positive control, left), E. coli. E. coli (3005b) (negative control, middle) and environmental sample (3005c) (experimental, right). In this figure, the complexity of the event is measured by "backscatter" (BSC-A), and the fluorescence emission intensity from direct yellow is measured by FITC. Each dot represents one event, and the density of the event is indicated by a color change from green to red. Gate B shows the normal area where the target event (in this case, the fungus stained with direct yellow) is expected to be seen.

図3Bに説明を戻すと、1つまたは複数の取得源から2つ以上の試料(個々の動物もしくは単一の地理的位置から経時的に取得される試料、地理的位置、品種、能力、食物、疾患などが異なる2つ以上の群から取得される試料、生理学的な撹乱もしくは事象を経験する1つもしくは複数の群から取得される試料、及び/または同様のものを含む)を取得すること(3001)から始まり、フローサイトメトリー(上記の染色(3002)を含む)を使用して試料が解析されることで絶対数が確立され得る。試料は、重量測定され、段階希釈され(3003)、FACsを使用して処理される(3004)。次に、FACsの結果が処理されることで、各試料における所望の生物型の絶対数が決定される(3005)。下記のコード断片は、1つの実施形態による、そのような処理の方法論の例を示すものである:
3B, two or more samples from one or more sources (samples obtained over time from individual animals or a single geographic location, geographic location, breed, performance, food Obtaining a sample obtained from two or more groups that differ in disease, etc., a sample obtained from one or more groups experiencing a physiological disturbance or event, and / or the like). Starting at (3001), the absolute number can be established by analyzing the sample using flow cytometry (including staining (3002) above). Samples are weighed, serially diluted (3003) and processed using FACs (3004). Next, the results of the FACs are processed to determine the absolute number of the desired biotype in each sample (3005). The following code fragment illustrates an example of such a processing methodology, according to one embodiment:

各試料から全核酸が単離される(3006)。核酸試料溶出液は、2つの部分に分割され(典型的には2等分される)、それぞれの部分が酵素的に精製されることで、精製DNAが得られるか(3006a)、または精製RNAが得られる(3006b)。精製RNAは、酵素的にcDNAに変換されることによって安定化される(3006c)。PCRを使用して精製DNAと精製cDNAとの両方についてシークエンシングライブラリー(例えば、ILLUMINAシークエンシングライブラリー)が調製されることで、適切なバーコード及びアダプター領域が付加され、所望の生物型の測定に適したマーカー領域が増幅される(3007)。ライブラリーのクオリティを評価及び定量化することができ、次に、すべてのライブラリーをプールしてシークエンシングすることができる。   Total nucleic acid is isolated from each sample (3006). The nucleic acid sample eluate is split into two parts (typically bisected) and each part is purified enzymatically to yield purified DNA (3006a) or purified RNA Is obtained (3006b). Purified RNA is stabilized by enzymatic conversion to cDNA (3006c). By preparing a sequencing library (eg, an ILLUMINA sequencing library) for both the purified DNA and the purified cDNA using PCR, the appropriate barcode and adapter regions are added, and the desired biotype A marker region suitable for measurement is amplified (3007). Library quality can be assessed and quantified, and then all libraries can be pooled and sequenced.

生のシークエンシングリードに対してクオリティトリミング及びマージが実施される(3008)。処理されたリードが重複除去され、クラスター化されることで、複数の試料に存在する特有の株のすべてのセットまたはリストが得られる(3009)。このセットまたはリストは、複数の試料に存在するそれぞれの株を分類学的に同定するために使用することができる(3010)。DNA試料に由来するシークエンシングライブラリーを同定することができ、同定されたDNAライブラリーに由来するシークエンシングリードは、各試料にどの株が存在するかを同定し、各試料におけるそれぞれの株のリード数を定量化するために、重複除去された株のセットまたはリストにマッピングし戻される(3011)。次に、定量化されたリードリストは、それぞれの株の絶対数または細胞数を決定するために、標的微生物型の絶対細胞数と統合される(3013)。下記のコード断片は、1つの実施形態による、そのような処理の方法論の例を示すものである:
Quality trimming and merging are performed on the raw sequencing reads (3008). The processed reads are deduplicated and clustered to provide a complete set or list of unique strains present in multiple samples (3009). This set or list can be used to taxonomically identify each strain present in multiple samples (3010). Sequencing libraries derived from DNA samples can be identified, and sequencing reads derived from the identified DNA libraries identify which strains are present in each sample and identify the respective strains in each sample. It is mapped back to a set or list of deduplicated strains to quantify the number of reads (3011). Next, the quantified lead list is integrated (3013) with the absolute cell number of the target microbial type to determine the absolute number or cell number of each strain. The following code fragment illustrates an example of such a processing methodology, according to one embodiment:

cDNA試料から得られたシークエンシングライブラリーが同定される(3014)。次に、同定されたcDNAライブラリーに由来するシークエンシングリードは、各試料においてどの株が活性であるかを決定するために、重複除去された株のリストにマッピングし戻される。リード数が特定または指定の閾値を下回るのであれば(3015)、その株は、不活性であると見なされるか、または同定され、その後の解析から除外される(3015a)。リード数が閾値を上回るのであれば(3015)、その株は、活性であると見なされるか、または同定され、解析に残される(3015b)。次に、不活性株は、結果からフィルタリングされることで(3013)、各試料についての活性株のセットまたはリスト及びそれぞれの絶対数/細胞数が得られる(3016)。下記のコード断片は、1つの実施形態による、そのような処理の方法論の例を示すものである:
A sequencing library obtained from the cDNA sample is identified (3014). Next, the sequencing reads from the identified cDNA library are mapped back to the list of deduplicated strains to determine which strains are active in each sample. If the number of reads is below a specified or specified threshold (3015), the strain is considered inactive or identified and excluded from further analysis (3015a). If the number of reads is above the threshold (3015), the strain is considered active or identified and left for analysis (3015b). The inactive strains are then filtered from the results (3013) to obtain a set or list of active strains for each sample and their respective absolute / cell counts (3016). The following code fragment illustrates an example of such a processing methodology, according to one embodiment:

各試料(試料のセット、副試料など)についての定性的メタデータ及び定量的メタデータ(例えば、環境パラメータなど)が同定、検索、及び/または取得され(3017)、データベース(例えば、319)に保存される(3018)。適切なメタデータを特定することができ、用途/実施態様に応じてデータベースにクエリーが投げられることで、解析対象の各試料についての特定メタデータ及び/または関連メタデータが引き出される(3019)。次に、メタデータのサブセットが活性株のセットまたはリスト及びその対応する絶対数/細胞数とマージされることで、試料マトリックスによって1つの大きな種及びメタデータが創出される(3020)。   Qualitative and quantitative metadata (eg, environmental parameters, etc.) for each sample (set of samples, subsamples, etc.) is identified, searched, and / or obtained (3017) and stored in a database (eg, 319). Saved (3018). Appropriate metadata can be identified and the database can be queried depending on the application / embodiment to derive specific and / or related metadata for each sample to be analyzed (3019). The sample matrix then creates one large species and metadata by merging a subset of the metadata with the set or list of active strains and their corresponding absolute / cell numbers (3020).

次に、最大情報係数(MIC)が株とメタデータとの間(3021a)ならびに株間(3021b)で計算される。結果がプールされることで、すべての関連性のセットまたはリスト及びその対応するMICスコアが創出される(3022)。関連性が所与の閾値を下回るのであれば(3023)、関連性がないものと見なされる/特定される(3023b)。関連性が所与の閾値を上回るのであれば(3023)、関連性があるものと見なされ/特定され(3023a)、ネットワーク解析にさらに供される(3024)。下記のコード断片は、1つの実施形態による、そのような解析の方法論の例を示すものである:
Next, the maximum information coefficient (MIC) is calculated between the stock and the metadata (3021a) and between the stocks (3021b). The results are pooled to create a set or list of all associations and their corresponding MIC scores (3022). If the relevance is below a given threshold (3023), it is considered / relevant (3023b). If the relevance is above a given threshold (3023), it is considered / identified as relevant (3023a) and further submitted to network analysis (3024). The following code fragment illustrates an example of such an analysis methodology, according to one embodiment:

ネットワーク解析の結果に基づいて生物学的状態が定義され、及び/または活性株が選択され(3025)、この選択は、選択された株を含む製造物(例えば、アンサンブル、集合物、及び/または他の合成集団)を調製するために実施される。ネットワーク解析の結果を使用することで、追加の製造物組成試験を行うための株の診断及び/または選択の情報を得ることもできる。   Based on the results of the network analysis, a biological state is defined and / or an active strain is selected (3025), wherein the selection comprises a product (eg, an ensemble, an assembly, and / or an ensemble) containing the selected strain. Other synthetic populations). The results of the network analysis can also be used to obtain information on the diagnosis and / or selection of the strain for conducting additional product composition tests.

閾値の使用については、解析及び決定に関して上に議論されている。閾値は、統計学な閾値(すなわち、有意性検定)に加えて、実施態様及び用途に応じて、(1)経験的に決定されるものであり(例えば、リードレベルが低い特定の部分または有意な部分を除去する数となるようにカットオフ値が設定され、分布レベルに基づいて決定される)、(2)任意の非ゼロ値であり、(3)割合/パーセンタイルに基づくものであり、(4)第2のマーカー(すなわち、活性)の正規化リード数が第1のマーカー(細胞数)の正規化リード数を上回る株のみとするものであり、(5)活性と量または細胞数との間のlog2倍率変化であり、(6)第2のマーカー(活性)の正規化リード数が、試料(及び/または試料セット)全体についての第2のマーカー(活性)の平均リード数を上回るものとするものであり、及び/または任意の大きさの上記の閾値であり得る。以下には、1つの実施形態に従って、DNAに基づく第1のマーカーの測定値と関連してRNAに基づく第2のマーカーの測定値の分布に対して閾値を設定する例が詳細に示される。   The use of thresholds is discussed above with respect to analysis and determination. Thresholds, in addition to statistical thresholds (ie, significance tests), may be (1) determined empirically depending on the embodiment and application (e.g., specific portions with low read levels or significant The cutoff value is set to be a number that removes the undesired part and is determined based on the distribution level), (2) any non-zero value, (3) based on the ratio / percentile, (4) Only those strains in which the normalized number of reads of the second marker (ie, activity) exceeds the normalized number of reads of the first marker (number of cells), and (5) the activity and the amount or the number of cells And (6) the normalized number of reads for the second marker (activity) is the average number of reads for the second marker (activity) for the entire sample (and / or sample set). To exceed And / or any magnitude of the threshold value. In the following, an example of setting a threshold value for the distribution of measurements of a second marker based on RNA in connection with measurements of a first marker based on DNA according to one embodiment is shown in detail.

1羽の雄性Cobb500の小腸内容物を取得し、本開示による分析に供した。簡潔に記載すると、試料における細菌細胞の総数を、FACsを使用して決定した(例えば、3004)。固定した小腸試料から全核酸を単離した(例えば、3006)。DNA(第1のマーカー)シークエンシングライブラリー及びcDNA(第2のマーカー)シークエンシングライブラリーを調製し(例えば、3007)、ILLUMINA MISEQにロードした。それぞれのライブラリーに由来する生のシークエンシングリードに対して、クオリティフィルタリング、重複除去、クラスター化、及び定量化を実施した(例えば、3008)。DNAに基づくライブラリーとcDNAに基づくライブラリーとの両方に由来する定量化株のリストを細胞数データと統合することで、試料中のそれぞれの株の絶対細胞数を確立した(例えば、3013)。cDNAは、必ずしも株量の直接的な測定値を与えるものではないものの(すなわち、高度に活性な株は、同一のRNA分子のコピーを多く有し得る)、この例では、cDNAに基づくライブラリーを細胞計数データと統合することで、DNAライブラリーに使用したものと同一の正規化手順を維持した。   The intestinal contents of one male Cobb500 were obtained and subjected to analysis according to the present disclosure. Briefly, the total number of bacterial cells in a sample was determined using FACs (eg, 3004). Total nucleic acids were isolated from fixed small intestine samples (eg, 3006). A DNA (first marker) sequencing library and a cDNA (second marker) sequencing library were prepared (eg, 3007) and loaded into the ILLUMINA MISEQ. Quality filtering, deduplication, clustering, and quantification were performed on raw sequencing reads from each library (eg, 3008). By integrating the list of quantified strains from both DNA-based and cDNA-based libraries with cell count data, the absolute cell number of each strain in the sample was established (eg, 3013). . Although cDNA does not necessarily provide a direct measure of strain quantity (ie, highly active strains may have many copies of the same RNA molecule), in this example, a cDNA-based library Was maintained with the cell count data to maintain the same normalization procedure used for the DNA library.

分析の後、cDNAに基づくライブラリーでは702株(46株は特有のもの)を同定し、DNAに基づくライブラリーでは1140株を同定した。活性閾値として0を使用すると(すなわち、任意の非ゼロ値を残すと)、この試料中でDNAに基づく第1のマーカーを有していた株の57%が、cDNAに基づく第2のマーカーとも関連していた。こうした株は、微生物コミュニティのうちの活性部分であると同定/見なされ、こうした株のみ、その後の解析が継続される。閾値の厳密性を上げ、その第2のマーカー値が第1のマーカー値を上回る株のみを活性であると見なすのであれば、289株(25%)のみが閾値を満たす。この閾値を満たす株は、図3DのDNA(第1のマーカー)線を上回るものに対応する。   After analysis, the cDNA-based library identified 702 strains (46 were unique) and the DNA-based library identified 1140 strains. Using 0 as the activity threshold (ie, leaving any non-zero value), 57% of the strains that had the first DNA-based marker in this sample had both a cDNA-based second marker and Was related. Such strains are identified / considered to be an active part of the microbial community, and only such strains are subject to further analysis. If the threshold is stricter and only those strains whose second marker value exceeds the first marker value are considered active, only 289 strains (25%) meet the threshold. Strains meeting this threshold correspond to those above the DNA (first marker) line in FIG. 3D.

本開示は、互いに影響し合う複数の活性微生物株ならびに1つまたは複数のパラメータまたはメタデータを同定し、同定された微生物を微生物アンサンブルにおいて使用するために選択するさまざまな方法を含み、当該微生物アンサンブルは、共通機能の実施と関連するか、もしくは共通機能に影響を与えるか、または認識可能なパラメータ(目的の表現型形質(例えば、反芻動物における乳産生の増加)など)に関与するか、もしくはそれを導くか、もしくはそれと関連するものであると説明できる、個々の微生物種または種の株の微生物コミュニティの選択サブセットを含む。本開示は、こうした方法を実施及び/または促進するさまざまなシステム及び装置も含む。   The present disclosure includes various methods of identifying a plurality of interacting active microbial strains and one or more parameters or metadata and selecting the identified microorganisms for use in a microbial ensemble. Is associated with the performance of or affects the common function, or is involved in a recognizable parameter, such as a phenotypic trait of interest (eg, increased milk production in ruminants), or Includes a selected subset of the microbial community of individual microbial species or strains of a species that can guide or be described as being related thereto. The present disclosure also includes various systems and devices that implement and / or facilitate such methods.

いくつかの実施形態では、方法は、少なくとも1つの共通の特徴(試料地理的位置、試料型、試料源、試料源個体、試料標的動物、試料時期、品種、食物、温度など)を共有し、かつ少なくとも1つの異なる特徴(共通の特徴とは異なる試料地理的位置/時間的位置、試料型、試料源、試料源個体、試料標的動物、試料時期、品種、食物、温度など)を有する少なくとも2つの試料を取得することを含む。各試料について、1つまたは複数の微生物型の存在が検出され、1つまたは複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の数が決定され、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量が測定され、特有の第1のマーカーはそれぞれ、微生物株のマーカーである。この後、それぞれの微生物型の数と第1のマーカーの数とが統合されることで、各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数が得られ、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーが特定した閾値に基づいて測定されることで各試料におけるその微生物株の活性レベルが決定され、決定された活性によって絶対細胞数がフィルタリングされることで、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のセットまたはリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数が得られ、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数が互いに比較されるか、または少なくとも2つの試料のそれぞれについての少なくとも1つの測定メタデータと比較され、予測される機能及び/または化学に基づいて、少なくとも2つの群、少なくとも3つの群、少なくとも4つの群、少なくとも5つの群、少なくとも6つの群、少なくとも7つの群、少なくとも8つの群、少なくとも9つの群、少なくとも10の群、少なくとも15の群、少なくとも20の群、少なくとも25の群、少なくとも50の群、少なくとも75の群、または少なくとも100の群のうちの1つへと活性微生物株が分類される。例えば、比較は、それぞれの微生物株の間の結び付き、それぞれの微生物株とメタデータとの間の結び付き、及び/またはメタデータと微生物株との間の結び付き、を明らかにするネットワーク解析であり得る。少なくとも1つの微生物を、少なくとも2つの群から選択し、組み合わせることで、少なくとも1つのメタデータに対応する特性(例えば、標的の特性(乳牛または乳牛集団の乳産生など))を変えるように構成された微生物のアンサンブルを形成させることができる。アンサンブルの形成は、微生物株またはそれぞれの微生物株を単離すること、あらかじめ単離された微生物株を解析に基づいて選択すること、及び/または解析に基づいて特定の微生物株をインキュベート/増殖させること、ならびに用途に基づいて特定の量/数及び/または比率及び/または媒体/担体(複数可)で株を含むように株を組み合わせて微生物アンサンブルを形成させること、を含み得る。アンサンブルは、それがレシピエントに影響を与える(例えば、乳産生を増加させる)ことができるような方法でそのアンサンブル中の微生物を送達することが可能になる適切な媒体、担体、及び/または医薬担体を含み得る。   In some embodiments, the methods share at least one common characteristic (sample geographic location, sample type, sample source, sample source individual, sample target animal, sample time, breed, food, temperature, etc.) And at least two with at least one different feature (sample geographical / temporal location different from the common feature, sample type, sample source, sample source individual, sample target animal, sample timing, breed, food, temperature, etc.) Obtaining one sample. For each sample, the presence of one or more microbial types is detected, the number of each of the one or more microbial types detected in each sample is determined, and a unique first type in each sample is determined. The number and amount of the markers are measured, each unique first marker being a marker of a microorganism strain. Thereafter, the number of each microbial type and the number of the first marker are integrated to obtain the absolute cell number of each microbial strain present in each sample, and at least one unique for each microbial strain. The second marker is measured based on the specified threshold to determine the level of activity of that microbial strain in each sample, and the absolute cell number is filtered by the determined activity to provide at least two samples. A set or list of active microbial strains for each and their respective absolute cell numbers are obtained, and the filtered absolute cell numbers of the active microbial strains for each of at least two samples are compared to each other, or at least two The expected function and / or compared to at least one measurement metadata for each of the samples Or at least two groups, at least three groups, at least four groups, at least five groups, at least six groups, at least seven groups, at least eight groups, at least nine groups, at least ten groups The active microorganism strain is classified into one of a group, at least 15 groups, at least 20 groups, at least 25 groups, at least 50 groups, at least 75 groups, or at least 100 groups. For example, the comparison can be a network analysis that reveals a connection between each microorganism strain, a connection between each microorganism strain and the metadata, and / or a connection between the metadata and the microorganism strain. . The at least one microorganism is configured to be selected from at least two groups and combined to alter a property corresponding to the at least one metadata (eg, a target property (eg, milk production of a cow or cow population)). An ensemble of microorganisms can be formed. Ensemble formation includes isolating the or each microbial strain, selecting a pre-isolated microbial strain based on the analysis, and / or incubating / growing a particular microbial strain based on the analysis. And combining the strains to include the strains in a specific amount / number and / or ratio and / or medium / carrier (s) based on the application to form a microbial ensemble. The ensemble is a suitable vehicle, carrier, and / or medicament that enables the microorganisms in the ensemble to be delivered in such a way that it can affect the recipient (eg, increase milk production). A carrier may be included.

特有の第1のマーカーの数の測定は、各試料における特有のゲノムDNAマーカーの数を測定すること、各試料における特有のRNAマーカーの数を測定すること、各試料における特有のタンパク質マーカーの数を測定すること、及び/または各試料における特有の代謝物マーカーの数を測定すること(各試料における特有の脂質マーカーの数を測定すること、及び/または各試料における特有の糖質マーカーの数を測定することを含む)を含み得る。   The number of unique first markers is determined by measuring the number of unique genomic DNA markers in each sample, measuring the number of unique RNA markers in each sample, the number of unique protein markers in each sample. Measuring the number of unique metabolite markers in each sample (measuring the number of unique lipid markers in each sample, and / or the number of unique carbohydrate markers in each sample) Measuring).

いくつかの実施形態では、特有の第1のマーカーの数及びその量の測定は、各試料に由来するゲノムDNAをハイスループットシークエンシング反応に供すこと、及び/または各試料に由来するゲノムDNAをメタゲノムシークエンシングに供すこと、を含む。特有の第1のマーカーは、mRNAマーカー、siRNAマーカー、及び/またはリボソームRNAマーカー、のうちの少なくとも1つを含み得る。特有の第1のマーカーは、シグマ因子、転写因子、ヌクレオシド関連タンパク質、及び/または代謝酵素、のうちの少なくとも1つを付加的または代替的に含み得る。   In some embodiments, determining the number and amount of unique first markers comprises subjecting the genomic DNA from each sample to a high-throughput sequencing reaction and / or analyzing the genomic DNA from each sample. Subject to metagenomic sequencing. The unique first marker may include at least one of an mRNA marker, an siRNA marker, and / or a ribosomal RNA marker. The unique first marker may additionally or alternatively include at least one of a sigma factor, a transcription factor, a nucleoside-related protein, and / or a metabolic enzyme.

いくつかの実施形態では、少なくとも1つの特有の第2のマーカーの測定は、各試料における少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルを測定することを含むと共に、試料におけるmRNAを遺伝子発現解析に供すことを含み得る。遺伝子発現解析は、シークエンシング反応、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、メタトランスクリプトームシークエンシング、及び/またはトランスクリプトームシークエンシングを含み得る。   In some embodiments, measuring the at least one unique second marker comprises measuring the expression level of the at least one unique second marker in each sample and analyzing the mRNA in the sample for gene expression analysis. Subjecting the subject to an application. Gene expression analysis can include sequencing reactions, quantitative polymerase chain reaction (qPCR), meta-transcriptome sequencing, and / or transcriptome sequencing.

いくつかの実施形態では、少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルの測定は、各試料またはその一部を質量分析に供すこと、及び/または各試料またはその一部をメタリボソームプロファイリングもしくはリボソームプロファイリングに供すこと、を含む。1つまたは複数の微生物型には、細菌、古細菌、真菌、原生動物、植物、他の真核生物、ウイルス、ウイロイド、またはそれらの組み合わせが含まれ、1つまたは複数の微生物株には、1つまたは複数の細菌株、古細菌株、真菌株、原生動物株、植物株、他の真核生物株、ウイルス株、ウイロイド株、またはそれらの組み合わせが含まれる。1つまたは複数の微生物株は、1つもしくは複数の真菌種もしくは真菌亜種であり得、及び/または1つもしくは複数の微生物株は、1つもしくは複数の細菌種もしくは細菌亜種であり得る。   In some embodiments, determining the expression level of the at least one unique second marker comprises subjecting each sample or a portion thereof to mass spectrometry, and / or metabolizing each sample or a portion thereof to metaribosome profiling or Subject to ribosome profiling. The one or more microbial types include bacteria, archaea, fungi, protozoa, plants, other eukaryotes, viruses, viroids, or combinations thereof, and one or more microbial strains include: One or more bacterial strains, archaebacteria strains, fungal strains, protozoan strains, plant strains, other eukaryotic strains, virus strains, viroid strains, or combinations thereof, are included. The one or more microorganism strains may be one or more fungal species or fungal subspecies, and / or the one or more microorganism strains may be one or more bacterial species or bacterial subspecies. .

いくつかの実施形態では、各試料における1つまたは複数の微生物型のそれぞれの数の決定は、各試料またはその一部をシークエンシング、遠心分離、光学顕微鏡法、蛍光顕微鏡法、染色、質量分析、マイクロフルイディクス、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、ゲル電気泳動、及び/またはフローサイトメトリーに供すことを含む。   In some embodiments, determining the number of each of the one or more microbial types in each sample comprises sequencing, centrifuging, light microscopy, fluorescence microscopy, staining, mass spectroscopy of each sample or a portion thereof. , Microfluidics, quantitative polymerase chain reaction (qPCR), gel electrophoresis, and / or flow cytometry.

特有の第1のマーカーは、5Sリボソームサブユニット遺伝子、16Sリボソームサブユニット遺伝子、23Sリボソームサブユニット遺伝子、5.8Sリボソームサブユニット遺伝子、18Sリボソームサブユニット遺伝子、28Sリボソームサブユニット遺伝子、チトクロムc酸化酵素サブユニット遺伝子、β−チューブリン遺伝子、伸長因子遺伝子、RNAポリメラーゼサブユニット遺伝子、内部転写スペーサー(ITS)、またはそれらの組み合わせを含む系統発生学的マーカーを含み得る。特有のマーカーの数及びその量の測定は、各試料に由来するゲノムDNAをハイスループットシークエンシング反応に供すこと、ゲノムDNAをゲノムシークエンシングに供すこと、及び/またはゲノムDNAをアンプリコンシークエンシングに供すこと、を含み得る。   The unique first markers are 5S ribosomal subunit gene, 16S ribosomal subunit gene, 23S ribosomal subunit gene, 5.8S ribosomal subunit gene, 18S ribosomal subunit gene, 28S ribosomal subunit gene, cytochrome c oxidase It may include phylogenetic markers including subunit genes, β-tubulin genes, elongation factor genes, RNA polymerase subunit genes, internal transcribed spacers (ITS), or combinations thereof. The number of unique markers and the amount thereof can be determined by subjecting genomic DNA derived from each sample to a high-throughput sequencing reaction, subjecting genomic DNA to genomic sequencing, and / or subjecting genomic DNA to amplicon sequencing. Serving.

いくつかの実施形態では、少なくとも1つの異なる特徴は、第1の試料の取得時間と第2の試料の取得時間とが異なるように少なくとも2つの試料のそれぞれが取得された取得時間と、第1の試料の取得位置と第2の試料の取得位置とが異なるように少なくとも2つの試料のそれぞれが取得された取得位置(地理的な位置差異及び/または個々の試料標的/動物取得差異)と、を含む。少なくとも1つの共通の特徴は、第1の試料の試料源型と第2の試料の試料源型とが同一である試料源型を含み得る。試料源型は、動物型、器官型、土壌型、水型、堆積物型、油型、植物型、農産物型、バルク土壌型、土壌根圏型、植物部分型、及び/または同様のもの、のうちの1つであり得る。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの共通の特徴は、少なくとも2つの試料のそれぞれが消化管試料であることを含み、こうした消化管試料は、いくつかの実施態様では、ルーメン試料であり得る。いくつかの実施態様では、本明細書で提供される共通/異なる特徴は、代替として、ある特定の試料の間の異なる/共通の特徴であり得る。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの共通の特徴は、動物試料源型を含むと共に、各試料は、追加の共通の特徴を含み、その結果、各試料は、組織試料、血液試料、歯試料、汗試料、爪試料、皮膚試料、毛髪試料、糞便試料、尿試料、精液試料、粘液試料、唾液試料、筋肉試料、脳試料、または器官試料である。   In some embodiments, the at least one different feature is an acquisition time at which each of the at least two samples was acquired such that an acquisition time of the first sample and an acquisition time of the second sample were different; An acquisition position (geographical position difference and / or individual sample target / animal acquisition difference) at which each of the at least two samples was acquired such that the acquisition position of the sample and the acquisition position of the second sample were different; including. The at least one common feature may include a sample source type where the sample source type of the first sample and the sample source type of the second sample are the same. The sample source type is an animal type, an organ type, a soil type, a water type, a sediment type, an oil type, a plant type, an agricultural product type, a bulk soil type, a soil rhizosphere type, a plant part type, and / or the like, One of the following. In some embodiments, at least one common feature includes that each of the at least two samples is a gastrointestinal tract sample, and such a gastrointestinal tract sample may in some embodiments be a rumen sample. In some embodiments, the common / different features provided herein may alternatively be different / common features between certain samples. In some embodiments, the at least one common feature includes an animal sample source type, and each sample includes additional common features, such that each sample is a tissue sample, a blood sample, a tooth sample. , Sweat samples, nail samples, skin samples, hair samples, fecal samples, urine samples, semen samples, mucus samples, saliva samples, muscle samples, brain samples, or organ samples.

いくつかの実施形態では、上記の方法は、少なくとも1つの測定メタデータに基づいて標的から少なくとも1つの追加の試料を取得することをさらに含み得、標的に由来する少なくとも1つの追加の試料は、少なくとも2つの試料と少なくとも1つの共通の特徴を共有する。次に、標的に由来する少なくとも1つの追加の試料について、1つまたは複数の微生物型の存在が検出され、1つまたは複数の微生物型のうちで検出されたそれぞれの微生物型の数が決定され、特有の第1のマーカーの数及びその量が測定され、それぞれの微生物型の数と第1のマーカーの数とが統合されることで、存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数が得られ、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーが測定されることでその微生物株の活性レベルが決定され、決定された活性によって絶対細胞数がフィルタリングされることで、標的に由来する少なくとも1つの追加の試料ついての活性微生物株のセットまたはリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数が得られる。そのような実施形態では、少なくとも2つの群からの少なくとも1つの微生物株の選択は、標的に由来する少なくとも1つの追加の試料についての活性微生物株(複数可)のセットまたはリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数に基づくものであり、その結果、形成されるアンサンブルは、少なくとも1つのメタデータに対応する標的の特性を変えるように構成される。例えば、そのような実施態様が使用されるのであれば、ホルスタイン乳牛から取得された試料と、ジャージー乳牛または水牛から取得された標的試料と、から微生物アンサンブルを明らかにすることができ、元の試料及び標的試料(複数可)に由来する同一または同様の微生物株の間の同一、実質的に同様、または同様のネットワーク関連性が解析によって明らかにされる。   In some embodiments, the above method may further comprise obtaining at least one additional sample from the target based on the at least one measurement metadata, wherein the at least one additional sample from the target comprises: Share at least one common feature with at least two samples. Next, for at least one additional sample from the target, the presence of one or more microbial types is detected and the number of each detected microbial type of the one or more microbial types is determined. The number and amount of unique first markers are measured, and the number of each microbial type and the number of first markers are integrated to obtain the absolute cell number of each microbial strain present. Measuring at least one unique second marker for each microbial strain to determine the level of activity of that microbial strain and filtering the absolute cell number according to the determined activity to obtain a target-derived A set or list of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for at least one additional sample is obtained. In such embodiments, the selection of at least one microbial strain from the at least two groups comprises the set or list of active microbial strain (s) and the respective absolute for at least one additional sample from the target. The ensemble that is based on the cell number, such that the resulting ensemble is configured to alter a property of the target corresponding to the at least one metadata. For example, if such an embodiment is used, a microbial ensemble can be revealed from a sample obtained from a Holstein cow and a target sample obtained from a Jersey cow or buffalo, and the original sample Analysis reveals the same, substantially similar, or similar network associations between the same or similar microbial strains from the target sample (s).

いくつかの実施形態では、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、少なくとも2つの試料のそれぞれについての少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株と、の比較は、各試料における1つまたは複数の活性微生物株と、少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株と、の共出現を決定することを含む。少なくとも1つの測定メタデータは、1つまたは複数のパラメータを含み得、1つまたは複数のパラメータは、試料pH、試料温度、脂肪の存在量、タンパク質の存在量、糖質の存在量、ミネラルの存在量、ビタミンの存在量、天然物の存在量、特定の化合物の存在量、試料源の体重、試料源の飼料摂取量、試料源の体重増加、試料源の飼料効率、1つもしくは複数の病原体の存在もしくは不在、試料源の物理的な特徴(複数可)もしくは測定値(複数可)、試料源の産生特徴、またはそれらの組み合わせ、のうちの少なくとも1つである。パラメータは、試料源によって産生する乳汁における乳清タンパク質の存在量、カゼインタンパク質の存在量、及び/または脂肪の存在量も含み得る。   In some embodiments, the filtered absolute cell number of the active microbial strain for each of the at least two samples and at least one measured metadata or additional active microbial strain for each of the at least two samples. The comparison involves determining the co-occurrence of one or more active microbial strains in each sample with at least one measured metadata or additional active microbial strain. The at least one measurement metadata may include one or more parameters, wherein the one or more parameters include sample pH, sample temperature, fat abundance, protein abundance, carbohydrate abundance, mineral abundance. Abundance, vitamin abundance, natural product abundance, specific compound abundance, sample source weight, sample source feed intake, sample source weight gain, sample source feed efficiency, one or more At least one of the presence or absence of a pathogen, the physical characteristic (s) or measured value (s) of the sample source, the production characteristics of the sample source, or a combination thereof. Parameters can also include abundance of whey protein, abundance of casein protein, and / or abundance of fat in milk produced by the sample source.

いくつかの実施形態では、各試料における、1つまたは複数の活性微生物株と、少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株と、の共出現の決定は、2つ以上の試料セットにおけるメタデータと微生物株との関連性を示すリンケージ、1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数、ならびに1つまたは複数の特有の第2のマーカーの測定値、がまとまったマトリックスを創出して不均一微生物コミュニティ(複数可)の1つまたは複数のネットワークを示すことを含み得る。1つまたは複数の活性微生物株と、少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株と、の共出現を決定し、活性微生物株を分類することは、ネットワーク内のそれぞれの微生物株の連結度を測定するためのネットワーク解析及び/またはクラスター解析を含み得、ネットワークは、共通の特徴、測定メタデータ、及び/または関連環境パラメータを共有する少なくとも2つの試料がまとまったものを示す。ネットワーク解析及び/またはクラスター解析は、連鎖解析、モジュラリティ解析、頑健性測定、媒介性測定、連結度測定、推移性測定、中心性測定、またはそれらの組み合わせを含み得る。クラスター解析は、連結度モデル、部分空間モデル、分布モデル、密度モデル、及び/または重心モデルを構築することを含み得る。ネットワーク解析は、いくつかの実施態様では、リンクのマイニング及び予測、集団分類、リンクに基づくクラスタリング、関連類似度、それらの組み合わせ、及び/または同様のものを介するネットワーク(複数可)の予測モデリングを含み得る。ネットワーク解析は、微分方程式に基づく集団のモデリング及び/またはLotka−Volterraモデリングを含み得る。解析は、ヒューリスティックな方法であり得る。いくつかの実施形態では、解析は、Louvain法であり得る。ネットワーク解析は、変数間の連結度を確立するためのノンパラメトリック法、及び/または連結度を確立するための、変数間の相互情報量及び/または最大情報係数の計算を含み得る。   In some embodiments, the determination of the co-occurrence of one or more active microbial strains and at least one measured metadata or additional active microbial strains in each sample is determined by determining the meta-occurrence in two or more sample sets. Creating a matrix of linkages indicating the relevance of the data to the microbial strain, the absolute cell count of one or more active microbial strains, and measurements of one or more unique second markers This may include indicating one or more networks of the homogeneous microbial community (s). Determining the co-occurrence of one or more active microbial strains and at least one measured metadata or additional active microbial strain, and classifying the active microbial strain, comprises determining the connectivity of each microbial strain in the network. May include a network analysis and / or a cluster analysis to measure the at least two samples that share common characteristics, measurement metadata, and / or related environmental parameters. The network analysis and / or cluster analysis may include linkage analysis, modularity analysis, robustness measurement, mediation measurement, connectivity measurement, transitivity measurement, centrality measurement, or a combination thereof. Cluster analysis may include building connectivity models, subspace models, distribution models, density models, and / or centroid models. Network analysis, in some embodiments, involves predictive modeling of network (s) via link mining and prediction, population classification, link-based clustering, related similarity, combinations thereof, and / or the like. May be included. Network analysis may include population modeling and / or Lotka-Volterra modeling based on differential equations. The analysis can be a heuristic method. In some embodiments, the analysis may be a Louvain method. Network analysis may include non-parametric methods for establishing connectivity between variables and / or calculating mutual information and / or maximum information coefficients between variables to establish connectivity.

いくつかの実施形態については、環境の特性または特徴を変えるように構築された活性微生物株のアンサンブルを2つ以上の試料セットに基づいて形成するための方法であって、当該2つ以上の試料セットが、当該2つ以上の試料セットの間で少なくとも1つの共通または関連する環境パラメータを共有し、かつ当該2つ以上の試料セットの間で少なくとも1つの異なる環境パラメータを有するものであり、各試料セットが、不均一微生物コミュニティを含む少なくとも1つの試料を含み、1つまたは複数の微生物株が、1つまたは複数の生物型の亜分類群である方法は、各試料における複数の微生物型の存在を検出すること、各試料において検出された微生物型のそれぞれの絶対細胞数を決定すること、及び各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量を測定すること、を含み、特有の第1のマーカーは、微生物株のマーカーである。次に、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルがタンパク質レベルまたはRNAレベルで測定され、特有の第2のマーカーは、微生物株の活性のマーカーであり、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの特定した閾値を上回る発現レベルに基づいて各試料について検出された微生物株の活性が決定され、1つまたは複数の第1のマーカーの量と、1つまたは複数の微生物株が亜分類群となる由来元の微生物型の絶対細胞数と、に基づいて、各試料における検出されたそれぞれの活性微生物株の絶対細胞数が計算され、1つまたは複数の活性微生物株は、特定した閾値を上回って特有の第2のマーカーを発現する。次に、試料における活性微生物株と少なくとも1つの環境パラメータとの共出現が、ネットワーク内のそれぞれの微生物株の連結度を測定するための最大情報係数ネットワーク解析に基づいて決定され、ネットワークは、少なくとも2つ以上の試料セットが少なくとも1つの共通または関連する環境パラメータと共にまとまったものである。ネットワーク解析に基づいて1つまたは複数の活性微生物株から複数の活性微生物株が選択され、選択された複数の活性微生物株から活性微生物株のアンサンブルが形成され、活性微生物株のアンサンブルは、その活性微生物株のアンサンブルが環境に導入されたときにその環境の特性または特徴を選択的に変えるように構成される。いくつかの実施態様については、第1の試料セットについての少なくとも1つの共通または関連する環境因子の少なくとも1つの測定識別指標は、第2の試料セットについての少なくとも1つの共通または関連する環境因子の測定識別指標とは異なる。例えば、試料/試料セットが乳牛に由来するのであれば、第1の試料セットは、牧草食が与えられた乳牛に由来し得、一方、第2の試料セットは、トウモロコシ食が与えられた乳牛に由来し得る。1つの試料セットは、単一の試料であり得るが、代替的に、複数の試料でもあり得、試料セット内の各試料についての少なくとも1つの共通または関連する環境因子の測定識別指標は、実質的に同様であり(例えば、1つのセット中の試料はすべて、牧草飼料を摂取する群れから取得されたものである)、1つの試料セットについての平均測定識別指標は、別の試料セットに由来する平均測定識別指標と異なる(第1の試料セットは、牧草飼料を摂取する群れに由来し、第2の試料セットは、トウモロコシ飼料を摂取する群れに由来する試料である)。解析において考慮される差異及び類似性が追加で存在し得、こうした差異及び類似性は、品種の差異、食物の差異、能力の差異、年齢の差異、飼料添加物の差異、成長段階の差異、生理学的特徴の差異、健康状態の差異、標高(elevation)の差異、環境温度の差異、季節の差異、抗生物質の差異などである。いくつかの実施形態では、各試料セットは、複数の試料を含み、第1の試料セットは、第1の集団から取得され、第2の試料セットは、第2の集団から取得され、一方、追加または代替の実施形態では、各試料セットは、複数の試料を含み、第1の試料セットは、第1の時点で第1の集団から取得され、第2の試料セットは、第1の時点とは異なる第2の時点で第1の集団から取得される。例えば、第1の試料セットは、牧草飼料を摂取中のウシの群れから第1の時点で取得することができ、第2の試料セットは、第1の試料セットが取得された直後から群れの飼料がトウモロコシに切り替わっている第2の時点(例えば、2ヶ月後)に取得することができる。そのような実施形態では、試料を取得し、集団に対する解析を実施することができ、及び/または個々の動物に対する固有の照会情報を試料に含めることができ、その結果、ある一定期間にわたって個々の動物に生じた変化を特定できるようになり、粒度レベルが高まったデータが得られる。いくつかの実施形態では、生物学的環境の特性を変えるように構成された活性微生物株の合成アンサンブルを2つ以上の試料(または試料セット(それぞれのセットは、少なくとも1つの試料を含む))に基づいて形成するための方法であって、それぞれが複数の環境パラメータ(及び/またはメタデータ)を有し、複数の環境パラメータの少なくとも1つのパラメータが、2つ以上の試料または試料セットの間で同様の共通環境パラメータであり、少なくとも1つの環境パラメータが、2つ以上の試料または試料セットのそれぞれの間で異なる別の環境パラメータであり、各試料セットが、生物学的試料源から取得された不均一微生物コミュニティを含む少なくとも1つの試料を含み、活性微生物株の少なくとも1つが、1つまたは複数の生物型の亜分類群である方法は、各試料における複数の微生物型の存在を検出すること、各試料において検出された微生物型のそれぞれの絶対細胞数を決定すること、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーは、微生物株のマーカーである)、1つまたは複数の特有の第2のマーカーのレベル(例えば、発現レベル)を測定すること(特有の第2のマーカーは、微生物株の活性のマーカーである)、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの特定した閾値を上回るレベル(例えば、発現レベル)に基づいて、各試料について検出された微生物株のそれぞれの活性を決定して1つまたは複数の活性微生物株を同定すること、1つまたは複数の特有の第1のマーカーのそれぞれの量(相対量、比例量、割合量など)と、1つまたは複数の微生物株が亜分類群となる由来元のそれぞれまたは対応する微生物型の絶対細胞数と、から、各試料における検出されたそれぞれの活性微生物株の絶対細胞数を計算すること(計算は、乗算、ドット演算子、及び/または他の操作などの数値演算である)(1つまたは複数の活性微生物株は、特定した閾値を上回って1つまたは複数の特有の第2のマーカーを有するか、または発現する)、2つ以上の試料セットの活性微生物株を解析すること(解析は、2つ以上の試料セットのそれぞれの活性微生物株のそれぞれと、少なくとも1つの共通環境パラメータと、少なくとも1つの異なる環境パラメータと、のノンパラメトリックネットワーク解析を実施することを含み、ノンパラメトリックネットワーク解析は、それぞれの活性微生物株と他のあらゆる活性微生物株との間の最大情報係数スコアを決定すること、及びそれぞれの活性微生物株と少なくとも1つの異なる環境パラメータとの間の最大情報係数スコアを決定すること、を含む)、ノンパラメトリックネットワーク解析に基づいて1つまたは複数の活性微生物株から複数の活性微生物株を選択すること、ならびに選択された複数の活性微生物株及び微生物担体媒体を含む活性微生物株の合成アンサンブルを形成させること(活性微生物株のアンサンブルは、その活性微生物株の合成アンサンブルが生物学的環境に導入されると、その生物学的環境の特性を選択的に変えるように構成される)、を含む。実施形態または実施態様に応じて、少なくとも2つの試料または試料セットは、3つの試料、4つの試料、5つの試料、6つの試料、7つの試料、8つの試料、9つの試料、10の試料、11の試料、12の試料、13の試料、14の試料、15の試料、16の試料、17の試料、18の試料、19の試料、20の試料、21の試料、22の試料、23の試料、24の試料、25の試料、26の試料、27の試料、28の試料、29の試料、30の試料、35の試料、40の試料、45の試料、50の試料、60の試料、70の試料、80の試料、90の試料、100の試料、150の試料、200の試料、300の試料、400の試料、500の試料、600の試料、及び/または同様のものを含み得る。試料の総数は、実施形態/実施態様に応じ得るものであり、5未満、5〜10、10〜15、15〜20、20〜30、30〜40、40〜50、50〜60、60〜70、70〜80、80〜90、90〜100、100未満、100超、200未満、200超、300未満、300超、400未満、400超、500未満、500超、1000未満、1000超、5000未満、10000未満、20000未満などであり得る。   For some embodiments, a method for forming an ensemble of active microbial strains constructed to alter the properties or characteristics of an environment based on two or more sample sets, the two or more samples comprising: The sets share at least one common or related environmental parameter between the two or more sample sets and have at least one different environmental parameter between the two or more sample sets; The method wherein the sample set comprises at least one sample comprising a heterogeneous microbial community, and wherein the one or more microorganism strains is a sub- taxon of one or more biotypes, comprises: Detecting the presence, determining the absolute cell number of each of the detected microbial types in each sample, and identifying a unique first marker in each sample. Measuring the number and amount of the car, wherein the first marker-specific, a marker of microbial strains. Next, the expression level of one or more unique second markers is measured at the protein or RNA level, wherein the unique second markers are markers of the activity of the microbial strain, and the one or more unique second markers are Determining the activity of the detected microbial strain for each sample based on the expression level of the second marker above the specified threshold, the amount of the one or more first markers and the one or more microbial strains The absolute cell number of each active microorganism strain detected in each sample is calculated based on the absolute cell number of the microorganism type from which the subtaxon is derived, and one or more active microorganism strains are Express a unique second marker above the specified threshold. Next, the co-occurrence of the active microbial strain and the at least one environmental parameter in the sample is determined based on a maximum information coefficient network analysis to determine the connectivity of each microbial strain in the network, wherein the network comprises at least Two or more sample sets are grouped together with at least one common or related environmental parameter. A plurality of active microbial strains are selected from the one or more active microbial strains based on the network analysis, and an ensemble of active microbial strains is formed from the selected plurality of active microbial strains. When an ensemble of microbial strains is introduced into an environment, it is configured to selectively alter the characteristics or characteristics of that environment. For some embodiments, at least one measurement indicator of at least one common or related environmental factor for the first sample set is at least one common or related environmental factor for the second sample set. It is different from the measurement identification index. For example, if the sample / sample set is from a dairy cow, the first sample set may be from a dairy cow fed a herbage diet, while the second sample set may be from a dairy cow fed a corn diet. Can be derived from A sample set may be a single sample, but may alternatively be a plurality of samples, wherein the measurement indicator of at least one common or related environmental factor for each sample in the sample set is substantially (E.g., all samples in one set were obtained from a herd feeding herd) and the average measurement indicator for one set of samples was derived from another set of samples. (The first set of samples is from a herd that consumes forage and the second set of samples is from a herd that consumes corn). There may be additional differences and similarities considered in the analysis, such differences and varieties, food differences, performance differences, age differences, feed additive differences, growth stage differences, These include differences in physiological characteristics, differences in health status, differences in elevation, differences in environmental temperature, differences in seasons, differences in antibiotics, and the like. In some embodiments, each sample set includes a plurality of samples, a first sample set is obtained from a first population, and a second sample set is obtained from a second population, In additional or alternative embodiments, each sample set includes a plurality of samples, the first sample set is obtained from a first population at a first time point, and the second sample set is obtained at a first time point. At a second time point different from the first population. For example, a first set of samples may be obtained at a first time from a herd of cows on a forage diet, and a second set of samples may be obtained immediately after the first set of samples is obtained. The feed can be obtained at a second point in time when the feed is switched to corn (eg, two months later). In such embodiments, the sample can be obtained, analysis performed on a population, and / or the sample can include unique referral information for the individual animal, such that the individual Changes that have occurred in animals can be identified, and data with an increased level of granularity can be obtained. In some embodiments, a synthetic ensemble of active microbial strains configured to alter the properties of a biological environment comprises two or more samples (or sample sets, each set comprising at least one sample). Wherein each has a plurality of environmental parameters (and / or metadata), wherein at least one of the plurality of environmental parameters is between two or more samples or sample sets. And at least one environmental parameter is another environmental parameter that is different between each of the two or more samples or sample sets, and wherein each sample set is obtained from a biological sample source. At least one of the active microbial strains comprises one or more heterogeneous microbial communities. Methods that are subclasses of physical types include detecting the presence of multiple microbial types in each sample, determining the absolute cell number of each detected microbial type in each sample, Determining the number and amount of one marker (the specific first marker is a marker of a microbial strain), measuring the level (eg, expression level) of one or more specific second markers (The specific second marker is a marker of the activity of the microbial strain) based on the level of one or more specific second markers above a specified threshold (eg, expression level) Determining the activity of each of the detected microbial strains for the sample to identify one or more active microbial strains, determining the amount of each of the one or more unique first markers (relative amount, (E.g., example amount, percentage amount, etc.) and the absolute cell count of each or corresponding microbial type from which one or more microbial strains are a sub-taxon, from each active microbial strain detected in each sample Calculating the absolute cell number (the calculation is a numerical operation such as multiplication, dot operator, and / or other operations) (one or more active microbial strains exceed one specified threshold) Analyzing the active microbial strains of two or more sample sets (having or expressing a plurality of unique second markers) (analysis is performed for each active microbial strain of each of the two or more sample sets) Performing a non-parametric network analysis of at least one common environmental parameter and at least one different environmental parameter. The peak analysis determines the maximum information coefficient score between each active microbial strain and any other active microbial strain, and the maximum information coefficient between each active microbial strain and at least one different environmental parameter. Determining a score), selecting a plurality of active microbial strains from the one or more active microbial strains based on non-parametric network analysis, and determining the selected plurality of active microbial strains and microbial carrier medium. Forming a synthetic ensemble of active microbial strains, including an ensemble of active microbial strains that selectively alters the characteristics of the biological environment when the synthetic ensemble of the active microbial strain is introduced into the biological environment. ) Is included. Depending on the embodiment or implementation, at least two samples or sample sets comprise three samples, four samples, five samples, six samples, seven samples, eight samples, nine samples, ten samples, 11 samples, 12 samples, 13 samples, 14 samples, 15 samples, 16 samples, 17 samples, 18 samples, 19 samples, 20 samples, 21 samples, 22 samples, 23 samples Samples, 24 samples, 25 samples, 26 samples, 27 samples, 28 samples, 29 samples, 30 samples, 35 samples, 40 samples, 45 samples, 50 samples, 60 samples, It may include 70 samples, 80 samples, 90 samples, 100 samples, 150 samples, 200 samples, 300 samples, 400 samples, 500 samples, 600 samples, and / or the like. The total number of samples may depend on the embodiment / embodiment, and is less than 5, 5-10, 10-15, 15-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-. 70, 70-80, 80-90, 90-100, less than 100, more than 100, less than 200, more than 200, less than 300, more than 300, less than 400, more than 400, less than 500, more than 500, less than 1000, more than 1000, It may be less than 5000, less than 10,000, less than 20,000, and so on.

いくつかの実施形態では、少なくとも1つの共通または関連する環境因子には、栄養素情報、食物情報、動物特徴、感染情報、健康状態、及び/または同様のものを含む。   In some embodiments, the at least one common or related environmental factor includes nutrient information, food information, animal characteristics, infection information, health status, and / or the like.

少なくとも1つの測定識別指標は、試料pH、試料温度、脂肪の存在量、タンパク質の存在量、糖質の存在量、ミネラルの存在量、ビタミンの存在量、天然物の存在量、特定の化合物の存在量、試料源の体重、試料源の飼料摂取量、試料源の体重増加、試料源の飼料効率、1つもしくは複数の病原体の存在もしくは不在、試料源の物理的な特徴(複数可)もしくは測定値(複数可)、試料源の産生特徴、試料源によって産生する乳汁における乳清タンパク質の存在量、試料源によって産生するカゼインタンパク質の存在量、及び/または試料源によって産生する乳汁における脂肪の存在量、あるいはそれらの組み合わせを含み得る。   At least one measurement discriminator may include sample pH, sample temperature, fat abundance, protein abundance, carbohydrate abundance, mineral abundance, vitamin abundance, natural abundance, specific compound abundance. Abundance, sample source weight, sample source feed intake, sample source weight gain, sample source feed efficiency, presence or absence of one or more pathogens, sample source physical characteristic (s) or Measurement value (s), production characteristics of the sample source, abundance of whey protein in milk produced by the sample source, abundance of casein protein produced by the sample source, and / or fat in milk produced by the sample source. Abundance, or a combination thereof, may be included.

各試料における特有の第1のマーカーの数の測定は、実施形態に応じて、特有のゲノムDNAマーカーの数を測定すること、特有のRNAマーカーの数を測定すること、及び/または特有のタンパク質マーカーの数を測定すること、を含み得る。複数の微生物型は、1つまたは複数の細菌、古細菌、真菌、原生動物、植物、他の真核生物、ウイルス、ウイロイド、またはそれらの組み合わせを含み得る。   Determining the number of unique first markers in each sample comprises, depending on the embodiment, determining the number of unique genomic DNA markers, measuring the number of unique RNA markers, and / or determining the number of unique proteins. Measuring the number of markers. The plurality of microbial types can include one or more bacteria, archaea, fungi, protozoa, plants, other eukaryotes, viruses, viroids, or combinations thereof.

いくつかの実施形態では、各試料における微生物型のそれぞれの絶対数の決定は、シークエンシング、遠心分離、光学顕微鏡法、蛍光顕微鏡法、染色、質量分析、マイクロフルイディクス、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、ゲル電気泳動及び/またはフローサイトメトリーに、試料またはその一部を供すことを含む。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の活性微生物株は、1つまたは複数の細菌、古細菌、真菌、原生動物、植物、他の真核生物、ウイルス、ウイロイド、またはそれらの組み合わせから選択される1つまたは複数の微生物型の亜分類群である。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の活性微生物株は、1つまたは複数の細菌株、古細菌株、真菌株、原生動物株、植物株、他の真核生物株、ウイルス株、ウイロイド株、またはそれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の活性微生物株は、1つまたは複数の細菌種または細菌亜種である。いくつかの実施形態では、1つまたは複数の活性微生物株は、1つまたは複数の真菌種または真菌亜種である。   In some embodiments, determining the absolute number of each of the microbial types in each sample comprises sequencing, centrifugation, light microscopy, fluorescence microscopy, staining, mass spectrometry, microfluidics, quantitative polymerase chain reaction ( qPCR), gel electrophoresis and / or flow cytometry. In some embodiments, the one or more active microbial strains are selected from one or more bacteria, archaea, fungi, protozoa, plants, other eukaryotes, viruses, viroids, or combinations thereof. Subgroups of one or more microbial types. In some embodiments, the one or more active microbial strains is one or more bacterial strains, archaebacteria strains, fungal strains, protozoan strains, plant strains, other eukaryotic strains, virus strains, viroids Strain, or a combination thereof. In some embodiments, the one or more active microbial strains is one or more bacterial species or bacterial subspecies. In some embodiments, the one or more active microbial strains is one or more fungal species or fungal subspecies.

いくつかの実施形態では、少なくとも1つの特有の第1のマーカーは、5Sリボソームサブユニット遺伝子、16Sリボソームサブユニット遺伝子、23Sリボソームサブユニット遺伝子、5.8Sリボソームサブユニット遺伝子、18Sリボソームサブユニット遺伝子、28Sリボソームサブユニット遺伝子、チトクロムc酸化酵素サブユニット遺伝子、ベータ−チューブリン遺伝子、伸長因子遺伝子、RNAポリメラーゼサブユニット遺伝子、内部転写スペーサー(ITS)、またはそれらの組み合わせを含む系統発生学的マーカーを含む。   In some embodiments, the at least one unique first marker is a 5S ribosomal subunit gene, a 16S ribosomal subunit gene, a 23S ribosomal subunit gene, a 5.8S ribosomal subunit gene, an 18S ribosomal subunit gene, Includes phylogenetic markers including 28S ribosomal subunit gene, cytochrome c oxidase subunit gene, beta-tubulin gene, elongation factor gene, RNA polymerase subunit gene, internal transcribed spacer (ITS), or a combination thereof .

いくつかの実施形態では、特有の第1のマーカーの数及びその量の測定は、各試料に由来するゲノムDNAをハイスループットシークエンシング反応に供すこと、及び/または各試料に由来するゲノムDNAをメタゲノムシークエンシングに供すこと、を含む。いくつかの実施態様では、特有の第1のマーカーは、mRNAマーカー、siRNAマーカー、及び/またはリボソームRNAマーカーを含み得る。いくつかの実施態様では、特有の第1のマーカーは、シグマ因子、転写因子、ヌクレオシド関連タンパク質、代謝酵素、またはそれらの組み合わせを含み得る。   In some embodiments, determining the number and amount of unique first markers comprises subjecting the genomic DNA from each sample to a high-throughput sequencing reaction and / or analyzing the genomic DNA from each sample. Subject to metagenomic sequencing. In some embodiments, a unique first marker may include an mRNA marker, an siRNA marker, and / or a ribosomal RNA marker. In some embodiments, the unique first marker may include a sigma factor, a transcription factor, a nucleoside-related protein, a metabolic enzyme, or a combination thereof.

いくつかの実施形態では、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルの測定は、各試料におけるmRNAを遺伝子発現解析に供すことを含み、いくつかの実施態様では、遺伝子発現解析は、シークエンシング反応を含む。いくつかの実施態様では、遺伝子発現解析は、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、メタトランスクリプトームシークエンシング、及び/またはトランスクリプトームシークエンシングを含む。   In some embodiments, measuring the expression level of one or more unique second markers comprises subjecting the mRNA in each sample to a gene expression analysis, and in some embodiments, the gene expression analysis comprises , A sequencing reaction. In some embodiments, the gene expression analysis comprises quantitative polymerase chain reaction (qPCR), meta-transcriptome sequencing, and / or transcriptome sequencing.

いくつかの実施形態では、1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルの測定は、質量分析、メタリボソームプロファイリング、及び/またはリボソームプロファイリングに、各試料またはその一部を供すことを含む。   In some embodiments, measuring the expression level of one or more unique second markers comprises subjecting each sample or a portion thereof to mass spectrometry, metaribosome profiling, and / or ribosome profiling. .

いくつかの実施形態では、少なくとも1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルの測定は、各試料またはその一部をメタリボソームプロファイリングまたはリボソームプロファイリング(Ribo−Seq)に供すことを含む(例えば、Ingolia,N.T.,S.Ghaemmaghami,J.R.Newman,and J.S.Weissman,2009,“Genome−wide analysis in vivo of translation with nucleotide resolution using ribosome profiling”Science 324:218−223、Ingolia,N.T.,2014,“Ribosome profiling:new views of translation,from single codons to genome scale”Nat.Rev.Genet.15:205−213を参照のこと(これらの文献はそれぞれ、あらゆる目的のための参照によってその全体が組み込まれる))。Ribo−seqは、ゲノムスケールでインビボのタンパク質合成を決定するために使用することができる分子手法である。この方法では、フットプリントリボソームによるmRNAとの結合及び相互作用に伴ってそれを介してどの転写物が活発に転写中であるかが直接的に測定される。次に、mRNAの被結合領域が処理され、ハイスループットシークエンシング反応に供される。Ribo−seqは、定量的プロテオミクスと強い相関を有することが示されている(例えば、Li,G.W.,D.Burkhardt,C.Gross,and J.S.Weissman.2014“Quantifying absolute protein synthesis rates reveals principles underlying allocation of cellular resources”Cell 157:624−635を参照のこと(参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる))。   In some embodiments, determining the expression level of at least one or more unique second markers comprises subjecting each sample or a portion thereof to metaribosome profiling or ribosome profiling (Ribo-Seq) ( For example, Ingolia, NT, S. Ghaemmaghammi, JR Newman, and J. S. Weissman, 2009, "Genome-wide analysis in vivo of radio resourcing radio communication. , Ingolia, NT, 2014, "Ribosome profiling: new views o. translation, from single codons to genome scale "Nat.Rev.Genet.15: 205-213 See (each of these references are incorporated by reference in their entirety for all purposes)). Ribo-seq is a molecular approach that can be used to determine protein synthesis in vivo at the genomic scale. In this method, as the footprint ribosome binds and interacts with mRNA, it is directly measured which transcript is actively transcribed through it. Next, the bound region of the mRNA is processed and subjected to a high-throughput sequencing reaction. Ribo-seq has been shown to have a strong correlation with quantitative proteomics (eg, Li, GW, D. Burkhardt, C. Gross, and J.S. Weissman. 2014 "Quantifying absolute protein synthesis"). See rates reviews principals underlying allocation of cellular resources "Cell 157: 624-635, which is expressly incorporated herein by reference in its entirety).

試料の取得源の型は、動物、土壌、空気、塩水、淡水、廃水汚泥、堆積物、油、植物、農産物、バルク土壌、土壌根圏、植物部分、野菜、極限環境、またはそれらの組み合わせ、のうちの1つであり得る。いくつかの実施態様では、各試料は、消化管試料及び/またはルーメン試料である。いくつかの実施態様では、試料は、組織試料、血液試料、歯試料、汗試料、爪試料、皮膚試料、毛髪試料、糞便試料、尿試料、精液試料、粘液試料、唾液試料、筋肉試料、脳試料、組織試料、及び/または器官試料であり得る。   The type of sample source may be animal, soil, air, saline, freshwater, wastewater sludge, sediment, oil, plant, agricultural product, bulk soil, soil rhizosphere, plant part, vegetable, extreme environment, or a combination thereof, One of the following. In some embodiments, each sample is a gastrointestinal tract sample and / or a rumen sample. In some embodiments, the sample is a tissue sample, blood sample, tooth sample, sweat sample, nail sample, skin sample, hair sample, fecal sample, urine sample, semen sample, mucus sample, saliva sample, muscle sample, brain It can be a sample, a tissue sample, and / or an organ sample.

実施態様に応じて、本開示の微生物アンサンブルは、2つ以上の実質的に純粋な微生物または微生物株(所望の微生物/微生物株の混合物)を含み得、標的に投与(例えば、マイクロバイオータを回復させるために動物に投与)することができる任意の追加の成分も含み得る。本開示に従って調製される微生物アンサンブルは、微生物が標的環境(例えば、動物の消化管であり、この場合、アンサンブルは、低pHに抵抗性であり、消化管環境において増殖するように構成される)で生き延びることを可能にする物質と共に投与することができる。いくつかの実施形態では、微生物アンサンブルは、1つまたは複数の所望の微生物または微生物株の数及び/または活性を増加させる1つまたは複数の物質を含み得、当該株は、アンサンブルに含められる微生物/株の中に存在する株であるか、またはそこに存在しない株である。そのような物質の例には、限定はされないが、フルクトオリゴ糖(例えば、オリゴフルクトース、イヌリン、イヌリン型フルクタン)、ガラクトオリゴ糖、アミノ酸、アルコール、及びそれらの混合物が含まれる(Ramirez−Farias et al.2008.Br.J.Nutr.4:1−10、及びPool−Zobel and Sauer 2007.J.Nutr.137:2580−2584 and supplementalを参照のこと(これらの文献はそれぞれ、あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる))。   Depending on the embodiment, the microbial ensemble of the present disclosure can include two or more substantially pure microbes or microbial strains (a desired microbial / microbial strain mixture) and can be administered to a target (e.g., a microbiota). It can also include any additional ingredients that can be administered to the animal to recover). Microbial ensembles prepared in accordance with the present disclosure are those in which the microorganism is in the target environment (eg, the gastrointestinal tract of an animal, where the ensemble is resistant to low pH and is configured to grow in the gastrointestinal tract environment). Can be administered with a substance that allows it to survive. In some embodiments, the microbial ensemble may include one or more substances that increase the number and / or activity of one or more desired microbes or microbial strains, wherein the strains comprise the microorganisms included in the ensemble. / A strain that is present in the strain or a strain that is not present therein. Examples of such substances include, but are not limited to, fructooligosaccharides (eg, oligofructose, inulin, inulin-type fructans), galactooligosaccharides, amino acids, alcohols, and mixtures thereof (Ramirez-Farias et al. 2008. Br. J. Nutr. 4: 1-10, and Pool-Zobel and Sauer 2007. J. Nutr. 137: 2580-2584 and supplemental, each of which is referred to for any purpose. Which is incorporated herein in its entirety)).

本開示の方法によって同定される微生物株は、培養/増殖させてからアンサンブルに含めることができる。そのような増殖のために培地を使用することができ、こうした培地には、微生物の増殖を支援する上で適した任意の培地が含まれ得、その例には、限定はされないが、ガストリン添加寒天、LB培地、血清、及び/または組織培養ゲルを含めて、天然または人工のものが含まれる。培地は、単独で使用するか、または1つもしくは複数の他の培地と併用できることを理解されよう。培地は、外来栄養素を添加して使用するか、または外来栄養素を添加せずに使用することもできる。培地は、追加の化合物または成分で改変するか、または濃度を高めることができ、こうした化合物または成分は、例えば、微生物及び/またはその株の特定の群の相互作用及び/または選択を支援し得る成分である。例えば、抗生物質(ペニシリンなど)または滅菌剤(例えば、第四級アンモニウム塩及び酸化剤)が含められ得、及び/または物理的条件(塩分、栄養素(例えば、有機ミネラル及び無機ミネラル(リン、窒素塩、アンモニア、カリウム、及び微量栄養素(コバルト及びマグネシウムなど)など)、pH、及び/または温度など)が改変され得る。   Microbial strains identified by the methods of the present disclosure can be cultured / grown prior to inclusion in an ensemble. Media can be used for such growth, and such media can include any medium suitable for supporting the growth of microorganisms, including, but not limited to, gastrin supplementation. Natural or artificial, including agar, LB media, serum, and / or tissue culture gel. It will be appreciated that the media can be used alone or in combination with one or more other media. The medium can be used with or without the addition of exogenous nutrients. The medium can be modified or enriched with additional compounds or components, which can assist, for example, in the interaction and / or selection of a particular group of microorganisms and / or strains thereof. Component. For example, antibiotics (such as penicillin) or sterilants (eg, quaternary ammonium salts and oxidizing agents) may be included, and / or physical conditions (salts, nutrients (eg, organic and inorganic minerals (eg, phosphorus, nitrogen) Salts, ammonia, potassium, and micronutrients (such as cobalt and magnesium), pH, and / or temperature) can be modified.

上で議論されるように、本開示に従ってシステム及び装置を構成することができ、いくつかの実施形態では、こうしたシステム及び装置は、プロセッサ及びメモリを含み得、このメモリにプロセッサ可読命令/発行可能命令を保存することで方法(複数可)が実施される。1つの実施形態では、システム及び/または装置は、方法を実施するように構成される。方法のプロセッサの実施態様もまた開示され、このことは、図3Aを参照して議論される。例えば、プロセッサによって実施される方法は、少なくとも1つの共通の特徴を共有し、かつ少なくとも1つの異なる特徴を有する少なくとも2つの試料から試料データを受け取ること、各試料について各試料における1つまたは複数の微生物型の存在を決定すること、1つまたは複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の細胞数を決定すること、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量を決定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、微生物株のマーカーである)、それぞれの微生物型の数と第1のマーカーの数とを、1つまたは複数のプロセッサを介して統合して各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を得ること、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーの特定した閾値を上回る測定値に基づいて各試料におけるそれぞれの微生物株の活性レベルを決定すること(微生物株は、その株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーの測定値が対応閾値を上回るであれば、活性であると同定する)、決定された活性によってそれぞれの微生物株の絶対細胞数をフィルタリングすることで、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、少なくとも2つの試料のそれぞれについての少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株と共に、少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のフィルタリングされた絶対数を1つまたは複数のプロセッサを介して解析し、機能、予測機能、及び/または化学に基づいて活性微生物株を分類すること、分類に基づいて複数の活性微生物株を同定すること、ならびに同定された複数の活性微生物株を出力すること(当該同定された複数の活性微生物株は、標的に適用されると少なくとも1つの測定メタデータに対応する標的の特性を変えるように構成された活性微生物を構築するためのものである)、を含み得る。いくつかの実施形態では、出力は、合成及び/またはトランスジェニックの微生物及び微生物株の生成、合成、評価、及び/または試験において利用することができる。いくつかの実施形態は、方法(複数可)の実行を実現及び/または促進するための命令が保存されたプロセッサ可読かつ非一過性のコンピュータ可読媒体を含み得る。いくつかの実施形態では、本開示による解析方法及びスクリーニング方法、装置、及びシステムは、問題の微生物及び株(病原体など)の同定に使用することができ、このことは、後述の実施例4において議論される。そのような状況では、試料のネットワーク解析において既知の症状メタデータ(病変スコアなど)が使用されることが想定される。   As discussed above, systems and devices may be configured in accordance with the present disclosure, and in some embodiments, such systems and devices may include a processor and a memory, wherein the memory has processor-readable instructions / issues. Storing the instructions implements the method (s). In one embodiment, the system and / or device is configured to perform the method. A processor embodiment of the method is also disclosed, which is discussed with reference to FIG. 3A. For example, a method performed by a processor may include receiving sample data from at least two samples sharing at least one common feature and having at least one different feature, for each sample, one or more samples in each sample. Determining the presence of the microbial type, determining the number of cells of each microbial type detected in each sample among the one or more microbial types, determining the number of unique first markers in each sample and the number thereof Determining the amount (each unique first marker is a marker of a microorganism strain), integrating the number of each microbial type with the number of the first marker via one or more processors Obtaining the absolute cell number of each microbial strain present in each sample, at least one unique second for each microbial strain. Determining the level of activity of the respective microbial strain in each sample based on the measured values above the identified threshold value of the microorganism (the microbial strain is such that the measured value of at least one unique second marker for that strain raises the corresponding threshold value). If so, then identify the activity), filter the absolute cell number of each microbial strain by the determined activity to obtain a list of active microbial strains for each of at least two samples and their respective absolute Obtaining the cell number, the filtered absolute number of one or more active microbial strains for each of the at least two samples, along with at least one measurement metadata or additional active microbial strains for each of the at least two samples. Analyze and analyze functions, predictive functions, and / or chemical Classifying active microbial strains based on the classification, identifying a plurality of active microbial strains based on the classification, and outputting the plurality of identified active microbial strains (the identified active microbial strains are For constructing an active microorganism configured to alter a property of the target corresponding to at least one measurement metadata when applied to the at least one measurement metadata). In some embodiments, the output can be utilized in the production, synthesis, evaluation, and / or testing of synthetic and / or transgenic microorganisms and microbial strains. Some embodiments may include a processor-readable and non-transitory computer-readable medium having stored thereon instructions for implementing and / or facilitating the performance of method (s). In some embodiments, the analysis and screening methods, devices, and systems according to the present disclosure can be used to identify the microorganisms and strains (such as pathogens) of interest, as described in Example 4 below. Will be discussed. In such situations, it is envisioned that known symptom metadata (such as a lesion score) will be used in network analysis of the sample.

宿主の状態及び表現型は、宿主中に存在するマイクロバイオームの組成と本質的に関連し得る。こうした組成の測定値を宿主データと関連付けて学習することで、患者の転帰及び状態変化を正確に予測するためのバイオマーカーを同定することができる。状態を決定するために使用される診断ツールでは、取得が容易な試料を利用することができ、こうした診断ツールの適用及び解析に要する時間は短いことから、いくつかの実施形態では、こうした診断ツールは、培養を利用する方法を代替するための候補となる。   The state and phenotype of the host can be intrinsically related to the composition of the microbiome present in the host. By learning these composition measurements in association with host data, biomarkers can be identified to accurately predict patient outcomes and state changes. In some embodiments, the diagnostic tools used to determine status utilize readily available samples, and the time required to apply and analyze such diagnostic tools is short, and in some embodiments, such diagnostic tools Is a candidate for substituting the method using culture.

マイクロバイオームの遺伝子型/表現型の測定に利用できる方法にはさまざまなものが存在し、こうした方法には、限定はされないが、メタボロミクス、アンプリコンメタゲノミクス、メタゲノミクス、メタトランスクリプトミクス、及び/またはプロテオミクスが含まれる。一方で、それぞれの測定値は、横列が試料を示し、縦列が測定項目を示す表に分解される。例えば、アンプリコンメタゲノミクスは、横列が試料、縦列がOTU(すなわち、微生物)の表に分解され、この表には、その試料の測定値がまとめられる。場合によっては、測定変数は、特徴と呼ばれ、表は、特徴ごとに試料の次元を有する。測定値の表は、標的データと称すことができ、各試料に関する外部データは、ラベルと称される。ラベルデータは、標的横列に対応するように並べることができ、少なくとも1つの縦列(複数可)を含む。   There are a variety of methods available for determining the genotype / phenotype of a microbiome, including, but not limited to, metabolomics, amplicon metagenomics, metagenomics, metatranscriptomics, and / or Or proteomics. On the other hand, each measurement value is decomposed into a table in which a row indicates a sample and a column indicates a measurement item. For example, amplicon metagenomics is broken down into a table with rows for samples and columns with OTUs (ie, microorganisms), which summarize the measurements for that sample. In some cases, the measured variables are called features, and the table has a sample dimension for each feature. The table of measurements can be referred to as target data, and the external data for each sample is referred to as a label. The label data can be arranged to correspond to the target row and includes at least one column (s).

いくつかの実施形態によれば、いくつかの診断方法における最初の段階は、標的データセットを前処理することを含む。測定特異的な場合、及び測定/モデル特異的な場合はさらにいっそう、さまざまな正規化方法を使用することが可能であり得る。そのような場合、表は、著しい異常値を含み得、他の試料には見られない高存在量の特徴によって1つの試料が外れる。著しい異常値を含む試料が存在すると、モデルの能力が不十分なものになり得る。本明細書では、異常値に対処するためのさまざまな方法が開示され、こうした方法は、データセットを補正して異常値の影響を最小化するもの、または異常値を完全に除外するものなどである(例えば、Iglewicz 1983、Art et al.1982、Janssen et al.1995、Girman 1994、McLachlan and Peel 2004(それぞれ、あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)を参照のこと)。多くの値が欠損している疎データからも異常値は生じ得、こうしたことは、生物学的な測定では一般的なことであり得る。これは、マトリックス補完、マトリックス分解、及び/または欠損値の近似を可能にする他の方法論を介して補正することができる(例えば、Keshavan et al.2009、Kapur et al.2016、Mazumder et al.2010(それぞれ、あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)を参照のこと)。絶対量が不明な場合、組成に補正を実施することができ、この補正は、例えば、有心対数比変換及び逆対数比変換を使用して実施される(例えば、Morton et al.2017を参照のこと)。場合によっては、ラベルの特定のセットに関するシグナルから、関連性を有さない特徴を、特徴選択を介して大幅に低減することができる(例えば、Baraniuk 2007を参照のこと)。特徴選択では、関連性の尺度(MIC及びHoffdingなど)が活用される。一方で、関連性を有さないと見なされる特徴を除外するか、またはその重みを低く付け、重要度が高い特徴の重みを高く付ける特徴抽出方法が多く存在する。   According to some embodiments, the first step in some diagnostic methods involves pre-processing the target dataset. Even in the measurement-specific case and in the measurement / model-specific case, it may be possible to use various normalization methods. In such cases, the table may contain significant outliers, with one sample missing due to high abundance features not found in other samples. The presence of samples with significant outliers can result in poor model performance. Disclosed herein are various methods for addressing outliers, such as correcting the data set to minimize the effects of the outliers, or completely excluding outliers. (Eg, Iglewicz 1983, Art et al. 1982, Janssen et al. 1995, Girman 1994, McLachlan and Peel 2004, each of which is expressly incorporated herein by reference for all purposes). Thing). Outliers can also arise from sparse data with many missing values, which can be common in biological measurements. This can be corrected for via matrix interpolation, matrix decomposition, and / or other methodologies that allow for the approximation of missing values (eg, Keshavan et al. 2009, Kapur et al. 2016, Mazmmer et al. 2010, each of which is expressly incorporated herein by reference for all purposes). If the absolute amount is unknown, a correction can be made to the composition, for example, using a centered log and inverse log ratio transform (see, for example, Morton et al. 2017). thing). In some cases, irrelevant features can be significantly reduced from the signals for a particular set of labels via feature selection (see, eg, Baraniuk 2007). Feature selection utilizes relevance measures (such as MIC and Hoffding). On the other hand, there are many feature extraction methods in which features regarded as having no relevance are excluded or their weights are reduced, and the weight of features with high importance is increased.

いくつかの実施形態によれば、開示の方法の一部として機械学習を利用することができ、具体的には、ラベルと関連する標的データにおける機構の決定においても、ラベルと関連する標的データにおけるバイオマーカーの発見においても、機械学習を使用することができる。機械学習は、教師あり機械学習方法及び教師なし機械学習方法へと下位分類することができる。教師あり機械学習では、モデルの開発と検証との両方を行うためのモデリング処理へとラベルが直接的に統合される。教師なし機械学習は、ラベルが不明であるか、または組み込まれないクラスの機械学習を言い表すものであり、純粋に標的データ特徴に基づいてデータが解析される。   According to some embodiments, machine learning can be utilized as part of the disclosed method, and in particular, in determining the mechanism in the target data associated with the label, also in the target data associated with the label. Machine learning can also be used in biomarker discovery. Machine learning can be subdivided into supervised and unsupervised machine learning methods. In supervised machine learning, labels are directly integrated into the modeling process for both developing and validating models. Unsupervised machine learning refers to a class of machine learning whose labels are unknown or not incorporated, in which the data is analyzed purely based on target data features.

教師なし機械学習は、試料間または特徴間で標的データの固有構造を測定するための方法を多く含む。ほとんどの教師なし機械学習方法(多様体学習(Criminisi et al.2012)、クラスタリング(Kluger et al.2003)、及び分解(Bouwmans et al.2015)など)の主な目標は、データにおける固有ラベルの数を決定することである。こうした方法は、診断ツールでは、次元削減において使用されることが最も一般的であり、次元削減では、視覚化可能な低次元(すなわち、1〜3次元)で標的データにおける試料を見ることができる。マイクロバイオームでは、使用される最も一般的な次元方法は、異なる距離マトリックスに対する主座標分析(PCoA)(Lozupone et al.2011)、主成分分析(Jolliffe 1986)、及び線形判別分析(Ye et al.2005)である。さらに、PCoA次元削減手法の場合を除くすべての手法を、教師あり機械学習に対する前処理段階として使用することができる。   Unsupervised machine learning includes many methods for measuring the unique structure of target data between samples or features. The main goal of most unsupervised machine learning methods (such as manifold learning (Criminisi et al. 2012), clustering (Kluger et al. 2003), and decomposition (Bowmans et al. 2015)) is to determine the unique label of the data. Is to determine the number. Such methods are most commonly used in dimension reduction in diagnostic tools, where dimension reduction allows the sample in the target data to be viewed in a lower, visible (ie, 1-3 dimensional) dimension. . In the microbiome, the most common dimensional methods used are principal coordinate analysis (PCoA) for different distance matrices (Lozupone et al. 2011), principal component analysis (Jolliffe 1986), and linear discriminant analysis (Ye et al. 2005). In addition, all but the PCoA dimension reduction technique can be used as a pre-processing stage for supervised machine learning.

教師あり機械学習は、広い方法分類であるが、本明細書に開示される特定の方法(限定はされないが、下記のものを含む)は、本開示のマイクロバイオーム関連解析に特に有用である。教師あり機械学習のクラス及び予測モデルのカテゴリーの中には、回帰と分類という2つのサブカテゴリーが存在する。回帰は、ラベルが連続的である場合を表す。分類は、あり得るラベル数が2つの場合は二項的であり得、または存在し得るラベル数がいくつかある場合は多クラスであり得る。いずれの所見分類においても、ラベルはそれぞれ、任意の所与の縦列に2回以上出現しなくてはならない。   Although supervised machine learning is a broad method classification, certain methods disclosed herein, including but not limited to the following, are particularly useful for the microbiome-related analysis of the present disclosure. In the supervised machine learning class and the prediction model category, there are two subcategories, regression and classification. Regression represents the case where the labels are continuous. The classification can be binomial if there are two possible labels, or multi-class if there are several possible labels. In either finding category, each label must appear more than once in any given column.

いくつかの実施形態では、標的データが必要に応じて前処理されることでモデル最適化が最大化され、欠損エントリーを含まないようにラベルデータが処理される。次に、ラベルデータにおけるそれぞれの縦列が分離され、連続回帰、二項分類、または多クラス分類のいずれかとして評価される。サブクラスに応じて方法が決定され、この決定は、限定はされないが、一般に、ランダムフォレスト(Breiman 2001)、最近傍(Indyk and Motwani 1998)、ニューラルネットワーク(教師あり)(Mφller 1993)、サポートベクターマシン(Smola and Scholkopf 2004)、またはガウス過程(Neumann et al.2009)を使用して実施される。標的及びラベルのデータをトレーニングデータセット(例えば、80%)及び試験データセット(例えば、20%)に分割することによってモデルが交差検証される。この交差検証は、反復して実施され、それぞれの反復実施時に特徴及び試料を(分割)シャッフルして実施される。それぞれの反復実施時に、トレーニングデータから標的データへの予測の間でモデル能力の評価基準が計算される(Taylor 2001)。能力評価基準は、モデルのパラメータの調整(ハイパーパラメータ調整とも呼ばれる)と、モデルの予測力の検証と、の両方に使用される。   In some embodiments, model optimization is maximized by pre-processing the target data as needed, and the label data is processed to include no missing entries. Next, each column in the label data is separated and evaluated as either continuous regression, binomial classification, or multi-class classification. The method is determined according to the subclass, and this determination is generally, but not limited to, a random forest (Breiman 2001), a nearest neighbor (Indyk and Motwani 1998), a neural network (supervised) (Mφller 1993), a support vector machine. (Smola and Scholkopf 2004), or using a Gaussian process (Neumann et al. 2009). The model is cross-validated by splitting the target and label data into a training dataset (eg, 80%) and a test dataset (eg, 20%). This cross-validation is performed iteratively, with (split) shuffling the features and samples at each iteration. At each iteration, a metric of model performance is calculated between predictions from training data to target data (Taylor 2001). The performance criterion is used for both adjusting the parameters of the model (also called hyperparameter adjustment) and verifying the predictive power of the model.

予測力の高いモデルが得られた後に、ハイスループットバイオマーカープローブに加えて、自動化予測プラットフォームが開発される。いくつかの実施形態では、測定値の全コミュニティが利用されることで、正確な結果が得られ、この場合、入力測定値が予測の生成に使用される。開発された予測モデルは、既知のデータセット全体でのトレーニング後に、新たなデータからラベルを予測するために使用される。関連する信頼性及び確率分布と共に予測を得ることができる。このことは、入力試料から予測を視覚化する自動機能において実施することができる。いくつかの実施形態では、特徴選択またはモデルによって、高い予測力を有する小さな亜群または単一の特徴が明らかになる。そのような実施形態では、ハイスループットプローブを開発することで、予測と関連する特徴を迅速に同定することができる。例えば、アンプリコンメタゲノミクスの場合、単一の微生物または微生物の小コミュニティによって状態を直接的に決定し、患者の転帰を予測することができる。ハイスループットプローブは、特定の特徴の存在量または存在を明らかにすることができるリアルタイムPCRプライマーであり得る。   After a highly predictive model is obtained, an automated prediction platform is developed in addition to the high-throughput biomarker probe. In some embodiments, the entire community of measurements is utilized to provide accurate results, where the input measurements are used to generate predictions. The developed prediction model is used to predict labels from new data after training on the entire known data set. A prediction can be obtained with associated reliability and probability distribution. This can be done in an automatic function that visualizes the prediction from the input sample. In some embodiments, the feature selection or model reveals small subgroups or single features with high predictive power. In such embodiments, developing a high-throughput probe can quickly identify features associated with the prediction. For example, in the case of amplicon metagenomics, a single microorganism or small community of microorganisms can directly determine a condition and predict patient outcome. High throughput probes can be real-time PCR primers that can reveal the abundance or presence of a particular feature.

本明細書に記載のシステム及び方法は、ソフトウェア(メモリに保存されたもの及び/またはハードウェアで実行されるもの)、ハードウェア、あるいはそれらの組み合わせによって実施できることが意図される。ハードウェアコンポーネント及び/またはハードウェアモジュールには、例えば、汎用プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、及び/または特定用途向け集積回路(ASIC)が含まれ得る。ソフトウェアコンポーネント及び/またはソフトウェアモジュール(ハードウェアで実行されるもの)は、さまざまなソフトウェア言語(例えば、コンピュータコード)において表すことができ、こうしたソフトウェア言語には、Unix(登録商標)ユーティリティ、C、C++、Java(登録商標)、JavaScript(登録商標)(例えば、ECMAScript6)、Ruby、SQL、SAS(登録商標)、Rプログラミング言語/ソフトウェア環境、Visual Basic(商標)、ならびに他のオブジェクト指向型、手続き型、または他の型のプログラミング言語及び開発ツールが含まれる。コンピュータコードの例には、限定はされないが、マイクロコードまたはマイクロ命令、マシン命令(コンパイラによって生成されるものなど)、ウェブサービスを生成するために使用されるコード、及びインタプリタを使用するコンピュータによって実行される高レベルの命令を含むファイルが含まれる。コンピュータコードの追加の例には、限定はされないが、制御信号、暗号化コード、及び圧縮コードが含まれる。   It is contemplated that the systems and methods described herein can be implemented by software (stored in memory and / or executed in hardware), hardware, or a combination thereof. The hardware components and / or hardware modules may include, for example, a general purpose processor, a field programmable gate array (FPGA), and / or an application specific integrated circuit (ASIC). Software components and / or software modules (executing in hardware) can be represented in various software languages (eg, computer code), including Unix utilities, C, C ++, and the like. , Java, JavaScript (eg, ECMAScript6), Ruby, SQL, SAS, the R programming language / software environment, Visual Basic, and other object-oriented, procedural. Or other types of programming languages and development tools. Examples of computer code include, but are not limited to, microcode or microinstructions, machine instructions (such as those generated by a compiler), code used to generate web services, and execution by a computer using an interpreter. Includes files that contain high-level instructions to be performed. Additional examples of computer code include, but are not limited to, control signals, encryption codes, and compression codes.

本明細書に記載の実施形態のいくつかは、非一過性のコンピュータ可読媒体(非一過性のプロセッサ可読媒体またはプロセッサ可読メモリとも称され得る)を備えたデバイスに関し、こうした非一過性のコンピュータ可読媒体は、コンピュータによって実行されるさまざまな操作を実施するための命令またはコンピュータコードがそこに存在するものである。コンピュータ可読媒体(またはプロセッサ可読媒体)は、一過性に伝搬する信号(例えば、送信媒体(空間またはケーブルなど)上で情報を運ぶ伝搬性の電磁波)自体をそれが含まないという意味において非一過性である。媒体及びコンピュータコード(コードとも称され得る)は、特定の目的(複数可)のために設計及び構築されるものであり得る。非一過性のコンピュータ可読媒体の例には、限定はされないが、磁気記憶媒体(ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、及び磁気テープなど)、光記憶媒体(コンパクトディスク/デジタルビデオディスク(CD/DVD)、コンパクトディスク−読み取り専用メモリ(CD−ROM)、及びホログラフィックデバイスなど)、磁気光学記憶媒体(光ディスクなど)、搬送波信号処理コンポーネント及び/または搬送波信号処理モジュール、ならびにプログラムコードを保存及び実行するように特別に構成されたハードウェアデバイス(特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブル論理デバイス(PLD)、読み取り専用メモリ(ROM)、及びランダムアクセスメモリ(RAM)デバイスなど)が含まれる。本明細書に記載の他の実施形態は、コンピュータプログラム製品に関し、こうしたコンピュータプログラム製品は、例えば、本明細書で議論される命令及び/またはコンピュータコードを含み得る。   Some of the embodiments described herein relate to devices with non-transitory computer-readable media (which may also be referred to as non-transitory processor-readable media or processor-readable memory). Computer-readable media are those on which instructions or computer code for performing various operations performed by the computer reside. Computer-readable media (or processor-readable media) is a non-transitory device in the sense that it does not include e.g., evanescently propagating signals (e.g., propagating electromagnetic waves that carry information over a transmission medium (e.g., space or cable)). It is transient. The media and computer code (which may also be referred to as code) may be those designed and constructed for a particular purpose (s). Examples of non-transitory computer readable media include, but are not limited to, magnetic storage media (such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes), optical storage media (compact disks / digital video disks (CD / DVD), compact discs-read only memory (CD-ROM) and holographic devices), magneto-optical storage media (such as optical discs), carrier signal processing components and / or carrier signal processing modules, and storing and executing program code Hardware devices (such as application specific integrated circuits (ASICs), programmable logic devices (PLDs), read-only memory (ROM), and random access memory (RAM) devices). Other embodiments described herein relate to computer program products, which can include, for example, instructions and / or computer code discussed herein.

図3Aのさまざまな実施形態が上に説明されているが、こうした実施形態は、例として示されているものにすぎず、限定ではないことを理解されよう。上記の方法及び段階が、ある特定の順序で生じるある特定の事象を示す場合、ある特定の段階の順序を改変することができる。さらに、ある特定の段階を、可能なときは並行処理で同時に実施することも、上記のように連続的に実施することもできる。特定の特徴及び/または構成要素の組み合わせを有するものとしてさまざまな実施形態が記載されているが、本明細書に記載の実施形態のいずれかに由来する任意の特徴及び/または構成要素の任意の組み合わせまたは部分的組み合わせを有する他の実施形態も可能である。さらに、特定の計算デバイスと関連する特定の実体を有するものとしてさまざまな実施形態が記載されるが、他の実施形態では、他の計算デバイス及び/または異なる計算デバイスと関連する実体は異なり得る。   While various embodiments of FIG. 3A are described above, it will be understood that such embodiments are provided by way of example only, and not limitation. If the above methods and steps indicate certain events occurring in a particular order, the order of the particular steps may be modified. Further, certain steps may be performed concurrently, if possible, in parallel, or may be performed sequentially as described above. Although various embodiments are described as having a particular feature and / or combination of components, any of the features and / or components of any of the embodiments described herein may be derived. Other embodiments with combinations or sub-combinations are possible. Furthermore, while various embodiments are described as having a particular entity associated with a particular computing device, in other embodiments, the entities associated with other computing devices and / or different computing devices may be different.

実験データ及び実施例
本開示は、下記の実験データ及び実施例を参照することによってさらに示される。しかしながら、こうした実験データ及び実施例は、上記の実施形態のように、例示的なものであり、いかなる様式においても本開示の範囲の限定であると解釈してはならないことに留意されたい。
Experimental Data and Examples The present disclosure is further illustrated by reference to the following experimental data and examples. It should be noted, however, that these experimental data and examples, like the embodiments above, are illustrative and should not be construed as limiting the scope of the present disclosure in any manner.

実施例1
図2に示される段階を参照する。
Example 1
Reference is made to the steps shown in FIG.

2000:乳牛のルーメン試料に由来する細胞をマトリックスから剥離する。この処理は、超音波処理またはボルテックス処理を介して試料を激しくブレンドまたは混合した後、細胞からマトリックスを除去するために分画遠心分離法に供すことによって実施できる。遠心分離は、NycodenzまたはPercollを使用する勾配遠心分離段階を含み得る。   2000: Exfoliate cells from the rumen sample of the cow from the matrix. This can be accomplished by vigorous blending or mixing of the sample via sonication or vortexing, followed by differential centrifugation to remove the matrix from the cells. Centrifugation may include a gradient centrifugation step using Nycodenz or Percoll.

2001:特定の生物型を標的とする蛍光色素を使用して生物を染色する。フローサイトメトリーを使用することによって、染色特性及びサイズに基づいて異なる集団を判別する。   2001: An organism is stained with a fluorescent dye that targets a particular biotype. By using flow cytometry, different populations are distinguished based on staining characteristics and size.

2002:試料における生物の絶対数を、例えばフローサイトメトリーによって、決定する。この段階では、所与の体積中にどのくらい多くの生物型(細菌、古細菌、真菌、ウイルス、または原生生物など)が存在するかについての情報が得られる。   2002: The absolute number of organisms in the sample is determined, for example, by flow cytometry. At this stage, information is obtained about how many biotypes (such as bacteria, archaea, fungi, viruses, or protists) are present in a given volume.

2003:乳牛のルーメン試料を取得し、マトリックスに接着した細胞を、ビーズ破砕を介して直接的に溶解させる。全核酸を精製する。全精製核酸をRNAseで処理して精製ゲノムDNA(gDNA)を得る。qPCRを使用することで、バルクのgDNAから特定のマーカーを増幅すると同時に、それぞれのマーカーにシークエンシングアダプター及びバーコードを付加する。指数関数的な増幅の初期にqPCR反応を停止することで、PCRと関連する偏りを最小化する。試料をプールし、プールした試料に対してIllumina Miseqを使用してマルチプレックスシークエンシングを実施する。   2003: Take a dairy cow rumen sample and lyse cells adhering to the matrix directly through bead breaking. Purify all nucleic acids. All purified nucleic acids are treated with RNAse to obtain purified genomic DNA (gDNA). The use of qPCR amplifies specific markers from bulk gDNA while adding a sequencing adapter and barcode to each marker. Stopping the qPCR reaction early in the exponential amplification minimizes the bias associated with PCR. The samples are pooled and multiplex sequencing is performed on the pooled samples using Illumina Miseq.

2004:マトリックスに接着した乳牛ルーメン試料から、ビーズ破砕を介して細胞を直接的に溶解させる。カラムに基づく手法を使用して全核酸を精製する。全精製核酸をDNAseで処理して精製RNAを得る。逆転写酵素を使用して全RNAをcDNAに変換する。qPCRを使用することで、バルクのcDNAから特定のマーカーを増幅すると同時に、それぞれのマーカーにシークエンシングアダプター及びバーコードを付加する。指数関数的な増幅の初期にqPCR反応を停止することで、PCRと関連する偏りを最小化する。試料をプールし、プールした試料に対してIllumina Miseqを使用してマルチプレックスシークエンシングを実施する。   2004: Lyse cells directly from bead rumen samples adhered to matrix via bead disruption. Purify total nucleic acid using a column-based approach. All purified nucleic acids are treated with DNAse to obtain purified RNA. The total RNA is converted to cDNA using reverse transcriptase. By using qPCR, a specific marker is amplified from the bulk cDNA, and at the same time, a sequencing adapter and a barcode are added to each marker. Stopping the qPCR reaction early in the exponential amplification minimizes the bias associated with PCR. The samples are pooled and multiplex sequencing is performed on the pooled samples using Illumina Miseq.

2005:クオリティの低い塩基対及び切断型リードを除外することによってシークエンシング結果(fastqファイル)を処理する。カスタマイズしたUPARSEパイプラインを使用してDNAに基づくデータセットを解析し、現存データベースエントリーに対するシークエンシングリードのマッチングを行うことで、集団内の株を同定する。特有の配列は、データベースに追加する。カスタマイズしたUPARSEパイプラインを使用してRNAに基づくデータセットを解析する。最新データベースを使用して活性株を同定する。   2005: Process sequencing results (fastq file) by excluding low quality base pairs and truncated reads. Analyze the DNA-based dataset using a customized UPARSE pipeline and match sequencing reads against existing database entries to identify strains within the population. Specific sequences are added to the database. Analyze the RNA-based data set using a customized UPARSE pipeline. Identify active strains using up-to-date databases.

2006:前の段階(2005)で得た株独自性データを使用して、それぞれの株を示すリードの数を決定し、全リードに占める割合として示す。この割合に対して細胞数(2002)を乗じることで、試料及び所与の体積におけるそれぞれの生物型の絶対細胞数を決定する。RNAに基づくデータセットに存在するマーカー配列を適切な閾値と共に使用して絶対細胞数データセット内において活性株を同定する。閾値を満たさない株は、解析から除外する。   2006: Using the unique strain data obtained in the previous step (2005), the number of reads representing each strain is determined and indicated as a percentage of all reads. Multiplying this ratio by the cell number (2002) determines the absolute cell number of each biotype in the sample and in a given volume. Marker sequences present in the RNA-based dataset are used with appropriate thresholds to identify active strains in the absolute cell count dataset. Strains that do not meet the threshold are excluded from the analysis.

2007:2003〜2006を繰り返すことで、複数の乳牛ルーメン内の微生物集団の動態を示す経時変化を確立する。時間的なデータを集計し、各試料についてのそれぞれの活性生物株の細胞数及びメタデータを量マトリックスまたは存在量マトリックスに保存する。量マトリックスを使用することで、量データで重み付けされるルールマイニング手法を使用して特定時点の試料における活性株間の関連性を明らかにする。フィルターを適用して、有意ではないルールを除外する。   2007: Repeating 2003-2006 establishes a time course showing the kinetics of the microbial population in multiple dairy cow rumens. The temporal data is aggregated and the cell number and metadata of each active organism strain for each sample is stored in a quantity or abundance matrix. The use of a quantity matrix reveals the association between active strains in a sample at a particular time point using a rule mining technique weighted by quantity data. Apply filters to exclude rules that are not significant.

2008:変化の方向性を加味した上で(すなわち、負の値は減少を示し、正の値は増加を示す)、活性株の経時的な細胞数変化を計算する。マトリックスをネットワークとして示し、ネットワーク中、生物株はノードを示し、量で重み付けされたルールはエッジを示す。マルコフ連鎖及びランダムウォークを活用して、ノード間の連結度を決定し、クラスターを定義する。所望のメタデータ(環境パラメータ(複数可))と関連するクラスターを同定するために、メタデータを使用してクラスターをフィルタリングする。経時的な細胞数変化と標的クラスターに存在する株とを統合することによって標的生物株を順位付けし、細胞数変化が最も大きいものを最上位に順位付けする。   2008: The change in cell number of the active strain over time is calculated, taking into account the direction of the change (ie, a negative value indicates a decrease and a positive value indicates an increase). The matrix is shown as a network, where the biological strains indicate nodes and the rules weighted by quantity indicate edges. Utilizing Markov chains and random walks, the connectivity between nodes is determined, and clusters are defined. The clusters are filtered using the metadata to identify clusters associated with the desired metadata (environment parameter (s)). The target organism strain is ranked by integrating the change in cell number over time with the strains present in the target cluster, and the one with the largest change in cell number is ranked at the top.

実施例2
実験の設計及び材料及び方法
目的:乳牛における乳脂肪の産生に影響を与えるルーメン微生物コミュニティの構成要素を決定すること。
Example 2
Experimental Design and Materials and Methods Objective: To determine the components of the rumen microbial community that affect milk fat production in dairy cows.

動物:ルーメンにカニューレを挿入した泌乳ホルスタイン乳牛8頭を、実験で使用するための個別のタイストールに収容した。乳牛には、1日に2回の給餌及び1日に2回搾乳を実施し、乳牛が新鮮な水を自由に摂取できる状態を保った。1頭の乳牛(乳牛1)については、実験前の流産に起因して合併症が生じたため、食物起因性の乳脂肪量低下を最初に誘導した後に試験から除外した。   Animals: Eight lactating Holstein dairy cows with cannulated lumens were housed in individual tystals for use in experiments. The cows were fed twice a day and milked twice a day, keeping the cows free to drink fresh water. One dairy cow (dairy cow 1) was excluded from the study after the first induction of food-induced loss of milk fat due to complications due to pre-experimental miscarriage.

実験の設計及び処理:実験では、2群及び1実験期間とするクロスオーバー設計を使用した。実験期間は38日間に及ぶものとし、10日間は共変動期間/ウォッシュアウト期間とし、28日間はデータ収集及び試料取得のためのものとした。データ収集期間は、食物起因性の乳脂肪量低下(MFD)の誘導期間が10日間、回復期間が18日間となる構成とした。第1の実験期間の後に、10日間のウォッシュアウト期間をすべての乳牛に取らせてから期間2を開始した。   Experimental Design and Processing: The experiments used a crossover design with two groups and one experimental period. The experimental period spanned 38 days, 10 days of co-variation / washout period, and 28 days for data collection and sample acquisition. The data collection period was configured so that the induction period of food-induced decrease in milk fat mass (MFD) was 10 days and the recovery period was 18 days. After the first experimental period, period 10 was started after all cows had a 10-day washout period.

デンプン分解性が高く(70%が分解可能)、多価不飽和脂肪酸のレベルが高い(PUFA、3.7%)、低繊維含量(NDF29%)の完全混合飼料(TMR)を用いて食物起因性のMFDを誘導した。回復期間には、デンプン分解性が異なる2つの食物を使用した。繊維含量が高く(NDF37%)、PUFA含量が低く(2.6%)、デンプン分解性が高い(70%が分解可能)回復用食物に対して4頭の乳牛を無作為に割り付けた。残りの4頭の乳牛には、繊維含量が高く(NDF37%)、PUFA含量が低い(2.6%)が、デンプン分解性が低い(35%)回復用食物を与えた。   Highly starch degradable (70% degradable), high levels of polyunsaturated fatty acids (PUFA, 3.7%), low fiber content (29% NDF), originated from food using fully mixed feed (TMR) Induced MFD. During the recovery period, two foods with different starch degradability were used. Four dairy cows were randomly assigned to a recovery food with high fiber content (NDF 37%), low PUFA content (2.6%) and high starch degradability (70% degradable). The remaining four cows were fed a restorative food with a high fiber content (NDF 37%) and a low PUFA content (2.6%) but low starch degradability (35%).

10日間の共変動期間中及び10日間のウォッシュアウト期間中は、繊維含量が高く、PUFA含量が低く、デンプン分解性が低い食物を乳牛に与えた。   During the 10-day covariation period and the 10-day washout period, dairy cows were fed foods with high fiber content, low PUFA content, and low starch degradability.

試料及び測定:共変動期間、ウォッシュアウト期間、及び試料取得期間を通じて、乳産生量、乾物摂取量、及び飼料効率をそれぞれの動物について毎日測定した。TMR試料については、栄養素組成の測定を実施した。取得期間中は、乳試料を取得し、3日ごとに分析した。試料の分析は、乳成分濃度(乳脂肪、乳タンパク質、ラクトース、乳中尿素窒素、体細胞数、及び固形分)ならびに脂肪酸組成について実施した。   Samples and measurements: Throughout the covariation period, the washout period, and the sample acquisition period, milk production, dry matter intake, and feed efficiency were measured daily for each animal. The nutrient composition of the TMR sample was measured. During the acquisition period, milk samples were acquired and analyzed every three days. Analysis of the samples was performed for milk component concentrations (milk fat, milk protein, lactose, milk urea nitrogen, somatic cell count, and solids) and fatty acid composition.

取得期間中は、ルーメン試料を取得し、微生物コミュニティの組成及び活性について3日ごとに分析した。食物起因性のMFDから0日目、7日目、及び10日目には、その日の給餌から0時間後、2時間後、4時間後、6時間後、8時間後、10時間後、12時間後、14時間後、16時間後、18時間後、20時間後、及び22時間後に、ルーメンから集中的に試料を取得した。同様に、回復期間中は、16日目及び28日目に、その日の給餌から0時間後、2時間後、4時間後、6時間後、8時間後、10時間後、12時間後、14時間後、16時間後、18時間後、20時間後、及び22時間後に、ルーメンから集中的に試料を取得した。ルーメン内容物の分析は、pH、酢酸濃度、酪酸濃度、プロピオン酸濃度、イソ酸濃度、ならびに長鎖及びCLA異性体の濃度について実施した。   During the acquisition period, rumen samples were obtained and analyzed every three days for microbial community composition and activity. On days 0, 7, and 10 after food-induced MFD, 0, 2, 4, 6, 8, 10 and 12 hours after feeding on that day After 14 hours, 16 hours, 18 hours, 20 hours, and 22 hours, samples were intensively collected from the lumen. Similarly, during the recovery period, on days 16 and 28, 0 hour, 2 hours, 4 hours, 6 hours, 8 hours, 10 hours, 12 hours, 14 hours after feeding on that day. After hours, 16 hours, 18 hours, 20 hours, and 22 hours, samples were intensively obtained from the lumen. Analysis of rumen contents was performed for pH, acetic acid, butyric acid, propionic acid, isoacid, and long chain and CLA isomer concentrations.

ルーメン試料の調製及びシークエンシング:ルーメン試料を取得後、スイングバケット型の遠心分離機においてルーメン試料の遠心分離(4,000rpm)を4℃で20分間実施した。上清をデカントし、0.1mmのガラスビーズを事前に充填した1.7mL滅菌チューブに一定分量のルーメン内容物試料(1〜2mg)をそれぞれ添加した。第2の一定分量を取得し、細胞計数用として空の1.7mL滅菌チューブに入れて保管した。   Preparation and Sequencing of Rumen Sample: After obtaining the rumen sample, centrifugation (4,000 rpm) of the rumen sample was performed at 4 ° C. for 20 minutes in a swinging bucket type centrifuge. The supernatant was decanted and aliquots of the rumen contents sample (1-2 mg) were each added to a 1.7 mL sterile tube pre-filled with 0.1 mm glass beads. A second aliquot was obtained and stored in an empty 1.7 mL sterile tube for cell counting.

ガラスビーズを含めたルーメン試料(第1の一定分量)を、ビーズ破砕を用いてホモジナイズして微生物を溶解させた。各試料からDNA及びRNAを抽出及び精製し、Illumina Miseqでのシークエンシング用として調製した。ペアエンド化学を使用して試料をシークエンシングし、ライブラリーの両末端に対して300塩基対のシークエンシングを実施した。空のチューブに入れたルーメン試料(第2の一定分量)を染色し、フローサイトメーターにかけることで、各試料におけるそれぞれの微生物型の細胞数を定量化した。   A rumen sample (first aliquot) containing glass beads was homogenized using bead crushing to dissolve the microorganism. DNA and RNA were extracted and purified from each sample and prepared for sequencing on Illumina Miseq. Samples were sequenced using paired-end chemistry and 300 base pairs were sequenced on both ends of the library. The rumen samples (the second aliquot) in empty tubes were stained and run on a flow cytometer to quantify the number of cells of each microbial type in each sample.

シークエンシングリードの処理及びデータ解析:シークエンシングリードのクオリティトリミング及び処理を実施することで、ルーメンに存在する細菌種をマーカー遺伝子に基づいて同定した。計数データセット及び活性データセットをシークエンシングリードと統合することで、ルーメン微生物コミュニティ内の活性微生物種の絶対細胞数を決定した。相互情報量を使用することによって、乳牛の産生特徴(産生した乳汁のポンドを含む)の経時変化を、実験過程にわたって各試料内の活性微生物の分布に関連付けた。産生した乳脂肪のポンドとそれぞれの活性微生物の絶対細胞数との間で最大情報係数(MIC)スコアを計算した。MICスコアによって微生物を順位付けし、MICスコアが最も高い微生物を、産生した乳汁のポンドとの関連性が最も高い標的種として選択した。   Sequencing read processing and data analysis: By performing quality trimming and processing of the sequencing reads, bacterial species present in the rumen were identified based on marker genes. The absolute data on the number of active microbial species within the rumen microbial community was determined by integrating the counting and activity data sets with the sequencing reads. By using mutual information, the time course of dairy cow production characteristics (including pounds of milk produced) was linked to the distribution of active microorganisms in each sample over the course of the experiment. The maximum information coefficient (MIC) score was calculated between pounds of milk fat produced and the absolute cell number of each active microorganism. The microorganisms were ranked by MIC score and the microorganism with the highest MIC score was selected as the target species most relevant to the pound of milk produced.

計数データ、活性データ、ならびに数及び活性が最終結果に与える影響を決定するための試験ケースを、シークエンシング解析から適切なデータセットを除外することによって実施した。MICではなく線形相関を使用することが標的の選択に与える影響を評価するために、すべての微生物の相対存在量及び活性微生物の絶対細胞数に対する産生した乳脂肪のポンドのピアソン係数も計算した。   Test cases to determine enumeration data, activity data, and the effect of number and activity on the final result were performed by excluding the appropriate dataset from sequencing analysis. To assess the effect of using linear correlation rather than MIC on target selection, the Pearson coefficient of pounds of milk fat produced relative to the relative abundance of all microorganisms and the absolute cell number of active microorganisms was also calculated.

結果及び考察
相対存在量と絶対細胞数との対比
Results and discussion Relative abundance versus absolute cell number

細胞数データを含めたデータセットについての上位15の標的種(絶対細胞数、表2)及び細胞数データを含めないデータセットについての上位15の標的種(相対存在量、表1)をMICスコアに基づいて同定した。標的の最終的な選択に対する細胞数データの影響を浮き彫りにするため、この解析では活性データは使用しなかった。最終的に、上位8つの標的は、2つのデータセットの間で同一であった。残りの7つのうちの5つの株は両方のリストに存在したが、その順序は異なった。これら5つの株は順位に差異が存在したにもかかわらず、それぞれの株に対して計算されたMICスコアは、2つのリストの間で同一であった。絶対細胞数リストには存在するが、相対存在量リストには存在しない2つの株(ascus_111及びascus_288)は、相対存在量リストではそれぞれ91位及び16位であった。相対存在量リストには存在するが、絶対細胞数リストには存在しない2つの株(ascus_102及びascus_252)は、絶対細胞数リストではそれぞれ50位及び19位であった。これら4つの株は、それぞれのリストでのMICスコアが実際に異なっており、したがってこのことは、それらの順位がシフトし、それに伴ってリスト中のその他の株に影響が及んだことの説明を与えるものである。   The MIC score for the top 15 target species (absolute cell count, Table 2) for the data set with cell number data and the top 15 target species (relative abundance, Table 1) for the data set without cell number data Was identified based on Activity data was not used in this analysis to highlight the effect of cell number data on final selection of targets. Finally, the top eight targets were identical between the two data sets. Five of the seven remaining strains were on both lists, but in a different order. The MIC scores calculated for each of the five strains were identical between the two lists, despite differences in ranking. Two strains (ascus_111 and ascus_288) that were present in the absolute cell count list but not in the relative abundance list were ranked 91 and 16 in the relative abundance list, respectively. Two strains (ascus_102 and ascus_252) that are present in the relative abundance list but not in the absolute cell count list were ranked 50 and 19, respectively, in the absolute cell count list. These four strains actually differed in their MIC scores in each of the lists, thus this explains that their rankings have shifted and have affected other stocks in the list accordingly. Is to give.

細胞数データを統合することは、それぞれの株に割り当てられる最終的なMICスコアに常に影響を与えるものではなかった。このことは、微生物集団は、実際に、ルーメン内で毎日変化し、38日間の実験期間にわたって変化してはいたものの、その変化は常に10〜10個細胞/ミリリットルの範囲内であったという事実に起因するものであり得る。集団の数の変化が増大すれば、最終的なMICスコアに影響が及ぶ範囲が拡大することは明らかであると想定される。 Integrating cell number data did not always affect the final MIC score assigned to each line. This means that although the microbial population actually changed daily in the lumen and changed over the 38 days of the experiment, the change was always in the range of 10 7 to 10 8 cells / milliliter. Can be attributed to the fact that It is assumed that as the change in population number increases, it is clear that the range affecting the final MIC score will increase.

不活性種と活性種との対比 Comparison of inert and active species

活性データに基づいて株をフィルタリングすることの影響を評価するために、活性データと共に相対存在量を活用したデータセット(表3)、及び活性データなしで相対存在量を活用したデータセット(表1)、ならびに活性データと共に絶対細胞数を活用したデータセット(表4)、及び活性データなしで絶対細胞数を活用したデータセット(表2)、から標的種を同定した。   To evaluate the effect of filtering strains based on activity data, a dataset utilizing relative abundance with activity data (Table 3) and a dataset utilizing relative abundance without activity data (Table 1) ) And a dataset utilizing the absolute cell number with activity data (Table 4) and a dataset utilizing the absolute cell number without activity data (Table 2).

相対存在量の場合については、ascus_126、ascus_1366、ascus_1780、ascus_299、ascus_1139、ascus_127、ascus_341、及びascus_252は、活性データの適用前は、標的株であると見なされていた。これら8つの株(最初の上位15の標的のうちの53%)は、活性データの統合後は、上位15から外れて下位に落ちた。同様の傾向が絶対細胞数の場合についても観測された。Ascus_126、ascus_1366、ascus_1780、ascus_299、ascus_1139、ascus_127、及びascus_341(最初の上位15の標的うちの46%)は、活性データセットの統合後は、上位15から外れて下位に落ちた。   In the case of relative abundance, ascus_126, ascus_1366, ascus_1780, ascus_299, ascus_1139, ascus_127, ascus_341, and ascus_252 were considered as target strains before the application of the activity data. These eight strains (53% of the first 15 top targets) fell below the top 15 and fell down after integration of activity data. A similar trend was observed for absolute cell numbers. Ascus — 126, ascus — 1366, ascus — 1780, ascus — 299, ascus — 1139, ascus — 127, and ascus — 341 (46% of the first 15 top targets) fell out of the top 15 and dropped down after integration of the active dataset.

細胞数データセットと比較すると、活性データセットは、標的の順位及び選択に対してはるかに重大な影響を有していた。こうしたデータセットを共に統合するとき、試料が不活性であることが明らかになれば、その試料は本質的に「0」に変えられ、解析の一部とは見なされなくなる。この理由から、試料内の点の分布は、統合後に重度に改変または歪められた状態となり得、このことは、次に、最終的なMICスコア、ひいては標的微生物の順序に大きな影響を与える。   When compared to the cell number data set, the activity data set had a much more significant impact on target ranking and selection. When integrating these data sets together, if a sample proves to be inert, it is essentially turned to "0" and is no longer considered part of the analysis. For this reason, the distribution of points in a sample can become severely altered or distorted after integration, which in turn has a significant effect on the final MIC score and thus the order of the target microorganism.

相対存在量かつ活性なしと、絶対細胞数かつ活性ありとの対比 Relative abundance and no activity vs. absolute cell number and activity

最終的には、本明細書で定義される方法は、細胞数データと活性データとの両方を活用することで、関連するメタデータ特徴に高度に関連付けられる微生物を同定するものである。両方の方法(表4、表1)を使用して選択した上位15の標的のうちで、両方のリストに見られたものは7株にすぎなかった。8つの株(53%)は、絶対細胞数及び活性を含むリストに特有のものであった。両方のリストに存在する上位3つの標的は、株と順位との両方において一致した。しかしながら、3つのうちの2つは、両方のリストでMICスコアが異なっており、このことは、それらが活性データセットの統合によって影響を受けたものの、その影響は、それらの順位を覆すには十分ではなかったことを示唆している。   Ultimately, the methods defined herein utilize both cell number data and activity data to identify microorganisms that are highly associated with relevant metadata features. Of the top 15 targets selected using both methods (Table 4, Table 1), only 7 strains were found in both lists. Eight strains (53%) were unique to the list including absolute cell number and activity. The top three targets on both lists were consistent in both strains and ranks. However, two of the three differed in the MIC scores in both lists, indicating that although they were affected by the integration of the active dataset, their effects were not enough to reverse their ranking. Suggests that it was not enough.

線形相関手法とノンパラメトリック手法との対比 Comparison between linear correlation method and nonparametric method

産生した乳脂肪のポンドと各試料内の活性微生物の絶対細胞数との間でピアソン係数及びMICスコアを計算した(表5)。MIC(表5a)またはピアソン係数(表5b)のいずれかによって株を順位付けすることで、乳脂肪産生との関連性が最も高い標的株を選択した。MICスコアとピアソン係数との両方が、それぞれの場合において報告される。両方のリストに見られた株は6つであり、このことは、MIC手法を使用することで特有の株が9つ(60%)同定されたことを意味する。リスト間での株の順序は異なっており、それぞれの方法によって同定された上位3つの標的株もまた特有のものであった。   Pearson coefficients and MIC scores were calculated between pounds of milk fat produced and the absolute cell number of active microorganisms in each sample (Table 5). By ranking strains by either MIC (Table 5a) or Pearson coefficient (Table 5b), the target strain with the highest association with milk fat production was selected. Both the MIC score and the Pearson coefficient are reported in each case. Six strains were found in both lists, which means that 9 unique strains (60%) were identified using the MIC approach. The order of the strains between the lists was different, and the top three target strains identified by each method were also unique.

ピアソン係数と同様に、MICスコアは、0〜1の範囲にわたって報告されるものであり、1は、2つの変数の間で関連性が非常に強いことを示唆する。ここでは、上位15の標的は、0.97〜0.74の範囲のMICスコアを示した。一方、この相関試験ケースに対するピアソン係数は、0.53〜0.45の範囲となり、相互情報量の試験ケースと比較すると実質的に低かった。この相違は、それぞれの解析方法に固有の差異に起因するものであり得る。相関は、直線の周りの点の分散を測定する線形推定である一方で、相互情報量では、確率分布が活用され、2つの分布の間の類似性が測定される。実験過程にわたって、産生した乳脂肪のポンドは、非線形的に変化した(図4)。この特定の関数については、相互情報量によって示され、近似が取られる方が、相関と比較して適している可能性がある。このことについて調べるために、相関及び相互情報量を使用して同定した上位の標的株(それぞれAscus_713(図5)及びAscus_7(図6))をプロットすることで、株と乳脂肪量との関連性をそれぞれの方法がどのくらい精度よく予測したかを決定した。2つの変数が強い相関を示すのであれば、互いに対してプロットすると点の分散がほとんどないか、または全くない1つの線によってそれら2つの変数が示される。図5では、Ascus_713と乳脂肪量との相関は弱く、このことは、点が広範に拡散していることによって示される。重ねて記載すると、相互情報量は、2つの点分布がどのくらい類似するかを測定するものである。Ascus_7を乳脂肪量と共にプロットすると(図6)、これら2つの点の分布が非常に類似していることが明らかである。   Like the Pearson coefficient, MIC scores are reported over a range of 0 to 1, with 1 indicating a very strong association between the two variables. Here, the top 15 targets showed MIC scores ranging from 0.97 to 0.74. On the other hand, the Pearson coefficient for this correlation test case was in the range of 0.53 to 0.45, which was substantially lower than that of the mutual information test case. This difference may be due to differences inherent in each analysis method. Correlation is a linear estimate that measures the variance of points around a straight line, while mutual information exploits a probability distribution to measure the similarity between two distributions. Over the course of the experiment, the pounds of milk fat produced varied non-linearly (FIG. 4). For this particular function, it may be more appropriate to indicate the mutual information and approximate it compared to the correlation. To investigate this, the top target strains identified using correlation and mutual information (Ascus_713 (FIG. 5) and Ascus_7 (FIG. 6), respectively) were plotted to show the relationship between strains and milk fat mass. We determined how accurately each method predicted gender. If the two variables show a strong correlation, a single line with little or no point variance when plotted against each other indicates the two variables. In FIG. 5, the correlation between Ascus — 713 and the amount of milk fat is weak, which is indicated by the wide spread of the points. Again, mutual information measures how similar two point distributions are. When Ascus_7 is plotted with milk fat mass (FIG. 6), it is clear that the distribution of these two points is very similar.

全体としての本発明の方法と従来の手法との対比 Comparison between the method of the present invention as a whole and the conventional method

微生物コミュニティを解析する従来の手法は、活性情報を取り込むことなく相対存在量データを使用することに依存しており、最終的に、メタデータに対する微生物種の単純な相関を得て終わるものである(例えば、米国特許第9,206,680号(当該文献は、あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に組み込まれる)を参照のこと)。本明細書では、我々は、それぞれのデータセットを取り込むことが標的の最終リストにどの程度の影響を付加的に及ぼすかを示している。本明細書に記載の方法が、その全体として適用されると、従来の方法と比較して完全に異なる標的セットが本明細書に記載の方法によって選択された(表5a及び表5c)。従来の手法を使用すると標的株として最上位に選択されたAscus_3038を、乳脂肪量に対してプロットして相関の強度を可視化した(図7)。前述の例のように、乳脂肪量に対してAscus_3038が示した相関もまた弱いものであった。   Traditional approaches to analyzing microbial communities rely on using relative abundance data without capturing activity information and ultimately end up with a simple correlation of microbial species to metadata. (See, for example, US Patent No. 9,206,680, which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes). Here, we show how incorporation of each dataset additionally affects the final list of targets. When the method described herein was applied in its entirety, a completely different set of targets was selected by the method described herein compared to the conventional method (Tables 5a and 5c). Ascus-3038, which was selected as the top target strain using conventional techniques, was plotted against milk fat mass to visualize the strength of the correlation (FIG. 7). As in the previous example, the correlation shown by Ascus_3038 for milk fat content was also weak.

表5:相互情報量または相関を使用したときの上位15の標的株 Table 5: Top 15 target strains when using mutual information or correlation

実施例3
乳牛における総乳脂肪量、総乳タンパク質量、及びエネルギー補正乳量(ECM)の増加
実施例3では、泌乳反芻動物によって産生する乳脂肪及び乳タンパク質の総量、ならびに計算ECMを増加させることを目的とする特定の実施態様が示される。本明細書で使用されるように、ECMは、乳体積、乳脂肪、及び乳タンパク質に基づく乳汁中のエネルギー量を示す。ECMでは、乳成分が脂肪3.5%及びタンパク質3.2%に補正されることによって動物の能力が等しくなり、個々の動物及び群れのレベルで経時的に産生を比較することが可能になる。本開示と関連してECMの計算に使用される式は、以下のものである。
ECM=(0.327x乳汁のポンド)+(12.95x脂肪のポンド)+(7.2xタンパク質のポンド)
Example 3
Increasing Total Milk Fat, Total Milk Protein, and Energy Corrected Milk (ECM) in Dairy Cows Example 3 aims to increase the total amount of milk fat and milk protein produced by lactating ruminants, as well as the calculated ECM. Is shown. As used herein, ECM refers to the amount of energy in milk based on milk volume, milk fat, and milk protein. In the ECM, the milk component is corrected to 3.5% fat and 3.2% protein, resulting in equal animal performance and comparing production over time at the individual animal and herd level. . The formula used to calculate the ECM in connection with the present disclosure is:
ECM = (0.327 x pounds of milk) + (12.95 x pounds of fat) + (7.2 x pounds of protein)

開示の方法を利用して活性な相互関連微生物/微生物株を同定し、そこから微生物アンサンブルを生成して本明細書に示される方法論を適用すると、泌乳反芻動物によって産生する乳脂肪及び乳タンパク質の総量が増加することが実証されている。こうした増加は、ホルモンを別に与えることを必要とせずに実現した。   Utilizing the disclosed methods to identify active correlated microorganisms / microbial strains, from which microbial ensembles are generated and the methodology presented herein can be applied to the production of milk fat and milk protein produced by lactating ruminants. It has been demonstrated that the total amount increases. These increases were realized without the need for additional hormones.

この実施例では、上記の開示に従って同定及び生成された2つの単離された微生物(Ascusb_X及びAscusf_Y)を含む微生物アンサンブルを、授乳の中期のホルスタイン乳牛に5週間にわたって投与した。8頭の群2つに乳牛を無作為に割り付け、これらの群の一方は、微生物アンサンブルを含まない緩衝液を投与する対照群とした。第2の群(実験群)には、Ascusb_X及びAscusf_Yを含む微生物アンサンブルを1日に1回、5週間投与した。乳牛はそれぞれ、個別の飼育領域に収容し、飼料及び水を自由に摂取できるようにした。食物は、乳量が多くなる食物とした。乳牛には自由に摂食させ、1日の終わりに飼料の重量を測定し、前日の拒食分は、重量を測定し、廃棄した。体重測定は、Salter Brecknell(Fairmont,MN)のPS−2000スケールで実施した。   In this example, a microbial ensemble containing two isolated microorganisms (Ascusb_X and Ascusf_Y) identified and generated according to the above disclosure was administered to mid-lactating Holstein dairy cows for 5 weeks. Dairy cows were randomly assigned to two groups of eight cows, one of which was a control group receiving a buffer without a microbial ensemble. The second group (experimental group) was administered a microbial ensemble containing Ascusb_X and Ascusf_Y once a day for 5 weeks. Each cow was housed in a separate breeding area with free access to feed and water. The food was a milk-rich food. Dairy cows were allowed free access to food and weighed at the end of the day, and the anorexic foods the previous day were weighed and discarded. Body weight measurements were performed on a PS-2000 scale from Salter Brecknell (Fairmont, MN).

乳牛のルーメンにカニューレが到達するように乳牛にカニューレを装着した。乳牛には、カニューレ挿入の後、少なくとも10日間の回復期間をさらに与えてから、対照用量または実験用量を投与した。   The dairy cow was cannulated so that it reached the lumen of the dairy cow. Dairy cows were given a further recovery period of at least 10 days after cannulation prior to receiving control or experimental doses.

対照群への投与は、20mlの中性緩衝生理食塩水を用いるものとし、実験群への投与は、20mLの中性緩衝生理食塩水に約10個の細胞を懸濁したもの用いるものとした。対照群には、20mlの当該生理食塩水を1日に1回投与し、実験群には、10個の微生物細胞の記載の微生物アンサンブルをさらに含む20mlの当該生理食塩水を投与した。 The control group was administered using 20 ml of neutral buffered saline, and the experimental group was administered using about 10 9 cells suspended in 20 ml of neutral buffered saline. did. The control group was administered once the saline 20ml per day, the experimental group were administered the saline 20ml, further comprising a microorganism ensemble according to 10 9 microbial cells.

0日目、7日目、14日目、21日目、及び35日目にあらゆる乳牛のルーメンから試料を取得し、ここでは微生物投与の前日を0日目とした。実験投与及び対照投与は、その日にルーメンから試料を取得した後に実施したことに留意されたい。ルーメンからの毎日の試料取得は0日目に開始し、取得したルーメン液にHanna Instruments(Woonsocket,RI)のpHメーターを挿入して記録を取った。ルーメン試料の取得においては、ルーメンの中心領域、背側領域、腹側領域、前側領域、及び後側領域からカニューレを介して微粒子と液体との両方を取得するようにし、5つの試料すべてを、1.5mlの停止液(エタノール95%、フェノール5%)を含む15mlのコニカルバイアルにプールした。それぞれの試料取得日に糞便試料も取得し、糞便は、触診用スリーブを使用して直腸から取得した。それぞれの試料取得時に乳牛の体重を測定した。   Samples were obtained from the rumen of all dairy cows on days 0, 7, 14, 21 and 35, where the day before microbial administration was day 0. Note that the experimental and control doses were performed that day after samples were obtained from the lumen. Daily sample acquisition from the rumen commenced on day 0 and recordings were taken by inserting a pH meter from Hanna Instruments (Woonsocket, RI) into the acquired rumen fluid. In obtaining a rumen sample, both microparticles and liquid were obtained via cannula from the central, dorsal, ventral, anterior, and posterior regions of the lumen, and all five samples were Pooled in a 15 ml conical vial containing 1.5 ml stop solution (95% ethanol, 5% phenol). Fecal samples were also obtained on each sample acquisition day, and feces were obtained from the rectum using a palpation sleeve. The cows were weighed at the time of each sample acquisition.

糞便試料を2オンスバイアルに入れ、凍結保管し、分析することで、見かけの中性デタージェント繊維(NDF)消化性の値、見かけのデンプン消化性の値、及び見かけのタンパク質消化性の値を決定した。ルーメン試料の取得においては、ルーメンの液体部分と微粒子部分との両方を取得するようにし、それらのそれぞれを15mlのコニカルチューブに保管した。10%の停止液(フェノール5%/エタノール95%の混合物)で細胞を固定し、4℃に保ち、氷上に留めてAscus Biosciences(San Diego,California)に送付した。   Fecal samples are placed in 2 oz vials, stored frozen, and analyzed to determine apparent neutral detergent fiber (NDF) digestibility, apparent starch digestibility, and apparent protein digestibility. Were determined. In obtaining a rumen sample, both the liquid portion and the fine particle portion of the lumen were obtained, and each of them was stored in a 15 ml conical tube. Cells were fixed with 10% stop solution (mixture of 5% phenol / 95% ethanol), kept at 4 ° C., kept on ice and sent to Ascus Biosciences (San Diego, California).

乳産生量を1日に2回(朝に1回及び夜に1回)測定した。乳組成(脂肪%及びタンパク質%など)を1日に2回(朝に1回及び夜に1回)測定した。タンパク質脂肪、固形分については近赤外線分光法で分析し、乳中尿素窒素(MUN)及び体細胞数(SCC)についてはTulare Dairy Herd Improvement Association(DHIA)(Tulare,California)で分析して、乳試料をさらに分析した。個々の乳牛の飼料摂取量及びルーメンのpHを1日に1回決定した。   Milk production was measured twice a day (once in the morning and once in the night). Milk composition (such as% fat and% protein) was measured twice a day (once in the morning and once at night). Protein fat and solids were analyzed by near-infrared spectroscopy, and milk urea nitrogen (MUN) and somatic cell count (SCC) were analyzed by Tulare Dairy Herd Improvment Association (DHIA) (Tulare, California). The sample was further analyzed. Feed intake and rumen pH of individual cows were determined once a day.

完全混合飼料(TMR)の試料を適用期間の最終日に取得し、その後は1週間に1回の取得を続けた。試料取得は四分法を用いて実施し、試料は真空密封バッグに保管し、この真空密封バッグをCumberland Valley Analytical Services(Hagerstown,MD)に送付し、NIR1パッケージによる分析を実施した。緩衝液及び/または微生物バイオアンサンブルの最終投与日は35日目としたが、他の測定及び試料取得はすべて、46日目まで記載のように継続した。   Samples of complete mixed feed (TMR) were obtained on the last day of the application period, after which weekly acquisitions were continued. Sample acquisition was performed using the quadrant method, samples were stored in vacuum-sealed bags, and the vacuum-sealed bags were sent to Cumberland Valley Analytical Services (Hagerstown, MD) for analysis with the NIR1 package. The final day of buffer and / or microbial bioensemble administration was on day 35, but all other measurements and sample acquisitions continued as described until day 46.

図8Aは、開示の方法に基づいて微生物アンサンブルを投与した乳牛では、緩衝液単独物を投与した乳牛と比較して平均乳脂肪産生量が20.9%増加したことを示す。図8Bは、微生物アンサンブルを投与した乳牛では、緩衝液単独物を投与した乳牛と比較して平均乳タンパク質産生量が20.7%増加したことを示す。図8Cは、微生物アンサンブルを投与した乳牛では、平均エネルギー補正乳産生量が19.4%増加したことを示す。図8A〜Cに見られる増加は、アンサンブルの投与を停止(データ点を横切る垂直線によって示される)した後は、顕著さが低下した。   FIG. 8A shows that cows receiving a microbial ensemble based on the disclosed method increased mean milk fat production by 20.9% compared to cows receiving a buffer alone. FIG. 8B shows that cows receiving the microbial ensemble increased mean milk protein production by 20.7% compared to cows receiving the buffer alone. FIG. 8C shows that cows receiving the microbial ensemble increased mean energy corrected milk production by 19.4%. The increase seen in FIGS. 8A-C decreased in significance after stopping administration of the ensemble (indicated by the vertical line across the data points).

実施例4
ブロイラーにおける病変形成の原因病原体としてのClostridium perfringensの検出
さまざまなレベルのClostridium perfringensを160羽の雄性Cobb500に投与した(表6a)。これらの雄性Cobb500を21日間飼育し、屠殺し、病変スコアを付けることで、壊死性腸炎の進行及びC.perfringensの影響を定量化した。
Example 4
Detection of Clostridium perfringens as the causative agent of pathogenesis in broilers Various levels of Clostridium perfringens were administered to 160 male Cobb500 (Table 6a). These male Cobb500 were bred for 21 days, sacrificed and scored for lesions to determine the progression of necrotic enteritis and C. cerevisiae. The effect of perfringens was quantified.

実験設計 Experimental design

環境的に制御された施設内にトリを収容し、木の床の飼育領域(約4フィート×4フィートからフィーダースペース用の2.25平方フィートを引いた領域)にトリを入れ、この飼育領域では、床スペース及びトリの密度を[約0.69平方フィート/トリ]とし、温度、照明、フィーダー、及び水を供給した。木くずを適切な深さで含めた清潔な飼育領域にトリを入れ、当該ヒヨコにとって快適な環境を与えた。試験中に、試験用のトリにとっての快適な条件としては木くずが湿気を帯びすぎた状態となった場合は、追加の木くずを飼育領域に加えた。照明は、白色光を介するものとし、市販の照明プログラムを下記のように使用した。   The birds were housed in an environmentally controlled facility and housed on a wooden floor rearing area (approximately 4 feet x 4 feet minus 2.25 square feet for feeder space). In this example, floor space and bird densities were [approximately 0.69 square feet per bird] and provided temperature, lighting, feeders, and water. Birds were placed in a clean breeding area containing wood chips at an appropriate depth to provide a comfortable environment for the chick. During the test, additional wood chips were added to the rearing area if the wood chips became too moist as a comfortable condition for the test birds. Lighting was via white light and a commercial lighting program was used as described below.

トリに対する環境条件(すなわち、トリ密度、温度、照明、フィーダー、及び水のスペース)は、すべての処理群で同様となるようにした。飼育領域間のトリの移動及び細菌拡散を防ぐために、飼育領域の間に約24インチの高さの頑丈な(プラスチックの)仕切りを各飼育領域に設けた。   The environmental conditions for birds (ie, bird density, temperature, lighting, feeder, and water space) were the same for all treatment groups. A robust (plastic) divider approximately 24 inches high was provided between the rearing areas in each rearing area to prevent bird migration and bacterial spread between the rearing areas.

ワクチン接種及び治療薬投与: Vaccination and treatment administration:

マレック病を防ぐために、孵化場でトリにワクチン接種を行った。受け入れ時(試験の0日目)に、ニューカッスル病及び感染性気管支炎を防ぐために、噴霧適用によってトリにワクチン接種を行った。ワクチン製造業者、ロット番号、及び有効期限を文書化し、最終報告書と共に提出した。   Birds were vaccinated at the hatchery to prevent Marek's disease. At the time of acceptance (day 0 of the study), birds were vaccinated by spray application to prevent Newcastle disease and infectious bronchitis. The vaccine manufacturer, lot number, and expiration date were documented and submitted with the final report.

水: water:

飼育領域当たりに1つのPlasson給水器を介して、試験を通じて水を不断供給した。給水器は、1日に2回点検し、必要に応じて洗浄することで、清潔な水が一定して確実にトリに供給されるようにした。   Water was supplied continuously throughout the study via one Plasson waterer per breeding area. The water supply was checked twice a day and washed as needed to ensure that clean water was constantly and reliably supplied to the birds.

給餌: Feeding:

飼育領域当たりに1つの直径約17インチの吊り下げ式チューブフィーダーを介して、試験を通じて不断給餌を行った。最初の約4日間は、各飼育領域にヒヨコ用のフィーダートレイを置いた。受け入れ時(0日目)に、実験設計に従ってトリをそのそれぞれの処理食物の摂取過程下に置いた。0日目から試験終了までの間に飼育領域に追加した飼料及び飼育領域から除去した飼料については、重量を測定し、記録した。   Permanent feeding was conducted throughout the study through a suspended tube feeder approximately 17 inches in diameter per breeding area. For the first approximately four days, a chick feeder tray was placed in each breeding area. Upon receipt (Day 0), birds were placed under their respective treated food intakes according to the experimental design. The feed added to and removed from the breeding area from day 0 to the end of the test was weighed and recorded.

毎日の観察: Daily observations:

全体的な群れの状態、照明、水、飼料、換気、及び不測の事象について、試験施設、飼育領域、及びトリを少なくとも1日に2回観察した。1日に2回の観察のいずれかにおいて異常な状態また異常な挙動が確認されれば、それを文書化し、それを試験記録の付属文書とした。試験施設の最低温度及び最高温度を1日に1回記録した。   The test facility, breeding area, and birds were observed at least twice daily for overall herd status, lighting, water, feed, ventilation, and unexpected events. If any abnormal condition or behavior was observed in any of the observations twice a day, it was documented and it was attached to the test record. The minimum and maximum temperatures of the test facility were recorded once a day.

飼育領域のカード: Breeding area cards:

各飼育領域に2つのカードを取り付けた。一方のカードによって飼育領域番号を識別し、第2のカードによって処理番号を示した。   Two cards were attached to each breeding area. The rearing area number was identified by one card, and the processing number was indicated by the second card.

動物の取り扱い: Animal Handling:

動物は、理想的な飼育適合条件の下で保持した。損傷及び不要なストレスを低減するような様式で動物を取り扱った。人道的な手段を厳格に実行した。   Animals were kept under ideal housing compatible conditions. Animals were handled in such a way as to reduce damage and unnecessary stress. Strictly implemented humane measures.

獣医学的な管理、介入、及び安楽死: Veterinary management, intervention, and euthanasia:

試験手順とは無関係な臨床的に顕著な併発疾患を発症したトリは、試験責任者または被任命者の裁量で試験から除外し、現場のSOPに従って安楽死させた。さらに、瀕死または損傷したトリもまた、現場の獣医師または有資格技術者の権限で安楽死させた。いずれの除外理由も文書化した。動物が死亡するか、または除外し、人道的理由で安楽死させたのであれば、そのことを飼育領域の死亡率シートに記録し、剖検を実施し、提出して除外理由を文書化した。   Birds that developed a clinically significant comorbidity unrelated to the study procedure were excluded from the study at the discretion of the study director or nominee and euthanized according to the SOP on site. In addition, moribund or injured birds were also euthanized with the authority of a field veterinarian or qualified technician. Both exclusion reasons were documented. If the animal died or was excluded and was euthanized for humane reasons, this was recorded on the mortality sheet in the breeding area, an autopsy was performed and submitted to document the reasons for exclusion.

試験責任者によって安楽死が必要であると判断されれば、頸椎脱臼によって動物を安楽死させた。   Animals were euthanized by cervical dislocation if euthanasia was deemed necessary by the study director.

死亡率及び選別: Mortality and screening:

死亡が明らかになったトリまたは除外及び屠殺したトリはいずれも、体重を測定し、剖検した。このことは、試験の0日目から開始した。飼料または水を得ることができなくなった選別トリは、屠殺し、体重を測定し、文書化した。体重及び推定死亡原因及び剖検知見を飼育領域の死亡率記録に記録した。   Any birds that were found dead or excluded and slaughtered were weighed and necropsied. This started on day 0 of the study. Sorted birds that had no access to feed or water were sacrificed, weighed, and documented. Body weight and probable cause of death and necropsy findings were recorded in mortality records in the breeding area.

体重及び飼料摂取量: Body weight and feed intake:

およそ14日目及び21日目にトリの体重を飼育領域別かつ個別に測定した。各飼育領域に残った飼料は、試験の14日目及び21日目に重量を測定し、記録した。14〜21日目の間の飼料摂取量を計算した。   Approximately on days 14 and 21, birds were weighed separately by breeding area. The feed remaining in each breeding area was weighed and recorded on days 14 and 21 of the test. Feed intake between days 14-21 was calculated.

体重増加及び飼料要求率: Weight gain and feed requirement:

飼育領域かつ個体ベースのトリの平均体重を各体重測定日にまとめた。生存するトリの総体重によって飼育領域の総飼料消費量を割ったものを使用して、試験の21日目に平均飼料要求率を計算した(すなわち、0〜21日目のもの)。生存するトリの総体重に死亡または飼育領域から除外したトリの体重を加えたものによってその飼育領域の総飼料消費量を割ったものを使用して補正飼料要求率を計算した。   The average weight of birds on breeding area and on an individual basis was summarized on each weighing day. The average feed demand was calculated on the 21st day of the study (ie, on days 0-21) using the total feed consumption of the breeding area divided by the total weight of the surviving birds. The corrected feed demand was calculated using the total weight of surviving birds plus the weight of birds that died or were excluded from the breeding area divided by the total feed consumption in that breeding area.

CLOSTRIDIUM PERFRINGENSの投与 Administration of CLOSTRIDIUM PERFRINGENS

投与方法: Administration method:

この試験では、Clostridium perfringens(CL−15、A型、α毒素及びβ2毒素)の培養物を、飼料を介して投与した。培養物との混合には、各飼育領域のフィーダー由来の飼料を使用した。飼育領域に培養物を置く前に、約4〜8時間、処理飼料を取り出し、トリから遠ざけた。トリの各飼育領域について、約2.0〜9.0X108cfu/mlの濃度のブロス培養物を、試験設計に基づく固定量で、固定量の飼料(約25g/トリ)とフィーダートレイ中で混合した。投与を行う飼育領域はすべて、同一に処理した。培養物−飼料のほとんどが1〜2時間以内に消費された。すべての処理においてトリが同様に処理されるように、非投与群もまた、投与群と同一の時間、飼料を取り出した。   In this test, cultures of Clostridium perfringens (CL-15, type A, alpha toxin and beta 2 toxin) were administered via feed. For mixing with the culture, feed from feeders in each breeding area was used. Before placing the culture in the breeding area, the treated feed was removed from the birds for approximately 4-8 hours. For each bird breeding area, a broth culture at a concentration of about 2.0-9.0 × 10 8 cfu / ml was mixed with a fixed amount of feed (about 25 g / bird) in a feeder tray at a fixed amount based on the study design. . All breeding areas where administration was performed were treated identically. Most of the culture-feed was consumed within 1-2 hours. The non-treated group also had feed removed at the same time as the treated group, so that birds were treated similarly in all treatments.

Clostridiumの投与: Administration of Clostridium:

Clostridium perfringens(CL−15)の培養増殖は、デンプンを含む液体チオグリコール酸培地において約37℃で約5時間実施した。CL−15は、コロラド州においてブロイラーの間で大流行したものに由来するClostridium perfringensの野外株である。新鮮なブロス培養物を調製し、それぞれの日に使用した。トリの各飼育領域について、一晩培養したブロス培養物を固定量で、固定量の処理飼料とフィーダートレイ中で混合した(投与の項を参照のこと)。飼料の量、接種培養物の体積及び定量化、ならびに投与日数を最終報告書に記入した。飼育領域はすべて、同一に処理するようにする。C.perfringensの培養物のトリへの投与は、1日間(試験の17日目)実施した。   Culture growth of Clostridium perfringens (CL-15) was performed at about 37 ° C. for about 5 hours in a liquid thioglycolic acid medium containing starch. CL-15 is a field strain of Clostridium perfringens from a pandemic among broilers in Colorado. Fresh broth cultures were prepared and used each day. For each breeding area of birds, an overnight culture of broth culture was mixed in a fixed volume with a fixed volume of treated feed in a feeder tray (see dosing section). The amount of feed, the volume and quantification of the inoculum culture, and the number of days of dosing were entered in the final report. All breeding areas should be treated identically. C. The administration of perfringens cultures to birds was carried out for one day (day 17 of the study).

収集データ:
−本開示によるAscusプラットフォーム法で解析するための腸内容物。
−飼育領域別かつ個別のトリの体重及び飼育領域別の飼料効率(およそ14日目及び21日目)。
−各飼育領域に追加した飼料量及び各飼育領域から除去した飼料量(0日目〜試験終了)。
−死亡率:性別、体重、及び推定死亡原因(0日目〜試験終了)。
−除外したトリ:選別理由、性別、及び体重(0日目〜試験終了)。
−施設及びトリの毎日の観察、毎日の施設温度。
−トリ5羽/飼育領域の病変スコア(およそ21日目)。
Collected data:
-Intestinal contents for analysis with the Ascus platform method according to the present disclosure.
-Body weight of individual birds and of individual birds and feed efficiency by rearing area (approx. Days 14 and 21).
-The amount of feed added to each breeding area and the amount of feed removed from each breeding area (Day 0 to end of test).
-Mortality: gender, body weight, and probable cause of death (Day 0-study completed).
-Birds excluded: Reasons for sorting, gender, and body weight (Day 0 to end of study).
-Daily observation of facilities and birds, daily facility temperature.
-Lesion score of 5 birds / house area (approximately day 21).

病変のスコア付け: Lesion scoring:

C.perfringens培養物の最後の投与から4日後、最初に捕獲されたトリを選択することによって、各飼育領域から5羽のトリを無作為に選択し、屠殺し、壊死性腸炎について腸の病変をスコア付けした。病変は、下記のようにスコア付けした:
−0=正常:NE病変がなく、小腸は、正常な弾性を有する(開いた後に、丸まって正常位置に戻る)。
−1=軽度:小腸壁が薄く、弛緩性であり(開いたときに平らなままであり、開いた後に、丸まって正常な位置に戻らない)、粘膜を覆う粘液が過剰である。
−2=中等度:腸壁が顕著に発赤し、膨化しており、腸膜に少数の潰瘍及び壊死が存在し、粘液が過剰である。
−3=重度:小腸膜の壊死及び潰瘍が多発する領域(複数可)が存在し、顕著な出血が見られ、フィブリン及び壊死片の層が粘膜上に存在する(トルコタオルの外観を有する)。
−4=死亡または瀕死:24時間以内に死亡し得る可能性があり、かつ2以上のNE病変スコアを有するトリ。
C. Four days after the last administration of the perfringens culture, five birds from each breeding area were randomly selected by selecting the first captured bird, sacrificed, and scored for intestinal lesions for necrotic enteritis. Attached. Lesions were scored as follows:
-0 = normal: no NE lesions, small intestine has normal elasticity (curls back to normal position after opening).
-1 = mild: the small intestinal wall is thin and flaccid (leave flat when opened, does not roll back to its normal position after opening) and has excess mucus overlying the mucous membrane.
-2 = moderate: the intestinal wall is significantly reddened and swollen, there are few ulcers and necrosis in the intestinal membrane, and there is an excess of mucus.
-3 = severe: there is a region (s) where there is frequent necrosis and ulceration of the small intestinal membrane, marked bleeding is present, and a layer of fibrin and necrotic debris is present on the mucosa (having the appearance of a Turkish towel) .
-4 = dead or moribund: birds likely to die within 24 hours and with an NE lesion score of 2 or more.

結果 result

上に開示される方法(例えば、図1A、図1B、及び図2を参照して議論されるもの、ならびに本明細書を通じて議論されるもの)ならびに従来の相関手法(上に議論されるもの)を使用して結果を解析した。各トリの小腸内容物について株レベルの微生物の存在量及び活性を決定し、こうしたプロファイルを、2つの異なるトリ特徴(個々の病変スコア及び飼育領域の平均病変スコア)に関して解析した。   The methods disclosed above (eg, those discussed with reference to FIGS. 1A, 1B, and 2, as well as those discussed throughout this specification) and conventional correlation techniques (those discussed above) Was used to analyze the results. Strain level microbial abundance and activity were determined for the small intestine contents of each bird, and such profiles were analyzed for two different bird characteristics (individual lesion score and average lesion score of the breeding area).

個々の病変スコアの解析では、37羽のトリを使用した。この解析に関しては、40羽のトリのスコア付けを実施したものの、解析に十分な腸材料が存在したのは37羽のみであった。本開示のAscus手法と従来の手法との両方について、同一のシークエンシングリード及び同一のシークエンシング解析パイプラインを使用した。しかしながら、Ascus手法では、詳細を前述したように、各試料の細胞数情報に加えて、活性情報も統合した。   For analysis of individual lesion scores, 37 birds were used. For this analysis, 40 birds were scored, but only 37 birds had sufficient intestinal material for analysis. The same sequencing reads and the same sequencing analysis pipeline were used for both the Ascus technique of the present disclosure and the conventional technique. However, in the Ascus method, as described in detail above, activity information was integrated in addition to the cell number information of each sample.

Ascus相互情報量手法を使用することで、活性株の存在量と37羽のブロイラーの個々の病変スコアとの間の関連性をスコア付けした。従来の手法については、37羽のブロイラーの株と個々の病変スコアとの間でピアソン相関を計算した。原因株であるC.perfringensの確認は、試料のプールから同定した生物のリストに対する網羅的アライメント検索を介して実施した。次に、この特定の株の順位を、それぞれの解析方法の結果で確認した。Ascus手法では、実験において投与したC.perfringensが、個々の病変スコアと関連する最上位の株として同定された。この株は、従来の方法では、個々の病変スコアと関連する上位26番目の株として同定された。開示の方法/手法を使用することでC.perfringensを原因病原体として同定することに成功したため、この病原株を示す第1のマーカー及び/または第2のマーカーを、今後の試料における発病状態及び/または望ましくない状態の指標として使用することができる。マーカーの存在量を、発病状態の重症度の指標として使用することもできる。   Using the Ascus mutual information approach, the association between the abundance of active strains and the individual lesion scores of 37 broilers was scored. For the conventional procedure, Pearson correlations were calculated between 37 broiler strains and individual lesion scores. C., the causative strain. Confirmation of perfringens was performed via an exhaustive alignment search against a list of organisms identified from the pool of samples. Next, the ranking of this particular strain was confirmed by the results of each analysis method. In the Ascus technique, C. albicans administered in experiments was used. perfringens was identified as the top strain associated with individual lesion scores. This strain was previously identified as the top 26 strain associated with the individual lesion score. By using the disclosed methods / techniques, C.I. Since perfringens has been successfully identified as the causative pathogen, the first and / or second markers indicative of this pathogenic strain can be used as indicators of the pathogenic and / or undesired state in future samples. . The abundance of the marker can also be used as an indicator of the severity of the pathological condition.

平均病変スコアの解析では、102羽のトリを使用した。前述の場合と同様に、Ascus手法と従来の手法との両方について、同一のシークエンシングリード及び同一のシークエンシング解析パイプラインを使用した。この場合もまた、Ascus手法では、各試料の細胞数情報に加えて、活性情報も統合した。   For analysis of the average lesion score, 102 birds were used. As before, the same sequencing reads and the same sequencing analysis pipeline were used for both the Ascus technique and the conventional technique. Again, in the Ascus technique, activity information was integrated in addition to cell number information for each sample.

Ascus相互情報量手法を使用することで、活性株の存在量と各飼育領域の平均病変スコアとの間の関連性をスコア付けした。従来の手法については、各飼育領域の株と平均病変スコアとの間でピアソン相関を計算した。原因株であるC.perfringensの確認は、試料のプールから同定した生物のリストに対する網羅的アライメント検索を介して実施した。次に、この特定の株の順位を、それぞれの解析方法の結果で確認した。Ascus手法では、実験において投与したC.perfringensが、飼育領域の平均病変スコアと関連する上位4番目の株として同定された。従来の手法では、C.perfringensは、飼育領域の平均病変スコアと関連する上位15番目の株として同定された。バルク/平均を測定することによってC.perfringensの感染レベルの変動が隠れてしまうため、飼育領域の平均病変スコアの測定精度は、個々の病変スコアと比較して低いものとなる。個々の病変スコアの解析を平均飼育領域病変スコア解析と比較すると、こうして順位が下がることは、予測したとおりのことであった。以下には、収集したメタデータが示される。   Using the Ascus mutual information approach, the association between the abundance of active strains and the average lesion score for each breeding area was scored. For the conventional approach, Pearson correlations were calculated between strains in each breeding area and the average lesion score. C., the causative strain. Confirmation of perfringens was performed via an exhaustive alignment search against a list of organisms identified from the pool of samples. Next, the ranking of this particular strain was confirmed by the results of each analysis method. In the Ascus technique, C. albicans administered in experiments was perfringens was identified as the top 4 strain associated with the average lesion score in the breeding area. In the conventional method, C.I. perfringens was identified as the top 15 strain associated with the average lesion score in the breeding area. C. by measuring bulk / average. Since the fluctuation of the infection level of perfringens is hidden, the measurement accuracy of the average lesion score in the breeding area is low as compared with the individual lesion scores. When the analysis of individual lesion scores was compared to the average breeding area lesion score analysis, this decline was as expected. The following shows the collected metadata.

実施例5
ブロイラーの消化管マイクロバイオームの組成を、より生産的な状態に向かって変化させるための活性微生物株のアンサンブルの選択
96羽の雄性Cobb500を21日間飼育した。個々のトリについて体重及び飼料摂取量を決定し、屠殺後に、盲腸剥離物を取得した。この盲腸試料を、本開示の方法を使用して処理することで、生産状況においてブロイラーに投与すると飼料効率を高めることになる微生物のアンサンブルを明らかにした。
Example 5
Selection of Active Microbial Strain Ensembles to Alter the Composition of Broiler Gastrointestinal Microbiomes toward a More Productive State 96 male Cobb500 were bred for 21 days. Body weight and food intake were determined for individual birds and cecal exfoliates were obtained after sacrifice. Processing of this cecal sample using the methods of the present disclosure revealed an ensemble of microorganisms that, when administered to a broiler in a production setting, would increase feed efficiency.

実験設計 Experimental design

120羽のCobb500のヒヨコを分け、食物処理に基づいて飼育領域に入れた。0〜14日目の処理別にトリを床の飼育領域に入れた。2つの飼育領域を含む1つのブロックと、2つの個別のケージをそれぞれが含む48のブロックと、に試験施設を分けた。完全乱塊法を使用して処理を飼育領域/ケージに割り付け、試験を通じて飼育領域/ケージの処理はそのままとした。処理は、数字コードによって識別した。トリは、ケージ/飼育領域に無作為に割り付けた。特定の処理群は、表9に以下に示されるとおりである。   120 Cobb 500 chicks were divided and placed in breeding areas based on food treatment. Birds were placed in the rearing area on the floor for each treatment on days 0-14. The test facility was divided into one block containing two housing areas and 48 blocks each containing two individual cages. The treatment was assigned to the breeding area / cage using the complete randomized block method, and the breeding area / cage treatment was maintained throughout the study. Processing was identified by a numeric code. Birds were randomly assigned to cage / house area. The specific treatment groups are as shown below in Table 9.

収容: Containment:

ケージ/飼育領域に対する処理の割り付けは、コンピュータプログラムを使用して実施した。コンピュータによって生成した割り付けは、下記のとおりである:   Allocation of treatments to cages / rearing areas was performed using a computer program. The computer generated assignments are as follows:

環境的に制御された施設にトリを収容し、頑丈なプラスチック(高さ4フィート)から構成される広いコンクリート床の飼育領域(4フィートx8フィート)に、清潔な藁くずと共にトリを入れた。14日目に、環境的に制御された同一施設内のケージに96羽のトリを移した。各ケージは、24インチx18インチx24インチとした。   The birds were housed in an environmentally controlled facility and housed in a large concrete floor breeding area (4 feet x 8 feet) composed of sturdy plastic (4 feet high) along with clean straw debris. On day 14, 96 birds were transferred to cages in the same environmentally controlled facility. Each cage was 24 inches x 18 inches x 24 inches.

照明は、白色光を介するものとし、市販の照明プログラムを使用した。24時間ごとの連続光の時間は、表10に以下に示されるとおりである。   Lighting was via white light and a commercially available lighting program was used. The time of continuous light every 24 hours is as shown in Table 10 below.

トリに対する環境条件(すなわち、0.53平方フィート)、温度、照明、フィーダー、及び水のスペース)は、すべての処理群で同様となるようにした。   The environmental conditions for birds (ie, 0.53 square feet), temperature, lighting, feeder, and water space were the same for all treatment groups.

トリの移動を防ぐために、各飼育領域を点検して、飼育領域間の高さ約14インチの仕切りに1インチを超える開口が存在しないことを確かめた。   To prevent bird migration, each breeding area was inspected to ensure that there was no opening greater than 1 inch in the approximately 14 inch high divider between breeding areas.

ワクチン接種: Vaccination:

マレック病を防ぐために、孵化場でトリにワクチン接種を行った。受け入れ時(試験の0日目)に、ニューカッスル病及び感染性気管支炎を防ぐために、噴霧適用によってトリにワクチン接種を行った。ワクチン製造業者、ロット番号、及び有効期限を文書化し、最終報告書と共に提出した。   Birds were vaccinated at the hatchery to prevent Marek's disease. At the time of acceptance (day 0 of the study), birds were vaccinated by spray application to prevent Newcastle disease and infectious bronchitis. The vaccine manufacturer, lot number, and expiration date were documented and submitted with the final report.

水: water:

試験を通じて水を不断供給した。床の飼育領域では、自動のベル型給水器を介して水を供給した。バタリーケージでは、1つのニップル式給水器を介して水を供給した。給水器は、1日に2回点検し、必要に応じて洗浄して、清潔な水が確実にトリに常に供給されるようにした。   Water was supplied continuously throughout the test. In the floor breeding area, water was supplied via an automatic bell-type waterer. In the battery cage, water was supplied via one nipple-type water supply. The water supply was checked twice a day and washed as needed to ensure that clean water was always supplied to the birds.

給餌: Feeding:

試験を通じて飼料を不断供給した。床の飼育領域では、直径約17インチの吊り下げ式チューブフィーダーを介して飼料を供給した。バタリーケージでは、1つのフィーダートラフ(9インチx4インチ)を介して供給した。最初の約4日間は、床の各飼育領域にヒヨコ用のフィーダートレイを置いた。   Food was supplied continuously throughout the study. In the raising area on the floor, the feed was fed via a hanging tube feeder of about 17 inches in diameter. In the battery cage, it was fed through one feeder trough (9 inches x 4 inches). For the first four days, chick feeder trays were placed in each rearing area on the floor.

毎日の観察: Daily observations:

全体的な群れの状態、照明、水、飼料、換気、及び不測の事象について、試験施設、飼育領域、及びトリを少なくとも1日に2回観察した。試験施設の最低温度及び最高温度を1日に1回記録した。   The test facility, breeding area, and birds were observed at least twice daily for overall herd status, lighting, water, feed, ventilation, and unexpected events. The minimum and maximum temperatures of the test facility were recorded once a day.

死亡率及び選別: Mortality and screening:

死亡が明らかになったトリまたは除外及び屠殺したトリはいずれも剖検した。このことは、試験の0日目から開始した。飼料または水を得ることができなくなった選別トリは、屠殺し、剖検した。推定死亡原因及び剖検知見を飼育領域の死亡率記録に記録した。   Any birds that were found dead or excluded and sacrificed were necropsied. This started on day 0 of the study. Sorted birds that were unable to obtain food or water were sacrificed and necropsied. Probable causes of death and autopsy findings were recorded in mortality records in the breeding area.

体重及び飼料摂取量: Body weight and feed intake:

約96羽のトリの体重測定を個別に毎日実施した。各ケージに残った飼料は、14〜21日目に、重量を毎日測定し、記録した。各ケージの飼料摂取量を毎日決定した。   Approximately 96 birds were weighed individually daily. The diet remaining in each cage was weighed daily and recorded on days 14-21. Food intake for each cage was determined daily.

体重増加及び飼料要求率: Weight gain and feed requirement:

14〜21日目のケージベースの体重増加及び処理ベースの平均体重増加を決定した。トリの体重によってケージの総飼料消費量を割ったものを使用して、14〜21日目の期間の日々及び全期間の飼料要求率を計算した。14〜21日目の期間の平均処理飼料要求率を、その処理を行った各ケージに由来する個々の飼料要求率を平均化することによって決定した。   Cage-based weight gain and treatment-based average weight gain on days 14-21 were determined. The total feed consumption of the cage divided by the bird's weight was used to calculate the daily and total feed requirements for the 14 to 21 day period. The average treated feed demand during the 14 to 21 day period was determined by averaging the individual feed demand from each cage that received the treatment.

獣医学的な管理、介入、及び安楽死: Veterinary management, intervention, and euthanasia:

顕著な併発疾患を発症しており、損傷し、その状態が試験の結果に影響を与え得る動物は、試験から除外し、決定が下った時点で安楽死させた。投与から6日後、ケージにいるすべてのトリを取り出し、病変のスコア付けを実施した。   Animals that developed, were injured, and whose condition could affect the outcome of the study, had significant co-morbidities were excluded from the study and euthanized when the decision was made. Six days after dosing, all birds in the cage were removed and scored for lesions.

収集データ: Collected data:

トリの体重及び飼料要求率(14〜21日目の間、個別に毎日実施)。   Bird weight and feed demand (performed individually daily between days 14-21).

床の飼育領域及びケージに追加した飼料量ならびに床の飼育領域及びケージから除去した飼料量(0日目〜試験終了)。   The amount of feed added to the breeding area of the floor and the cage and the amount of feed removed from the breeding area of the floor and the cage (Day 0 to end of test).

死亡率:推定死亡原因(0日目〜試験終了)。   Mortality: Estimated cause of death (Day 0 to end of study).

除外したトリ:選別理由(0日目〜試験終了)。   Birds excluded: Reasons for selection (Day 0 to end of study).

施設及びトリの毎日の観察、毎日の施設温度。   Daily observation of facility and birds, daily facility temperature.

各トリに由来する盲腸内容物(21日目)。   Cecal contents from each bird (day 21).

結果 result

上に開示される方法(例えば、図1A、図1B、及び図2を参照して議論されるもの、ならびに本明細書を通じて議論されるもの)を使用して結果を解析した。各トリの盲腸内容物について株レベルの微生物の存在量及び活性を決定した。96のブロイラー盲腸試料のすべてにまたがって、特有の株が全部で22,461株検出された。活性閾値によってそれぞれの株の絶対細胞数をフィルタリングすることで、活性微生物株のリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数を創出した。上記の株のうち、屠殺の時点のそれぞれのブロイラーにおいて活性であると見なされた株は、平均で48.3%にすぎなかった。フィルタリングの後、各トリの活性微生物のプロファイルを、さまざまなトリメタデータ(飼料効率、最終的な体重、及び食物におけるサリノマイシンの存在/不在を含む)と統合することで、こうした形質のすべての能力を改善するアンサンブルを選択した。   The results were analyzed using the methods disclosed above (eg, those discussed with reference to FIGS. 1A, 1B, and 2, as well as those discussed throughout this specification). Strain level microbial abundance and activity were determined for the cecal contents of each bird. A total of 22,461 unique strains were detected across all 96 broiler caecal samples. A list of active microbial strains and their respective absolute cell numbers were created by filtering the absolute cell number of each strain by activity threshold. On average, only 48.3% of the above strains were considered active in their respective broilers at the time of slaughter. After filtering, the profile of each bird's active microbes is integrated with a variety of tri-metadata, including feed efficiency, final body weight, and the presence / absence of salinomycin in food, to provide all the capabilities of these traits Ensemble selected to improve.

本開示の相互情報量手法を使用することで、活性株の絶対細胞数と能力測定値との間の関連性、ならびに2つの異なる活性株の間の関連性を、96羽すべてのトリについてスコア付けした。閾値の適用後、4039のメタデータ−株関連性が有意であると見なされ、8842の株−株関連性が有意であると見なされた。次に、こうしたリンク(MICスコアによって重み付けされたもの)をエッジとして使用する(メタデータ及び株はノードとする)ことで、その後のコミュニティ検出解析のためのネットワークを創出した。このネットワークに対してLouvain法によるコミュニティ検出アルゴリズムを適用して、ノードを亜群に分類した。   Using the mutual information technique of the present disclosure, the association between the absolute cell number of an active strain and a performance measure, as well as the association between two different active strains, was scored for all 96 birds. Attached. After application of the threshold, 4039 metadata-strain relationships were considered significant, and 8842 strain-strain relationships were considered significant. Then, using these links (weighted by the MIC score) as edges (metadata and stocks as nodes), a network was created for subsequent community detection analysis. A node was classified into subgroups by applying a community detection algorithm according to the Louvain method to this network.

Louvain法では、ノードをその現在の亜群から最初に除外し、隣接する亜群へと移入することによってネットワークモジュラリティが最適化される。そのノードの隣接ノードのモジュラリティが改善するのであれば、その新たな亜群へのそのノードの再割り付けが行われる。複数の群のモジュラリティが改善するのであれば、最も有効な変化を伴う亜群が選択される。この段階が、新たな割り付けが行われなくなるまで、ネットワークにおけるあらゆるノードに対して繰り返される。次の段階では、あらたな粗視化ネットワークが創出され、すなわち、発見された亜群が新たなノードとなる。ノード間のエッジは、それぞれの亜群内の低レベルのノードのすべての総和によって定義される。ここから、モジュラリティが最適化する変化がもはや生じ得なくなくなるまで、第1の段階及び第2の段階が繰り返される。極大値(すなわち、反復段階で生じる群)と最大値(すなわち、最終的な群化)との両方を調べることで、全微生物コミュニティ内に生じる亜群を分離すると共に、存在し得る可能性のある階層を明らかにすることができる。   In the Louvain method, network modularity is optimized by first removing a node from its current subgroup and populating it into an adjacent subgroup. If the modularity of the node adjacent to the node improves, a reassignment of the node to the new subgroup is performed. If the modularity of the groups improves, the subgroup with the most effective change is selected. This step is repeated for every node in the network until no new allocations are made. In the next stage, a new coarse-grained network is created, i.e. the discovered sub-groups become new nodes. Edges between nodes are defined by the sum of all of the low-level nodes in each subgroup. From here, the first and second steps are repeated until the change in which the modularity can be optimized can no longer occur. Examining both maxima (ie, groups that occur in the repetitive phase) and maxima (ie, final grouping) isolates the subgroups that occur within the entire microbial community and the potential A hierarchy can be revealed.

モジュラリティ:
Modularity:

式中、Aは、メタデータ−株関連性及び株−株関連性のマトリックスであり、k=ΣAijは、ノードiに付加される総リンク重であり、m=1/2Σijijである。ノードi及びノードjが同一のコミュニティに割り付けられると、クロネッカーのデルタδ(c,c)は1となり、その他の場合は0となる。 Where A is the metadata-strain relevance and stock-strain relevance matrices, k i = Σ j Aij is the total link weight added to node i, and m = 1 / Σ ij A ij . If node i and node j are assigned to the same community, Kronecker's delta δ (c i , c j ) will be 1, otherwise 0.

ノードの移動時におけるモジュラリティの変化の算出:
Calculate the change in modularity when a node moves:

ΔQは、亜群Cのモジュラリティの増分である。Σinは、Cにおけるリンクの重みの総和であり、Σtotは、Cにおけるノードに付随するリンクの重みの総和であり、kは、ノードiに付随するリンクの重みの総和であり、ki,inは、CにおけるノードにIから繋がるリンクの重みの総和であり、mは、ネットワークにおけるすべてのリンクの重みの総和である。 ΔQ is the increment of the modularity of subgroup C. In in is the sum of the link weights at C, Σ tot is the sum of the link weights associated with the nodes at C, k i is the sum of the link weights at node i, and k i and in are the sum of the weights of the links connected to the node in C from I, and m is the sum of the weights of all the links in the network.

Louvainコミュニティ検出法を使用することで、ニワトリ微生物コミュニティにおいて5つの異なる亜群を検出した。天然には膨大な量の微生物多様性が存在するものの、存在する機能的多様性ははるかに少ない。代謝能力には類似性及び重複性が存在することにより、冗長性が生じる。同一の環境刺激または栄養素に応答する微生物株は、類似傾向を有する可能性があり(このことが本開示の方法によって捕捉される)、こうした微生物は、最終的に一緒に群化されることになる。得られる分類及び階層によって株の機能性予測を明らかにし、この機能性予測は、コミュニティ検出解析後にこうした株が分類される先の群に基づいて行う。この分類は、より良好/生産的な状態を定義するためにも使用することができる。この状態が確立されると、この状態を使用して今後の試料の状態を定義及び表すことができる。   Using the Louvain community detection method, five different subgroups were detected in the chicken microbial community. Although there is a vast amount of microbial diversity in nature, much less functional diversity exists. The presence of similarities and duplications in metabolic capacity creates redundancy. Microbial strains that respond to the same environmental stimuli or nutrients may have a similar tendency (which is captured by the methods of the present disclosure), and such microorganisms will eventually be grouped together. Become. The resulting classification and stratification reveal a functional prediction of the strain, based on the group to which such strain is classified after community detection analysis. This classification can also be used to define better / productive conditions. Once this state is established, it can be used to define and represent future sample states.

株の分類が完了した後、試料に由来する微生物株を培養する。不均一微生物コミュニティから純粋培養物を単離し、増殖させることには技術的な困難が伴うため、実験室においては、本開示の方法の活性閾値と関連性閾値との両方を通過する株のごく一部のみが純粋に増殖することになる。培養が完了した後、純粋培養物が存在するか否かということ、及び株がどの亜群に分類されるかということ、に基づいて微生物株のアンサンブルを選択する。可能な限り機能的多様性に富むものとなるようにアンサンブルを創出し、すなわち、アンサンブルにおいて多様な亜群となるように株を選択する。次に、こうしたアンサンブルを有効性試験及び実地試験において試験することで、製品としての株のアンサンブルの有効性を決定し、株のアンサンブルが生産に寄与することが実証されれば、株のアンサンブルを製造し、製品として流通させることができる。   After the strain classification is completed, the microorganism strain derived from the sample is cultured. Because of the technical difficulties involved in isolating and growing pure cultures from heterogeneous microbial communities, in the laboratory, only a few strains have passed both the activity and relevance thresholds of the disclosed method. Only some will grow purely. After the culture is completed, an ensemble of microbial strains is selected based on whether a pure culture is present and on which subgroup the strains fall. Create an ensemble that is as functionally diverse as possible, ie, select strains to be diverse subgroups in the ensemble. These ensembles are then tested in efficacy and on-site tests to determine the effectiveness of the ensemble of the strain as a product and, if it is demonstrated that the ensemble of the strain contributes to production, the ensemble of the strain is It can be manufactured and distributed as a product.

実施例6
サイズの小さな試料を使用することによる活性微生物株の同定
以下に詳細に示されるように、活性微生物株の同定に有効な試料の数は、僅か2つであり得る。具体的には、2つの試料の比較を含めて、すべての比較について、腸の病変及び壊死性腸炎の活性微生物株かつ原因病原体としてC.perfringensが本開示の方法によって正しく同定されることが以下の実験によって示される。
Example 6
Identification of Active Microbial Strains by Using Small Samples As will be shown in detail below, the number of samples that are effective for identifying active microbial strains can be as few as two. Specifically, for all comparisons, including comparison of two samples, C. as the active microbial strain and causative agent of intestinal lesions and necrotizing enteritis. The following experiments show that perfringens is correctly identified by the method of the present disclosure.

実験設計 Experimental design

環境的に制御された施設内にトリを収容し、コンクリート床の飼育領域(約4フィート×4フィートからフィーダースペース用の2.25平方フィートを引いた領域)に入れ、この飼育領域では、床スペース及びトリの密度を[約0.55平方フィート/トリ(0日目)、約0.69平方フィート/トリ(21日目(病変のスコア付け後))]とし、温度、湿度、照明、フィーダー、及び水のスペースをすべての試験群で同様となるように供給した。清潔な木くずを適切な深さで含めた清潔な飼育領域にトリを入れることで、当該ヒヨコにとって快適な環境を与えた。トリを快適な状態で維持するために、追加の木くずを飼育領域に加えた。白色光を介する照明及び市販の照明プログラムは、以下のように使用した。   The birds were housed in an environmentally controlled facility and placed in a concrete floor rearing area (approximately 4 feet x 4 feet minus 2.25 square feet for feeder space), where the rearing area contained floors. The space and bird densities were [approximately 0.55 square feet / bird (day 0), approximately 0.69 square feet / bird (day 21 (after lesion scoring))], temperature, humidity, lighting, Feeder and water space was provided to be similar for all test groups. Placing birds in a clean breeding area, including clean wood chips at the appropriate depth, provided a comfortable environment for the chick. Additional wood chips were added to the rearing area to keep the birds comfortable. Illumination via white light and a commercial lighting program were used as follows.

トリに対する環境条件(すなわち、トリ密度、温度、照明、フィーダー、及び水のスペース)は、すべての処理群で同様となるようにした。飼育領域間のトリの移動及び細菌拡散を防ぐために、飼育領域の間に約24インチの高さの頑丈な(プラスチックの)仕切りを各飼育領域に設けた。   The environmental conditions for birds (ie, bird density, temperature, lighting, feeder, and water space) were the same for all treatment groups. A robust (plastic) divider approximately 24 inches high was provided between the rearing areas in each rearing area to prevent bird migration and bacterial spread between the rearing areas.

ワクチン接種及び治療薬投与: Vaccination and treatment administration:

マレック病を防ぐために、孵化場でトリにワクチン接種を行った。受け入れ時(試験の0日目)に、ニューカッスル病及び感染性気管支炎を防ぐために、噴霧適用によってトリにワクチン接種を行った。ワクチン製造業者、ロット番号、及び有効期限を文書化し、最終報告書と共に提出した。   Birds were vaccinated at the hatchery to prevent Marek's disease. At the time of acceptance (day 0 of the study), birds were vaccinated by spray application to prevent Newcastle disease and infectious bronchitis. The vaccine manufacturer, lot number, and expiration date were documented and submitted with the final report.

水: water:

飼育領域当たりに1つのPlasson給水器を介して、試験を通じて水を不断供給した。給水器は、1日に2回点検し、必要に応じて洗浄することで、清潔な水が一定して確実にトリに供給されるようにした。   Water was supplied continuously throughout the study via one Plasson waterer per breeding area. The water supply was checked twice a day and washed as needed to ensure that clean water was constantly and reliably supplied to the birds.

給餌: Feeding:

飼育領域当たりに1つの直径約17インチの吊り下げ式チューブフィーダーを介して、試験を通じて不断給餌を行った。最初の約4日間は、各飼育領域にヒヨコ用のフィーダートレイを置いた。受け入れ時(0日目)に、実験設計に従ってトリをそのそれぞれの処理食物の摂取過程下に置いた。0日目から試験終了までの間に飼育領域に追加した飼料及び飼育領域から除去した飼料については、重量を測定し、記録した。   Permanent feeding was conducted throughout the study through a suspended tube feeder approximately 17 inches in diameter per breeding area. For the first approximately four days, a chick feeder tray was placed in each breeding area. Upon receipt (Day 0), birds were placed under their respective treated food intakes according to the experimental design. The feed added to and removed from the breeding area from day 0 to the end of the test was weighed and recorded.

毎日の観察: Daily observations:

全体的な群れの状態、照明、水、飼料、換気、及び不測の事象について、試験施設、飼育領域、及びトリを少なくとも1日に2回観察した。1日に2回の観察のいずれかにおいて異常な状態また異常な挙動が確認されれば、それを文書化し、文書化したものを試験記録と共に含めた。試験施設の最低温度及び最高温度を1日に1回記録した。   The test facility, breeding area, and birds were observed at least twice daily for overall herd status, lighting, water, feed, ventilation, and unexpected events. If an abnormal condition or behavior was identified in any of the two observations per day, it was documented and included in the document along with the test records. The minimum and maximum temperatures of the test facility were recorded once a day.

飼育領域のカード: Breeding area cards:

各飼育領域に2つのカードを取り付けた。一方のカードによって飼育領域番号を識別し、第2のカードによって処理番号を示した。   Two cards were attached to each breeding area. The rearing area number was identified by one card, and the processing number was indicated by the second card.

動物の取り扱い: Animal Handling:

動物は、理想的な飼育適合条件の下で保持した。損傷及び不要なストレスを低減するような様式で動物を取り扱った。人道的な手段を厳格に実行した。   Animals were kept under ideal housing compatible conditions. Animals were handled in such a way as to reduce damage and unnecessary stress. Strictly implemented humane measures.

獣医学的な管理、介入、及び安楽死: Veterinary management, intervention, and euthanasia:

試験手順とは無関係な臨床的に顕著な併発疾患を発症したトリは、試験責任者または被任命者の裁量で試験から除外し、現場のSOPに従って安楽死させてよい。さらに、瀕死または損傷したトリもまた、現場の獣医師または有資格技術者の権限で安楽死させてよい。除外理由は、文書化した。動物が死亡するか、または除外し、人道的理由で安楽死させたのであれば、そのことを飼育領域の死亡率シートに記録し、剖検を実施し、提出して除外理由を文書化した。   Birds that have developed a clinically significant comorbidity unrelated to the study procedure may be excluded from the study at the discretion of the study director or designated person and euthanized according to the SOP on site. In addition, moribund or injured birds may also be euthanized with the authority of a field veterinarian or qualified technician. Exclusion reasons are documented. If the animal died or was excluded and was euthanized for humane reasons, this was recorded on the mortality sheet in the breeding area, an autopsy was performed and submitted to document the reasons for exclusion.

試験責任者によって安楽死が必要であると判断されれば、頸椎脱臼によって動物を安楽死させた。   Animals were euthanized by cervical dislocation if euthanasia was deemed necessary by the study director.

死亡率及び選別: Mortality and screening:

死亡が明らかになったトリまたは除外及び屠殺したトリはいずれも、体重を測定し、剖検した。このことは、試験の0日目から開始した。飼料または水を得ることができなくなった選別トリは、屠殺し、体重を測定し、文書化した。体重及び推定死亡原因及び剖検知見を飼育領域の死亡率記録に記録した。   Any birds that were found dead or excluded and slaughtered were weighed and necropsied. This started on day 0 of the study. Sorted birds that had no access to feed or water were sacrificed, weighed, and documented. Body weight and probable cause of death and autopsy findings were recorded in mortality records in the rearing area.

CLOSTRIDIUM PERFRINGENSの投与 Administration of CLOSTRIDIUM PERFRINGENS

投与方法: Administration method:

この試験では、Clostridium perfringens(CL−15、A型、α毒素及びβ2毒素)の培養物を、飼料を介して投与した。培養物との混合には、各飼育領域のフィーダー由来の飼料を使用した。飼育領域に培養物を置く前に、約4〜8時間、処理飼料を取り出し、トリから遠ざけた。トリの各飼育領域について、約2.0〜9.0X10cfu/mlの濃度のブロス培養物を、試験設計に基づく固定量で、固定量の飼料(約25g/トリ)とフィーダートレイ中で混合した。投与を行う飼育領域はすべて、同一に処理した。培養物−飼料のほとんどが1〜2時間以内に消費された。すべての処理においてトリが同様に処理されるように、非投与群もまた、投与群と同一の時間、飼料を取り出した。 In this test, cultures of Clostridium perfringens (CL-15, type A, alpha toxin and beta 2 toxin) were administered via feed. For mixing with the culture, feed from feeders in each breeding area was used. The treated feed was removed from the birds for approximately 4-8 hours before placing the culture in the breeding area. For each bird breeding area, a broth culture at a concentration of about 2.0-9.0 × 10 8 cfu / ml was applied in a fixed amount based on the study design in a fixed amount of feed (about 25 g / bird) and feeder tray. Mixed. All breeding areas where administration was performed were treated identically. Most of the culture-feed was consumed within 1-2 hours. The non-treated group also had feed removed at the same time as the treated group so that birds were treated similarly in all treatments.

Clostridiumの投与: Administration of Clostridium:

Clostridium perfringens(CL−15)の培養増殖は、デンプンを含む液体チオグリコール酸培地において約37℃で約5時間実施した。CL−15は、コロラド州においてブロイラーの間で大流行したものに由来するClostridium perfringensの野外株である。新鮮なブロス培養物を調製し、それぞれの日に使用した。トリの各飼育領域について、一晩培養したブロス培養物を固定量で、固定量の処理飼料とフィーダートレイ中で混合した。飼料の量、接種培養物の体積及び定量化、ならびに投与日数を最終報告書に記入した。飼育領域はすべて、同一に処理するようにする。C.perfringensの培養物のトリへの投与は、1日間(試験の17日目)実施するようにする。   Culture growth of Clostridium perfringens (CL-15) was performed at about 37 ° C. for about 5 hours in a liquid thioglycolic acid medium containing starch. CL-15 is a field strain of Clostridium perfringens from a pandemic among broilers in Colorado. Fresh broth cultures were prepared and used each day. For each breeding area of birds, an overnight culture of broth culture was mixed in a fixed amount with a fixed amount of treated feed in a feeder tray. The amount of feed, the volume and quantification of the inoculum culture, and the number of days of dosing were noted in the final report. All breeding areas should be treated identically. C. The administration of the culture of perfringens to the birds is to be carried out for one day (day 17 of the test).

収集データ Collected data

本出願の方法で解析するための腸内容物。   Intestinal contents for analysis by the method of the present application.

飼育領域別かつ個別のトリの体重及び飼育領域別の飼料効率(およそ14日目及び21日目)。   Body weight of individual birds and feeding efficiency by individual breeding area (approximately days 14 and 21).

各飼育領域に追加した飼料量及び各飼育領域から除去した飼料量(0日目〜試験終了)。   Feed amount added to each breeding area and feed amount removed from each breeding area (from day 0 to end of test).

死亡率:性別、体重、及び推定死亡原因(0日目〜試験終了)。   Mortality: gender, weight, and probable cause of death (Day 0 to study end).

除外したトリ:選別理由、性別、及び体重(0日目〜試験終了)。   Excluded birds: sorting reason, gender, and body weight (Day 0 to end of study).

施設及びトリの毎日の観察、毎日の施設温度。   Daily observation of facility and birds, daily facility temperature.

トリ5羽/飼育領域の病変スコア(およそ21日目)。   Lesion score of 5 birds / reared area (approximately day 21).

病変のスコア付けをした48羽のトリから取得した試料。   Samples obtained from 48 birds scored for lesions.

病変のスコア付け: Lesion scoring:

C.perfringens培養物の最後の投与から4日後、最初に捕獲されたトリを選択することによって、各飼育領域から5羽のトリを無作為に選択し、屠殺し、壊死性腸炎について腸の病変をスコア付けした。病変は、下記のようにスコア付けした:   C. Four days after the last administration of the perfringens culture, five birds from each breeding area were randomly selected by selecting the first captured bird, sacrificed, and scored for intestinal lesions for necrotic enteritis. Attached. Lesions were scored as follows:

0=正常:NE病変がなく、小腸は、正常な弾性を有する(開いた後に、丸まって正常位置に戻る)。   0 = normal: no NE lesions, small intestine has normal elasticity (curls back to normal position after opening).

1=軽度:小腸壁が薄く、弛緩性であり(開いたときに平らなままであり、開いた後に、丸まって正常な位置に戻らない)、粘膜を覆う粘液が過剰である。   1 = mild: small intestinal wall is thin and flaccid (leave flat when opened, does not roll back to normal position after opening), and has excess mucus covering mucous membranes.

2=中等度:腸壁が顕著に発赤し、膨化しており、腸膜に少数の潰瘍及び壊死が存在し、粘液が過剰である。   2 = moderate: the intestinal wall is significantly reddened and swollen, there are few ulcers and necrosis in the intestinal membrane, and there is an excess of mucus.

3=重度:小腸膜の壊死及び潰瘍が多発する領域(複数可)が存在し、顕著な出血が見られ、フィブリン及び壊死片の層が粘膜上に存在する(トルコタオルの外観を有する)。   3 = Severe: There is a region (s) where there is frequent necrosis and ulceration of the small intestine, marked haemorrhage, and a layer of fibrin and necrotic debris is present on the mucosa (having the appearance of a Turkish towel).

4=死亡または瀕死:24時間以内に死亡し得る可能性があり、かつ2以上のNE病変スコアを有するトリ。   4 = Dead or moribund: birds likely to die within 24 hours and with an NE lesion score of 2 or more.

結果 result

本出願の方法を使用して結果を解析した。48羽のトリすべての小腸内容物について株レベルの微生物の絶対細胞数及び活性を決定した。本出願の方法によって、各試料の絶対細胞数情報だけでなく、活性情報も統合した。   The results were analyzed using the method of the present application. The absolute cell number and activity of the microorganism at the strain level was determined for the contents of the small intestine of all 48 birds. By the method of the present application, not only the absolute cell number information but also the activity information of each sample was integrated.

本出願の相互情報量手法を使用することで、活性株の絶対細胞数と、無作為に選択した10羽のブロイラーの個々の病変スコアと、の間の関連性をスコア付けした。データセットから1つの試料を無作為に除外し、解析を繰り返した。これを、比較するブロイラー試料が2つのみとなるまで繰り返した。   Using the mutual information approach of the present application, the association between the absolute cell number of the active strain and the individual lesion scores of 10 randomly selected broilers was scored. One sample was randomly excluded from the dataset and the analysis was repeated. This was repeated until there were only two broiler samples to compare.

原因株であるC.perfringensの確認は、試料のプールから同定した生物のリストに対する網羅的アライメント検索を介して実施した。表12には、解析したすべての株に対するC.perfringensの順位(順位が1位であることは、その株が病変スコアの誘起に最も関与しているということである)が示される:
C., the causative strain. Confirmation of perfringens was performed via an exhaustive alignment search against the list of organisms identified from the pool of samples. Table 12 shows C.D. for all strains analyzed. The ranking of perfringens is indicated (ranking 1 means that the strain is most involved in inducing lesion scores):

表12は、開示の方法を使用することで、2つの試料の比較を含めて、すべての比較について、病変スコアの活性微生物株かつ原因病原体としてC.perfringensが正しく同定されたことを示す。試料数を減らすにつれて、偽陽性(すなわち、他の株もまた、原因病原体として同定される)の数が増加し、この増加は、7つの試料を比較した時点で始まった。この7つの試料の比較時点では、C.perfringensを含む2つの株が1位タイとなった。この傾向は、比較試料の数を2つに減らすまで続き、2つの試料の比較では、C.perfringensを含む31の株が最上位タイとなった。   Table 12 shows that using the disclosed method, C. as the active microbial strain and causative pathogen in the lesion score for all comparisons, including comparison of the two samples. perfringens was correctly identified. As the number of samples was reduced, the number of false positives (ie, other strains were also identified as the causative pathogen) increased, and this increase began when seven samples were compared. At the time of comparison of these seven samples, C.I. Two strains, including perfringens, tied first. This trend continues until the number of comparative samples is reduced to two, and in the comparison of two samples, C.I. Thirty-one strains, including perfringens, became the top tie.

一般に、追加の試料を使用するとノイズ/偽陽性数を減らすことができる一方で、合計31の同定株に由来するものを含めて、残りの株をさらに分析及び処理することでもC.perfringensを原因株として同定するができる。本開示の方法は、実施形態、構成、及び用途に応じて、少数の試料で実施することができ、試料源、試料型、メタデータ、標的マイクロバイオームの複雑性などに応じて、利用する試料の数を変えることができる。   In general, the use of additional samples can reduce the number of noise / false positives, while further analysis and processing of the remaining strains, including those from a total of 31 identified strains, can also reduce the C.I. perfringens can be identified as the causative strain. The methods of the present disclosure can be performed on a small number of samples, depending on the embodiment, configuration, and application, and depending on the sample source, sample type, metadata, complexity of the target microbiome, etc. Can be changed.

実施例7
Clostridium perfringensに感染したブロイラーを診断するためのプラットフォーム
この試験では、診断を提供するために本開示を使用する例が示される。この試験の目的は、Clostridium perfringensをさまざまなレベルで投与したときに壊死性腸炎の期間中のブロイラーにおける微生物組成に生じる差異を決定することとした。Clostridium perfringensに関する追加詳細については、Al−Sheikhly et al.“The interaction of Clostridium perfringens and its toxins in the production of necrotic enteritis of chickens”Avian diseases(1977):256−263(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)において見つけることができる。
Example 7
Platform for Diagnosing Broilers Infected with Clostridium perfringens This test provides an example of using the present disclosure to provide a diagnosis. The purpose of this study was to determine the differences in microbial composition in broilers during necrotic enteritis when Clostridium perfringens was administered at various levels. For additional details on Clostridium perfringens, see Al-Sheikhly et al. "The interaction of Clostridium perfringens and itits toxins in the production of necrotic enteritis of chickens" is incorporated by reference in its entirety for all purposes; Can be.

この試験では、21日の試験期間にわたって160羽のCobb500ブロイラーを利用した。Cobb500商業生産ブロイラーは、すべて雄性かつ受け入れ時(0日目)の年齢が生後約1日のものを使用した。Cobb500ニワトリは、Siloam Springs Northから入手した。ニワトリを4つの処理に分け、飼育領域当たりのトリ数を20とし、処理当たりの飼育領域数を2とした。   The test utilized 160 Cobb 500 broilers over a 21 day test period. All Cobb 500 commercial production broilers used were male and approximately one day old at the time of acceptance (day 0). Cobb 500 chickens were obtained from Siloam Springs North. The chickens were divided into four treatments, the number of birds per breeding area was 20, and the number of breeding areas per treatment was 2.

この試験では、飼料添加物であるフィターゼ2500(Nutra Blend,LLCから入手)(ロット番号06115A07)を利用した。使用したフィターゼ2500は市販のものであり、その濃度は2,500FTU/gであり、その含有レベルは0.02%であり、安全かつ温度監視された乾燥区域で保管されるものである。投与方法は、飼料を介するものとし、21日間にわたって実施した。   In this test, a feed additive phytase 2500 (obtained from Nutra Blend, LLC) (lot no. 06115A07) was utilized. The phytase 2500 used is commercially available, has a concentration of 2,500 FTU / g, a content level of 0.02%, and is stored in a safe and temperature-controlled dry area. The method of administration was via feed and was carried out for 21 days.

基本飼料及び処理食物の試料を重複取得した(試料サイズ約300g)。基本食物及びそれぞれの処理食物について1つの試料をアッセイのスポンサーに提出した。   Samples of the basic feed and the processed food were duplicated (sample size: about 300 g). One sample for the base food and each treated food was submitted to the assay sponsor.

実験設計 Experimental design

試験群 Test group

4つの飼育領域を含むブロック2つに試験施設を分けた。完全乱塊法を使用して処理を飼育領域/ケージに割り付けた。特定の処理群を表13に示されるように設計した。   The test facility was divided into two blocks containing four breeding areas. Treatments were assigned to breeding areas / cages using the complete randomized block method. Specific treatment groups were designed as shown in Table 13.

収容 Containment

ケージ/飼育領域に対する処理の割り付けは、コンピュータプログラムを使用して実施した。コンピュータによって生成した割り付けは、表14に以下に示されるとおりである:   Allocation of treatments to cages / rearing areas was performed using a computer program. The computer generated assignments are as shown below in Table 14:

環境的に制御された施設にトリを収容し、木の床の飼育領域(約4フィート×4フィートからフィーダースペース用の2.25平方フィートを引いた領域)にトリを入れ、この飼育領域では、床スペース及びトリの密度を約0.69平方フィート/トリとし、温度、照明、フィーダー、及び水のスペースをすべての試験群で同様となるように供給した。木くずを適切な深さで含めた清潔な飼育領域にトリを入れ、当該ヒヨコにとって快適な環境を与えた。試験中に、試験用のトリにとっての快適な条件としては木くずが湿気を帯びすぎた状態となった場合は、追加の木くずを飼育領域に加えた。照明は、白色光を介するものとし、市販の照明プログラムを表15に示されるように使用した。   The birds were housed in an environmentally controlled facility and housed on a wooden floor rearing area (approximately 4 feet x 4 feet minus 2.25 square feet for feeder space). , Floor space and bird density was approximately 0.69 square feet per bird, and temperature, lighting, feeder, and water space were supplied to be similar for all test groups. Birds were placed in a clean breeding area containing wood chips at an appropriate depth to provide a comfortable environment for the chick. During the test, additional wood chips were added to the rearing area if the wood chips became too moist as a comfortable condition for the test birds. Lighting was via white light and a commercial lighting program was used as shown in Table 15.

飼育領域間のトリの移動及び細菌拡散を防ぐために、飼育領域の間に約24インチの高さの頑丈な(プラスチックの)仕切りを各飼育領域に設けた。   A robust (plastic) divider approximately 24 inches high was provided between the rearing areas in each rearing area to prevent bird migration and bacterial spread between the rearing areas.

ワクチン接種 Vaccination

マレック病を防ぐために、孵化場でトリにワクチン接種を行った。試験の0日目に、ニューカッスル病及び感染性気管支炎を防ぐために、噴霧適用によってトリにワクチン接種を行った。試験中、実験設計にあるものを除き、他のワクチン接種は一切実施しなかった。ワクチン接種の記録(ワクチンの起源、型、ロット番号、及び有効期限)を試験記録と共に維持した。本明細書に開示のもの以外のワクチン接種または投薬は一切利用しなかった。   Birds were vaccinated at the hatchery to prevent Marek's disease. On day 0 of the study, birds were vaccinated by spray application to prevent Newcastle disease and infectious bronchitis. No other vaccinations were performed during the study, except in the experimental design. Vaccination records (vaccine origin, type, lot number, and expiration date) were maintained along with the test records. No vaccinations or medications other than those disclosed herein were utilized.

water

飼育領域当たりに1つのPlasson給水器を介して、試験を通じて水を不断供給した。給水器は、1日に2回点検し、必要に応じて洗浄して、清潔な水が確実にトリに常に供給されるようにした。   Water was supplied continuously throughout the study via one Plasson waterer per breeding area. The water supply was checked twice a day and washed as needed to ensure that clean water was always supplied to the birds.

飼料 feed

飼育領域当たりに1つの直径約17インチの吊り下げ式チューブフィーダーを介して、試験を通じて不断給餌を行った。最初の約4日間は、床の各飼育領域にヒヨコ用のフィーダートレイを置いた。受け入れ時(0日目)に、実験設計に従ってトリをそのそれぞれの処理食物の摂取過程下に置いた。0日目から試験終了までの間に飼育領域に追加した飼料及び飼育領域から除去した飼料については、重量を測定し、記録した。   Permanent feeding was conducted throughout the study through a suspended tube feeder approximately 17 inches in diameter per breeding area. For the first four days, chick feeder trays were placed in each rearing area on the floor. Upon receipt (Day 0), birds were placed under their respective treated food intakes according to the experimental design. The feed added to and removed from the breeding area from day 0 to the end of the test was weighed and recorded.

毎日の観察 Daily observation

全体的な群れの状態、照明、水、飼料、換気、及び不測の事象について、試験施設、飼育領域、及びトリを少なくとも1日に2回観察した。1日に2回の観察のいずれかにおいて異常な状態また異常な挙動が確認されれば、それを試験記録に記入した。試験施設の最低温度及び最高温度を1日に1回記録した。   The test facility, breeding area, and birds were observed at least twice daily for overall herd status, lighting, water, feed, ventilation, and unexpected events. If any abnormal condition or abnormal behavior was confirmed in any of the observations twice a day, it was recorded in the test record. The minimum and maximum temperatures of the test facility were recorded once a day.

飼育領域カード Breeding area card

各飼育領域に2つのカードを取り付けた。一方のカードによって飼育領域番号を識別し、第2のカードでは処理番号を示すようにする。   Two cards were attached to each breeding area. The breeding area number is identified by one card, and the processing number is indicated by the second card.

動物の取り扱い Animal handling

動物は、理想的な飼育適合条件の下で保持した。損傷及び不要なストレスを低減するような様式で動物を取り扱った。人道的な手段を厳格に実行した。   Animals were kept under ideal housing compatible conditions. Animals were handled in such a way as to reduce damage and unnecessary stress. Strictly implemented humane measures.

獣医学的な管理、介入、及び安楽死 Veterinary management, intervention, and euthanasia

試験手順とは無関係な臨床的に顕著な併発疾患を発症したトリは、責任者または被任命者の裁量で試験から除外し、現場の標準操作手順に従って安楽死させた。さらに、瀕死または損傷したトリもまた、現場の獣医師または有資格技術者の権限で安楽死させてよい。除外理由はいずれも、文書化した。動物が死亡するか、または除外し、人道的理由で安楽死させた場合は、そのことを飼育領域の死亡率シートに記録し、剖検を実施し、提出して除外理由を文書化した。安楽死が必要であると判断したのであれば、頸椎脱臼を介して動物を安楽死させた。   Birds that developed a clinically significant comorbidity unrelated to the study procedure were excluded from the study at the discretion of the responsible or designated person and euthanized according to local standard operating procedures. In addition, moribund or injured birds may also be euthanized with the authority of a field veterinarian or qualified technician. All exclusion reasons have been documented. If animals died or were excluded and were euthanized for humane reasons, this was recorded on the mortality sheet in the breeding area, an autopsy was performed, and submitted to document the reasons for exclusion. Animals were euthanized via cervical dislocation if it was determined that euthanasia was necessary.

死亡率及び選別 Mortality and sorting

死亡が明らかになったトリはいずれも除外し、体重を測定し、剖検した。このことは、試験の0日目から開始した。飼料または水を得ることができないトリは、屠殺し、剖検した。体重及び推定死亡原因及び剖検知見を飼育領域の死亡率記録に記録した。   Any birds that were found dead were excluded, weighed and necropsied. This started on day 0 of the study. Birds unable to obtain food or water were sacrificed and necropsied. Body weight and probable cause of death and autopsy findings were recorded in mortality records in the rearing area.

体重及び飼料摂取量 Body weight and feed intake

およそ14日目及び21日目にトリの体重を飼育領域別かつ個別に測定した。各飼育領域に残った飼料は、試験の14日目及び21日目に重量を測定し、記録した。14〜21日目の間の飼料摂取量を計算した。   Approximately on days 14 and 21, birds were weighed separately by breeding area. The feed remaining in each breeding area was weighed and recorded on days 14 and 21 of the test. Feed intake between days 14-21 was calculated.

体重増加及び飼料要求率 Weight gain and feed requirement

飼育領域かつ個体ベースのトリの平均体重を各体重測定日にまとめた。生存するトリの総体重によって飼育領域の総飼料消費量を割ったものを使用して、試験の21日目に平均飼料要求率を計算した。生存するトリの総体重に死亡または飼育領域から除外したトリの体重を加えたものによってその飼育領域の総飼料消費量を割ったものを使用して補正飼料要求率を計算した。   The average weight of birds on breeding area and on an individual basis was summarized on each weighing day. The average feed demand was calculated on day 21 of the study using the total feed consumption of the breeding area divided by the total weight of the surviving birds. The corrected feed demand was calculated using the total weight of surviving birds plus the weight of birds that died or were excluded from the breeding area divided by the total feed consumption in that breeding area.

消化管内容物の取得 Acquisition of digestive tract contents

21日目に、頸椎脱臼によって各トリを安楽死させて、記載の手順を使用して下記のものを取得し、手袋は、各トリ間で交換した。   On day 21, each bird was euthanized by cervical dislocation and the following was obtained using the described procedure, and gloves were changed between each bird.

150μlの停止液を事前に充填した1.5mlチューブに1つの盲腸の内容物を直ちに入れる。   Immediately place the contents of one cecum into a 1.5 ml tube pre-filled with 150 μl of stop solution.

150μlの停止液を事前に充填した1.5mlチューブに小腸の内容物を直ちに入れる。   Immediately place the contents of the small intestine in a 1.5 ml tube pre-filled with 150 μl of stop solution.

GI管から砂嚢を切除し、内容物を鉗子で取り出し、150μlの停止液を事前に充填した1.5mlチューブに入れる。   The gizzard is excised from the GI tract, the contents are removed with forceps and placed in a 1.5 ml tube pre-filled with 150 μl of stop solution.

GI管から素嚢を切除し、鉗子/スクレーパーで内容物を粘膜内層から剥がし取り、150μlの停止液を事前に充填した1.5mlチューブに入れる。   The sac is excised from the GI tract, the contents are stripped from the mucosal lining with forceps / scraper and placed in a 1.5 ml tube pre-filled with 150 μl of stop solution.

送付するまで、すべての試料を4℃で保管する。   Store all samples at 4 ° C. until sent.

Scale

飼料及び飼料添加物の重量測定に使用した秤は、コロラド州によって認可及び/または認証を受けたものである。秤を使用するたびに、CQR標準操作手順に従って基準分銅を使用して秤を点検した。   The scales used for weighing feed and feed additives were approved and / or certified by Colorado. Each time the balance was used, the balance was checked using a reference weight according to CQR standard operating procedures.

Clostridium perfringensの投与 Administration of Clostridium perfringens

投与方法 Administration method

Clostridium perfringensの培養物は、Microbial Research,Incから入手した。この試験では、C.perfringens(CL−15、A型、α毒素及びβ2毒素)の培養物を、飼料を介して投与した。培養物との混合には、各飼育領域のフィーダー由来の飼料を使用した。飼育領域に培養物を置く前に、約4〜8時間、処理飼料を取り出し、トリから遠ざけた。トリの各飼育領域について、約2.0〜9.0X10cfu/mlの濃度のブロス培養物を、試験設計に基づく固定量で、固定量の飼料(約25g/トリ)とフィーダートレイ中で混合し、投与を行う飼育領域はすべて、同一に処理した。培養物−飼料のほとんどが1〜2時間以内に消費された。すべての処理においてトリが同様に処理されるように、非投与群もまた、投与群と同一の時間、飼料を取り出した。 Cultures of Clostridium perfringens were obtained from Microbial Research, Inc. In this test, C.I. Cultures of perfringens (CL-15, type A, alpha toxin and beta 2 toxin) were administered via feed. For mixing with the culture, feed from feeders in each breeding area was used. The treated feed was removed from the birds for approximately 4-8 hours before placing the culture in the breeding area. For each bird breeding area, a broth culture at a concentration of about 2.0-9.0 × 10 8 cfu / ml was applied in a fixed amount based on the study design in a fixed amount of feed (about 25 g / bird) and feeder tray. All breeding areas where mixing and dosing were performed identically. Most of the culture-feed was consumed within 1-2 hours. The non-treated group also had feed removed at the same time as the treated group so that birds were treated similarly in all treatments.

Clostridiumの投与 Administration of Clostridium

C.perfringens(CL−15)の培養増殖は、デンプンを含む液体チオグリコール酸培地において約37℃で約5時間実施した。CL−15は、コロラド州においてブロイラーの間で大流行したものに由来するC.perfringensの野外株である。新鮮なブロス培養物を調製し、それぞれの日に使用した。トリの各飼育領域について、一晩培養したブロス培養物を固定量で、固定量の処理飼料とフィーダートレイ中で混合した(投与の項を参照のこと)。飼料の量、接種培養物の体積及び定量化、ならびに投与日数を最終報告書に記入した。飼育領域はすべて、同一に処理した。C.perfringensの培養物のトリへの投与は、1日間(試験の17日目)実施した。培養物に対する定量化は、Microbial Research,Incによって実施し、結果を最終報告書に記入した。この試験については標的死亡率を定めることはしなかった。   C. Perfringens (CL-15) was grown in a liquid thioglycolic acid medium containing starch at about 37 ° C. for about 5 hours. CL-15 is C. cerevisiae derived from a pandemic among broilers in Colorado. perfringens. Fresh broth cultures were prepared and used each day. For each breeding area of birds, an overnight culture of broth culture was mixed in a fixed volume with a fixed volume of treated feed in a feeder tray (see dosing section). The amount of feed, the volume and quantification of the inoculum culture, and the number of days of dosing were entered in the final report. All breeding areas were treated identically. C. The administration of perfringens cultures to birds was carried out for one day (day 17 of the study). Quantification on cultures was performed by Microbiological Research, Inc, and the results were entered in the final report. No target mortality was determined for this study.

病変のスコア付け Lesion scoring

C.perfringens培養物の最後の投与から4日後、最初に捕獲されたトリを選択することによって、各飼育領域から5羽のトリを無作為に選択し、屠殺し、壊死性腸炎について腸の病変をスコア付けした。病変は、下記のようにスコア付けした:   C. Four days after the last administration of the perfringens culture, five birds from each breeding area were randomly selected by selecting the first captured bird, sacrificed, and scored for intestinal lesions for necrotic enteritis. Attached. Lesions were scored as follows:

0=正常:NE病変がなく、小腸は、正常な弾性を有する(開いた後に、丸まって正常位置に戻る)。   0 = normal: no NE lesions, small intestine has normal elasticity (curls back to normal position after opening).

1=軽度:小腸壁が薄く、弛緩性であり(開いたときに平らなままであり、開いた後に、丸まって正常な位置に戻らない)、粘膜を覆う粘液が過剰である。   1 = mild: small intestinal wall is thin and flaccid (leave flat when opened, does not roll back to normal position after opening), and has excess mucus covering mucous membranes.

2=中等度:腸壁が顕著に発赤し、膨化しており、腸膜に少数の潰瘍及び壊死が存在し、粘液が過剰である。   2 = moderate: the intestinal wall is significantly reddened and swollen, there are few ulcers and necrosis in the intestinal membrane, and there is an excess of mucus.

3=重度:小腸膜の壊死及び潰瘍が多発する領域(複数可)が存在し、顕著な出血が見られ、フィブリン及び壊死片の層が粘膜上に存在する(トルコタオルの外観を有する)。   3 = Severe: There is a region (s) where there is frequent necrosis and ulceration of the small intestine, marked haemorrhage, and a layer of fibrin and necrotic debris is present on the mucosa (having the appearance of a Turkish towel).

4=死亡または瀕死:24時間以内に死亡し得る可能性があり、かつ2以上のNE病変スコアを有するトリ。   4 = Dead or moribund: birds likely to die within 24 hours and with an NE lesion score of 2 or more.

処分 disposal

過剰な試験物品 Excessive test articles

この試験のために入手及び使用した試験物品について報告を継続的に実施した。過剰な試験物品は、処分するか、またはスポンサーに返却した。文書化したものを試験記録と共に提出した。   Reports were continuously made on the test articles obtained and used for this test. Excess test articles were disposed of or returned to the sponsor. Documentation was submitted along with the test records.

飼料 feed

すべての食物について報告を継続的に実施した。混合、使用、及び廃棄した量を文書化した。未使用の飼料は、不用品回収販売に出し、及び/または現地の埋め立て処理場への商用輸送のための大型ごみ容器に入れることによって処分した。処分については、試験報告書に記入した。   Reports were continuously made on all foods. The amount mixed, used, and discarded was documented. Unused feed was disposed of for disposal and / or disposal in large garbage containers for commercial transport to a local landfill. The disposal was noted in the test report.

試験動物 Test animal

試験のために入手したトリについて報告を継続的に実施した。試験中及び試験終了時点の死体及び屠殺したトリは、試験終了時点で処理場に送り、廃棄処分した。処分について文書化したものを試験報告書と共に提出した。この試験に用いた動物に由来する食品がヒトの食物連鎖に入ることのないようにした。   Reports were continuously made on birds obtained for testing. Carcasses and slaughtered birds during and at the end of the test were sent to a treatment plant at the end of the test and disposed of. Documentation of the disposition was submitted with the test report. Food from the animals used in this study was prevented from entering the human food chain.

試料の分析 Sample analysis

それぞれの消化管内容物試料の一部を染色し、フローサイトメーターにかけることで、各試料におけるそれぞれの微生物型の細胞数を定量化した。同一の消化管内容物試料の別の部分をビーズ破砕でホモジナイズすることで微生物を溶解させた。各試料からDNA及びRNAを抽出及び精製し、Illumina Miseqでのシークエンシング用として調製した。ペアエンド化学を使用して試料をシークエンシングし、ライブラリーの両末端に対して300塩基対のシークエンシングを実施した。シークエンシングリードを使用することで、C.perfringenによる感染後の各トリに存在するそれぞれの活性微生物メンバーの細胞数を定量化した。   A portion of each digestive tract content sample was stained and subjected to a flow cytometer to quantify the number of cells of each microbial type in each sample. Microorganisms were lysed by homogenizing another portion of the same digestive tract content sample with bead disruption. DNA and RNA were extracted and purified from each sample and prepared for sequencing on Illumina Miseq. Samples were sequenced using paired-end chemistry and 300 base pairs were sequenced on both ends of the library. By using sequencing reads, C.I. The number of cells of each active microbial member present in each bird after infection with perfringen was quantified.

壊死性腸炎は、腸管粘膜の重度の壊死であり、C.perfringensによって生成する毒素によって引き起こされる。したがって、C.perfringensの疾患、存在、及び活性を診断するものとしてのプラットフォームの能力を評価するために、試料を取得した各トリの病変スコアとの関連でプラットフォームの能力を分析した。すべての器官を分析し、この結果によって、どう判断しても小腸がC.perfrigens感染の最良の予測判断材料であることが示された。小腸は、病原体確立の原発位置であるため、上記のことは予測どおりのことであった。   Necrotizing enteritis is severe necrosis of the intestinal mucosa; caused by toxins produced by perfringens. Therefore, C.I. To assess the platform's ability to diagnose disease, presence, and activity of perfringens, the platform's ability was analyzed in relation to the lesion score of each bird from which samples were taken. All organs were analyzed, and the results indicated that the small intestine was C. perfrigens infection was shown to be the best predictor. This was as expected because the small intestine is the primary location for pathogen establishment.

この結果は、図9及び表16に示される。病変のスコア付けの期間中にスコアが1以上とされたトリは、1羽を除くすべてのトリでC.perfrigensが検出された。C.perfrigensの存在量は、各トリについて測定された病変スコアと相関する傾向を有しており、C.perfrigensの存在量が多くなればなるほど、トリのスコアが「4」となる可能性が高くなった。病変スコアが「0」とスコア付けされた複数のトリのGI管には、C.perfringensが実際に存在した。こうして存在するにもかかわらず、活性を分析すると、こうしたトリではC.perfringensが活性ではないことが明らかとなった。こうした結果は、開示の方法及びシステムが、壊死性腸炎を有するトリにおけるC.perfringensの量及び活性を検出できることを示している。この情報は、病気を有する個々のトリにおける疾患の重症度に加えて、ブロイラーにおける壊死性腸炎大流行の原因病原体を予測するための診断として使用することができる。   The results are shown in FIG. Birds that scored 1 or more during the lesion scoring period were C.I. in all birds except one. perfrigens was detected. C. perfrigens abundance has a tendency to correlate with the lesion score measured for each bird, The higher the abundance of perfrigens, the more likely the bird score would be “4”. The GI tracts of birds with a lesion score of “0” include C.I. perfringens actually existed. Analysis of the activity, despite its presence, shows that in these birds C. It was revealed that perfringens was not active. These results indicate that the disclosed methods and systems are useful in the case of birds with necrotizing enteritis. This shows that the amount and activity of perfringens can be detected. This information can be used as a diagnostic to predict the causative agent of the necrotizing enteritis pandemic in broilers, as well as the severity of the disease in the individual birds with the disease.

実施例8 Example 8

微生物組成物の投与後のルーメン微生物組成の変化
泌乳反芻動物によって産生する乳脂肪及び乳タンパク質の総量、ならびに計算ECMを増加させるために本開示の方法を適用した。
Changes in Rumen Microbial Composition After Administration of Microbial Composition The methods of the present disclosure have been applied to increase the total amount of milk fat and milk protein produced by lactating ruminants, as well as the calculated ECM.

本明細書に示される本開示の方法論は、開示の単離された微生物、アンサンブル、及びそれを含む組成物を利用することに基づいており、泌乳反芻動物によって産生する乳脂肪及び乳タンパク質の総量が増加することを実証している。こうした増加は、ホルモンを別に与えることを必要とせずに実現した。   The methodologies of the present disclosure set forth herein are based on utilizing the disclosed isolated microorganisms, ensembles, and compositions comprising the same, the total amount of milk fat and milk protein produced by lactating ruminants. Has increased. These increases were realized without the need for additional hormones.

この例では、本開示の方法によって同定及び合成された、2つの単離微生物(1つの細菌及び1つの真菌)を含む微生物アンサンブルを、授乳の中期のホルスタイン乳牛に5週間にわたって投与した。   In this example, a microbial ensemble containing two isolated microorganisms (one bacterium and one fungus) identified and synthesized according to the methods of the present disclosure was administered to mid-lactating Holstein dairy cows for five weeks.

8頭の群2つに乳牛を無作為に割り付け、これらの群の一方は、微生物アンサンブルを含まない緩衝液を投与する対照群とした。第2の群(実験群)には、微生物アンサンブルを5週間、1日に1回投与した。乳牛はそれぞれ、個別の飼育領域に収容し、飼料及び水を自由に摂取できるようにした。食物は、乳量が多くなる食物とした。乳牛には自由に摂食させ、日々の終わりに飼料の重量を測定し、前日の拒食分は、重量を測定し、廃棄した。体重測定は、Salter Brecknell(Fairmont,MN)のPS−2000スケールで実施した。   Dairy cows were randomly assigned to two groups of eight cows, one of which was a control group receiving a buffer without a microbial ensemble. The second group (experimental group) received the microbial ensemble once a day for 5 weeks. Each cow was housed in a separate breeding area with free access to feed and water. The food was a milk-rich food. Dairy cows were fed ad libitum and weighed feed at the end of each day, and the anorexic food the previous day was weighed and discarded. Body weight measurements were performed on a PS-2000 scale from Salter Brecknell (Fairmont, MN).

乳牛のルーメンにカニューレが到達するように乳牛にカニューレを装着した。乳牛には、カニューレ挿入の後、少なくとも10日間の回復期間をさらに与えてから、対照用量または実験用量を投与した。   The dairy cow was cannulated so that it reached the lumen of the dairy cow. Dairy cows were given a further recovery period of at least 10 days after cannulation prior to receiving control or experimental doses.

20mlの中性緩衝生理食塩水でそれぞれの投与を行うものと、当該生理食塩水に約10個細胞を懸濁したものでそれぞれの投与を行うものと、にした。対照群には、20mlの当該生理食塩水を1日に1回投与し、実験群には、10個の微生物細胞の記載の微生物アンサンブルをさらに含む20mlの当該生理食塩水を投与した。 And performs administration respectively 20ml neutral buffered saline, was, as carried out administering respectively which were suspended about 10 9 cells to the physiological saline. The control group was administered once the saline 20ml per day, the experimental group were administered the saline 20ml, further comprising a microorganism ensemble according to 10 9 microbial cells.

0日目、7日目、14日目、21日目、及び35日目にあらゆる乳牛のルーメンから試料を取得し、ここでは微生物投与の前日を0日目とした。実験投与及び対照投与は、その日にルーメンから試料を取得した後に実施したことに留意されたい。ルーメンからの毎日の試料取得は0日目に開始し、取得したルーメン液にHanna Instruments(Woonsocket,RI)のpHメーターを挿入して記録を取った。ルーメン試料の取得においては、ルーメンの中心領域、背側領域、腹側領域、前側領域、及び後側領域からカニューレを介して微粒子と液体との両方を取得するようにし、5つの試料すべてを、1.5mlの停止液(エタノール95%、フェノール5%)を含む15mlのコニカルバイアルにプールし、4℃で保管し、氷上に留めてAscus Biosciences(Vista,California)に送付した。   Samples were obtained from the rumen of all dairy cows on days 0, 7, 14, 21 and 35, where the day before microbial administration was day 0. Note that the experimental and control doses were performed that day after samples were obtained from the lumen. Daily sample acquisition from the rumen commenced on day 0 and recordings were taken by inserting a pH meter from Hanna Instruments (Woonsocket, RI) into the acquired rumen fluid. In obtaining a rumen sample, both microparticles and liquid were obtained via cannula from the central, dorsal, ventral, anterior, and posterior regions of the lumen, and all five samples were Pooled in 15 ml conical vials containing 1.5 ml of stop solution (95% ethanol, 5% phenol), stored at 4 ° C., kept on ice and sent to Ascus Biosciences (Vista, California).

それぞれのルーメン試料の一部を染色し、フローサイトメーターにかけることで、各試料におけるそれぞれの微生物型の細胞数を定量化した。同一のルーメン試料の別の部分をビーズ破砕でホモジナイズすることで微生物を溶解させた。各試料からDNA及びRNAを抽出及び精製し、Illumina Miseqでのシークエンシング用として調製した。ペアエンド化学を使用して試料をシークエンシングし、ライブラリーの両末端に対して300塩基対のシークエンシングを実施した。シークエンシングリードを使用することで、対照群及び実験群の動物ルーメンのそれぞれに存在するそれぞれの活性微生物メンバーの細胞数を実験過程にわたって定量化した。   A portion of each rumen sample was stained and run on a flow cytometer to quantify the number of cells of each microbial type in each sample. Another portion of the same rumen sample was homogenized by bead disruption to lyse the microorganism. DNA and RNA were extracted and purified from each sample and prepared for sequencing on Illumina Miseq. Samples were sequenced using paired-end chemistry and 300 base pairs were sequenced on both ends of the library. Using sequencing reads, the number of cells of each active microbial member present in each of the control and experimental animal rumens was quantified over the course of the experiment.

細菌と真菌との両方がルーメンにコロニーを形成し、動物によっては、連日投与の約3〜5日後にルーメンにおいて細菌と真菌との両方が活性であった。このコロニー形成は、実験群では観測されたが、対照群では観測されなかった。ルーメンは、累積的なルーメン微生物集団の化学が高度に絡み合う動的な環境である。微生物アンサンブルを人工的に添加すれば、コミュニティの全体構造に影響が及び得る。この有望な効果を評価するために、全微生物コミュニティを実験過程にわたって解析することで、微生物コミュニティ集団における高レベルの分類学的変化を明らかにした。   Both bacteria and fungi colonized the rumen, and in some animals, both bacteria and fungi were active in the rumen about 3-5 days after daily administration. This colony formation was observed in the experimental group but not in the control group. The rumen is a dynamic environment in which the chemistry of the cumulative rumen microbial community is highly intertwined. The artificial addition of a microbial ensemble can affect the overall structure of the community. To assess this promising effect, analysis of the entire microbial community over the course of the experiment revealed high-level taxonomic changes in the microbial community population.

実験動物において投与した真菌の細胞数が上昇したことを除き、真菌集団では特徴的な傾向が経時的に観測されることはなかった。一方で、細菌集団は、より予想どおりに実際に変化した。個々の動物にまたがる高レベルの傾向を経時的に評価するために、微生物集団の組成パーセントを計算し、比較した。コミュニティの構成率が1%を超える属のみを解析した。既知の繊維分解性細菌を含む属(ルミノコッカス属を含む)の組成パーセントが、対照動物と比較して実験動物で増加したことが明らかとなった。クロストリジウムクラスターXIVa、クロストリジウム属、シュードブチルビブリオ属(Pseudobutyrivibrio)、ブチリシモナス属、及びラクノスピラ属(Lachnospira)を含めて、揮発性脂肪酸産生性の属もまた、その存在量が実験動物で上昇したことが明らかとなった。プレボテラ属で観測された変化が最も大きいものであった。この属のメンバーは、ルーメン内でのセロビオース、ペクチン、及びさまざまな他の構造糖質の分解に関与することが示されている。プレボテラ属の1種は、植物リグニンを有利な抗酸化物質(プレボテラ属起源)に変換することにも関与している。   No characteristic trend was observed over time in the fungal population except for the increased number of fungal cells administered in the experimental animals. On the other hand, the bacterial population actually changed more as expected. Percentage composition of the microbial population was calculated and compared to assess the high level of trends over individual animals over time. Only genera with a community composition greater than 1% were analyzed. It was found that the percentage composition of genera containing known fibrinolytic bacteria (including the genus Luminococcus) was increased in experimental animals compared to control animals. It is evident that volatile fatty acid producing genera, including the Clostridium cluster XIVa, the genera Clostridium, the genus Pseudobutyrivibrio, the genus Butyricimonas, and the genus Lachnospira, also had elevated abundance in experimental animals. It became. The change observed for Prevotella was the largest. Members of this genus have been shown to be involved in the degradation of cellobiose, pectin, and various other structural carbohydrates in the rumen. One species of Prevotella is also involved in converting plant lignin to advantageous antioxidants (of Prevotella origin).

ルーメンの定量的な経時変化を、より直接的に測定するために、細胞数データをシークエンシングデータと統合することで、集団のバルク変化を細胞レベルで明らかにした。実験群のぞれぞれの属の平均細胞数を、対照群のそれぞれの属の平均細胞数で割ることによって細胞数の倍率変化を決定した。これまでの解析では閾値に満たずに外れていた多くの属が細胞数解析によって捕捉された。プロミクロモノスポラ属、ロドピレルーラ属(Rhodopirellula)、オリビバクター属(Olivibacter)、ウィクティウァルリス属(Victivallis)、ノカルジア属、レンティスファエラ属、ユーバクテリウム属、ペドバクター属、ブチリシモナス属、モギバクテリウム属(Mogibacterium)、及びデスルホビブリオ属はすべて、実験動物において平均で少なくとも10倍に増えたことが明らかとなった。プレボテラ属、ラクノスピラ属、ブチリシコッカス属、クロストリジウムXIVa、ロゼブリア属、狭義のクロストリジウム属、及びシュードブチルビブリオ属は、実験動物において約1.5倍に増えたことが明らかとなった。   In order to more directly measure the quantitative time course of the lumen, the bulk changes in the population were revealed at the cellular level by integrating cell number data with sequencing data. The fold change in cell number was determined by dividing the average number of cells in each genus of the experimental group by the average number of cells in each genus of the control group. Many genera that had fallen below the threshold in previous analyzes were captured by cell count analysis. Promicromonospora, Rhodopirellula, Olivibacter, Wiktivallis, Nocardia, Lentisfaera, Eubacterium, Pedobacter, Butyricimonas, Mogiumbium ), And Desulfovibrio all increased on average at least 10-fold in experimental animals. Prevotella, Lachnospira, Butyricoccus, Clostridium XIVa, Rosebria, Clostridium in a narrow sense, and Pseudobutyl vibrio were found to have increased about 1.5-fold in experimental animals.

実施例9
疝痛を有するウマ及び同一飼育領域の健康な対照のウマのウマ糞便マイクロバイオータの決定
Example 9
Determination of equine fecal microbiota in horses with colic and healthy controls in the same rearing area

ウマは、疝痛、及び当該動物に重度の腹痛を引き起こす好発腸管障害を有すると診断されることが多い。疝痛の原因は、高度に可変である。疝痛は、難消化性物体の摂取、ガス、または消化管の捻転に起因する閉塞によって生じ得る。疝痛によっては、動物の消化管に存在する微生物集団の異常と関連する。ほとんどの症例で、疝痛、特に、慢性症例の正確な原因を診断することは非常に困難である。ここでは、微生物に基づく疝痛を有する動物を診断するために、20頭のウマの糞便を開示の方法で解析した。   Horses are often diagnosed with colic, and a good bowel disorder that causes severe abdominal pain in the animal. The causes of colic are highly variable. Colic can be caused by obstruction due to ingestion of indigestible objects, gas, or gastrointestinal torsion. Some colic is associated with abnormalities in microbial communities present in the digestive tract of animals. In most cases, it is very difficult to diagnose the exact cause of colic, especially chronic cases. Here, feces of 20 horses were analyzed by the disclosed method to diagnose animals with microbe-based colic.

2ヶ月にわたって、20頭のウマ(対照10頭、実験10頭)をアッセイした。動物から試料を取得し、試料が2つ1組となるようにした。疝痛を有するウマのそれぞれについて、同一の飼育場で飼育されている対照のウマの試料を取得した。疝痛を有するウマと同様の移動歴を有し、過去6ヶ月に、抗微生物剤の投与も受けず、疝痛のエピソードも有さなかったウマを対照とした。   Twenty horses (10 controls, 10 experiments) were assayed over a two month period. Samples were obtained from the animals so that the samples were duplicated. For each of the horses having colic, a sample of a control horse bred at the same breeding ground was obtained. A horse having the same migration history as a horse having colic, receiving no antimicrobial agent in the past 6 months, and having no episode of colic was used as a control.

それぞれのウマの所有者から、同意書に署名をもらい、調査協力を得た。心拍数、呼吸数、体温、粘膜色、毛細血管再充満時間、及び消化管の腹鳴を測定する身体検査をそれぞれのウマに実施した。検査で見つかった他の異常はいずれも報告した。全血球計算及び化学パネル用に血液を取得し、動物の直腸にスワブを4〜6cm挿入することによって糞便試料を取得した。直腸の内壁にスワブを穏やか擦り付けることで、細胞及び糞便材料を取得した。次に、このスワブを、停止液を事前に充填したチューブに完全に浸した後、新たな滅菌1.7mLチューブに直ちに移した。余分なスワブ棒は除去してからチューブを閉じた。この操作を繰り返して重複試料を得た。疝痛を有するウマについては、直腸検査の間に糞便も取得した。糞便は、15mLの停止液を事前に充填した50mLコニカルに保管した。可能な場合は胃液及び胃内容物を取得した。   Each horse owner signed a letter of consent and obtained research cooperation. A physical examination was performed on each horse to measure heart rate, respiratory rate, body temperature, mucosal color, capillary refill time, and gastrointestinal belly. All other abnormalities found on examination were reported. Blood was obtained for complete blood count and chemistry panel, and fecal samples were obtained by inserting swabs 4-6 cm into the rectum of the animals. Cells and fecal material were obtained by gently rubbing the swab against the inner wall of the rectum. The swab was then completely immersed in a tube pre-filled with stop solution and immediately transferred to a new sterile 1.7 mL tube. The excess swab was removed and the tube was closed. This operation was repeated to obtain a duplicate sample. For horses with colic, feces were also obtained during rectal examination. Feces were stored in a 50 mL conical pre-filled with 15 mL of stop solution. Where possible, gastric juice and gastric contents were obtained.

輸送中、試料はすべて、4℃/氷上で保管した。スワブは、実験室に戻る間、−20℃で保管し、発送まで−20℃で維持した。   During transport, all samples were stored at 4 ° C./ice. Swabs were stored at −20 ° C. while returning to the laboratory and maintained at −20 ° C. until shipment.

取得データには、以下のものが含まれる:
・年齢、品種、主な用途
・血液試験の結果
・食物/給餌/サプリメントのレジメン
・収容の型
・移動歴
・駆虫歴
・治療
・投薬歴及び病歴(特に、疝痛を再発しているかどうか)(結果的に任意の麻酔エピソードを含むもの)
・ウマの症状/挙動、病原体試験(サルモネラ、クロストリジウム)に関する任意の追加情報
・最終診断
Acquisition data includes:
-Age, breed, main use-Blood test results-Food / feed / supplement regimen-Type of containment-Migration history-Anthelmintic history-Treatment-Medication and medical history (especially whether colic has recurred) ( Consequently including any episode of anesthesia)
• Optional additional information on equine symptoms / behavior, pathogen tests (Salmonella, Clostridium) • Final diagnosis

本開示の方法を使用してすべての糞便試料を解析した。   All fecal samples were analyzed using the methods of the present disclosure.

雌性ウマは、疝痛を有さない対照のウマと比較してその糞便におけるプロテオバクテリアの相対存在量が多いとき、大結腸捻転に起因する疝痛エピソードを発症する傾向を有することが、Weese et al.(“Changes in the faecal microbiota of mares precede the development of post partum colic”Equine veterinary journal 47.6 2015:641−649(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)によって明らかにされた。大結腸捻転は、疝痛の最も重篤な形態の1つであり、疝痛が進行してより重篤な状態となる前に動物の食物及び管理が変更されるのであれば、防ぎ得るものである。多くの症例で、早期検出は不可能であり、大結腸捻転を有するウマは、侵襲的手術を受けるか、または疝痛が再発すると安楽死させられる。   Weese et al. Have shown that female horses have a tendency to develop colic episodes due to large volvulus when the relative abundance of proteobacteria in their feces is higher compared to control horses without colic. ("Changes in the faecal microbiota of mares precede the development of post partum colic" Equine Veterinary Journal 47.6: 2015-64-649 is hereby incorporated by reference in its entirety for every purpose.) Torsion of the large colon is one of the most severe forms of colic and should be prevented if the food and management of the animal is altered before the colic progresses and becomes more severe. In many cases, early detection is not possible and horses with large volvulus are euthanized if they undergo invasive surgery or colic recurs.

解析によって、10頭のウマのうちごく少数のみが微生物起因性の疝痛を有していたことが明らかとなり、このことは、獣医学的な診断によって裏付けられた。具体的には、1頭のウマが大結腸捻転に起因する疝痛を有すると診断された。図10で確認できるように、疝痛を有するウマ3では、他のウマのすべてと比較して高度に活性なプロテオバクテリア(ピンクの棒)のレベルが実際に上昇していた。さらに解析したところ、このプロテオバクテリアは、Helicobacter equorumの遠い類縁種であることが示された。これまでの研究では、この種を病原性と関連付けることはできていなかったが(例えば、Moyaert et al.“Helicobacter equorum:prevalence and significance for horses and humans”FEMS Immunology & Medical Microbiology 57.1(2009):14−16(あらゆる目的のために参照によってその全体が本明細書に明確に組み込まれる)を参照のこと)、ここでの結果は、この種が大結腸捻転による疝痛の発症において役割を担うことを示している。したがって、ウマは、多種多様な疝痛を患うものの、開示の方法によって、微生物に基づく疝痛を有する動物を診断することができる。図10は、ウマの糞便における活性微生物の相対存在量を門レベルで示す。プロテオバクテリアは、薄いピンク色によって示される。疝痛を有するウマ3(大結腸捻転による疝痛を有すると診断されたウマ)は、赤の長方形によって示される。   Analysis revealed that only a few of the 10 horses had microbial colic, which was supported by veterinary diagnosis. Specifically, one horse was diagnosed as having colic due to large volvulus. As can be seen in FIG. 10, in horse 3 with colic, the level of highly active proteobacteria (pink bars) was actually elevated compared to all other horses. Further analysis showed that this proteobacterium was a distant relative of Helicobacter equiorum. Previous studies have not been able to correlate this species with pathogenicity (see, for example, Moyaert et al. "Helicobacter equiorum: prevalence and significance for hoses and humans", FEMS Immunology. 14-16, which are expressly incorporated herein by reference for all purposes), the results here show that this species plays a role in the development of colic due to large volvulus It is shown that. Thus, although horses suffer from a wide variety of colic, the disclosed methods can diagnose animals with microbial-based colic. FIG. 10 shows the relative abundance of active microorganisms in equine feces at the phylum level. Proteobacteria are indicated by a light pink color. Horse 3 with colic (a horse diagnosed with colic due to volvulus of the large colon) is indicated by a red rectangle.

図11は、いくつかの実施形態による診断プラットフォームワークフロー例の概観を示す。   FIG. 11 provides an overview of an example diagnostic platform workflow according to some embodiments.

実施例10
ウマの状態の同定及び微生物に対する洞察
この試験の目的は、バイオマーカー及び考え得る生物学的機構を把握し、疝痛の複数の状態を区別(すなわち、細菌性のウマ疝痛と非細菌性のウマ疝痛とを区別)することとした。全部で60の患者から試料を複数回取得し、これらの患者のうち30が疝痛の一形態を有することを明らかにした。残りの30の患者は、他の診断症状を全く有さず、健康であることを明らかにした。
Example 10
Identification of horse status and insights into microbes The purpose of this study was to understand biomarkers and possible biological mechanisms and distinguish between multiple states of colic (ie, bacterial and non-bacterial equine colic). And distinguished). Multiple samples were taken from a total of 60 patients, revealing that 30 of these patients had some form of colic. The remaining 30 patients had no other diagnostic symptoms and revealed to be healthy.

試料の処理:
それぞれの試料取得時点で糞便試料を取得し、安定化溶液を事前に充填した15mlのコニカルチューブに直ちに添加し、4℃で保管した。数回反転させることによって溶液を混合した後、直ちに4℃で保管した。糞便試料を4,000rpmで15分間遠心分離し、上清をデカントし、0.5mLを取り分け、PowerViral(登録商標)環境RNA/DNA単離キット(Mo Bio Laboratories,Inc.,Carlsbad,CA,USA)を使用する全RNA及び全DNAの抽出用とした。デカントした上清を液体窒素中で急速凍結させ、下流のメタボロミクス処理用とした。
Sample processing:
At each sample acquisition point, a stool sample was obtained, immediately added to a 15 ml conical tube pre-filled with a stabilizing solution, and stored at 4 ° C. After mixing the solution by inverting several times, it was immediately stored at 4 ° C. The stool sample is centrifuged at 4,000 rpm for 15 minutes, the supernatant is decanted, 0.5 mL aliquoted, and a PowerViral® environmental RNA / DNA isolation kit (Mo Bio Laboratories, Inc., Carlsbad, CA, USA). ) For extraction of total RNA and total DNA. The decanted supernatant was snap frozen in liquid nitrogen for downstream metabolomics processing.

16S rRNA.
Illuminaシークエンシング用に改変した27F及び534Rを使用して16S rRNA遺伝子を増幅すると共に、Illuminaシークエンシング用に改変したITS5及びITS4を使用してITS領域を増幅した。これらの増幅は、Q5(登録商標)高忠実度DNAポリメラーゼの標準プロトコール(New England Biolabs,Inc.,Ipswich,MA,USA)に従って実施した。増幅後、標準的なアガロースゲル電気泳動を用いてPCR産物を検証し、AMPure XPビーズ(Beckman Coulter,Brea,CA,USA)を使用して精製した。精製したアンプリコンライブラリーを、標準プロトコール(例えば、Flores et al.2014を参照のこと)に従ってMiSeqプラットフォーム(Illumina,San Diego,CA,USA)で定量化及びシークエンシングした。MiSeqプラットフォーム(Illumina,San Diego,CA,USA)で生のfastqリードを脱マルチプレックス化した。総細胞の計数はすべて、SH800S細胞選別機(Sony,San Jose,CA,USA)で実施した。生のシークエンシングデータはすべて、アダプター配列のトリミングを実施し、カットオフ値を20としてphred33でクオリティフィルタリングを実施し、これらの処理は、Trim Galoreを使用して実施した(例えば、Krueger 2015を参照のこと)。次に、残っている配列はすべて、PhiX、複雑性の低いリード、及びクロストークについてフィルタリングを実施した(例えば、Edgar 2016を参照のこと)。DY20及びDY21に対する標的配列と併せてRDP 16S rRNAデータベース(例えば、Cole et al.2014を参照のこと)を用いてUSEARCHのUNOISE及びSINTAX(v10.0.240)(例えば、Edgar and Flyvbjerg 2015、Edgar 2016を参照のこと)で、16Sによる分類学的な配列クラスタリング及び分類を実施した。
16S rRNA.
The 16S rRNA gene was amplified using 27F and 534R modified for Illumina sequencing, and the ITS region was amplified using ITS5 and ITS4 modified for Illumina sequencing. These amplifications were performed according to the standard protocol of Q5® high fidelity DNA polymerase (New England Biolabs, Inc., Ipswich, Mass., USA). After amplification, the PCR products were verified using standard agarose gel electrophoresis and purified using AMPure XP beads (Beckman Coulter, Brea, CA, USA). Purified amplicon libraries were quantified and sequenced on a MiSeq platform (Illumina, San Diego, CA, USA) according to standard protocols (see, eg, Flores et al. 2014). Raw fastq reads were demultiplexed on the MiSeq platform (Illumina, San Diego, CA, USA). All total cell counts were performed on a SH800S cell sorter (Sony, San Jose, CA, USA). All raw sequencing data was subjected to trimming of the adapter sequence and quality filtering with fred33 with a cutoff value of 20, and these treatments were performed using Trim Galore (see, for example, Krueger 2015). Thing). Next, all remaining sequences were filtered for PhiX, low complexity reads, and crosstalk (see, eg, Edgar 2016). USEARCH UNOISE and SINTAX (v 10.0.240) (e.g., Edgar and Flyvjerg 2015, Edgar) using the RDP 16S rRNA database (see, e.g., Cole et al. 2014) in conjunction with target sequences for DY20 and DY21. 2016), taxonomic sequence clustering and classification by 16S was performed.

活性測定.
DNase I処理(New England Biolabs,Inc.,Ipswich,MA,USA)を実施した後のRNA試料でcDNA合成を実施した。製造業者のプロトコールに従ってランダムプライマー混合物(New England Biolabs,Inc.,Ipswich,MA,USA)、Superscript(登録商標)IV逆転写酵素(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA,USA)、及びRnasin(登録商標)(Promega,Madison,WI,USA)をcDNA合成に使用した。Illuminaシークエンシング用に改変した27F及び534Rを使用して16S rRNA遺伝子を増幅すると共に、Illuminaシークエンシング用に改変したITS5及びITS4を使用してITS領域を増幅した。これらの増幅は、標準プロトコールに従って実施した。増幅後、PCR産物を検証し、AMPure XPビーズ(Beckman Coulter,Brea,CA,USA)を使用して精製した。精製したアンプリコンライブラリーをQubit(登録商標)DNA HSキット(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA,USA)で定量化し、標準プロトコールに従ってMiSeqプラットフォーム(Illumina,San Diego,CA,USA)でシークエンシングした。MiSeqプラットフォーム(Illumina,San Diego,CA,USA)で生のfastqリードを脱マルチプレックス化した。
Activity measurement.
CDNA synthesis was performed on the RNA sample after DNase I treatment (New England Biolabs, Inc., Ipswich, MA, USA). Random primer mixtures (New England Biolabs, Inc., Ipswich, MA, USA), Superscript® IV reverse transcriptase (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA), and Ras according to the manufacturer's protocol. (Promega, Madison, WI, USA) was used for cDNA synthesis. The 16S rRNA gene was amplified using 27F and 534R modified for Illumina sequencing, and the ITS region was amplified using ITS5 and ITS4 modified for Illumina sequencing. These amplifications were performed according to standard protocols. After amplification, the PCR product was verified and purified using AMPure XP beads (Beckman Coulter, Brea, CA, USA). The purified amplicon library was quantified with a Qubit® DNA HS kit (Thermo Fisher Scientific, Waltham, Mass., USA) and sequenced on a MiSeq platform (Illumina, San Diego, Calif., USA) according to standard protocols. Raw fastq reads were demultiplexed on the MiSeq platform (Illumina, San Diego, CA, USA).

細胞の染色及び計数.
各試料の少分量を、新しい1.7mLチューブに取り分け、その重量を測定した。1mLの滅菌PBSを各試料に添加し、ビーズなしでビーズ破砕を実施することで線維性のルーメン内容物から細胞を分離した。次に、試料を遠心分離して大きなデブリを除去した。一定分量の上清をPBSで希釈した後、染色した。それぞれのチューブに計数用ビーズを添加した(Spherotech ACFP−70−10)。次に、染色した試料をSony SH800細胞選別機(Sony,San Jose,CA,USA)で処理し、元の試料のグラム当たりの真菌細胞及び細菌細胞の数を決定した。
Cell staining and counting.
An aliquot of each sample was set aside in a new 1.7 mL tube and weighed. 1 mL of sterile PBS was added to each sample and the cells were separated from the fibrous rumen contents by performing bead breakage without beads. Next, the sample was centrifuged to remove large debris. An aliquot of the supernatant was diluted with PBS and stained. Counting beads were added to each tube (Spherotech ACFP-70-10). The stained samples were then processed on a Sony SH800 cell sorter (Sony, San Jose, CA, USA) to determine the number of fungal and bacterial cells per gram of the original sample.

バイオマーカーの同定.
絶対細胞数を使用して絶対細胞数を把握し、cDNAシークエンシングによる正規化を介して不活性OTUをフィルタリングした。試料出力結果をOTU表で処理し、マトリックス補完を介して前処理した。補完の後、健康状態に関してデータでの学習を実施し(細菌性疝痛と非細菌性疝痛または健康な状態との対比)、10分割検証におけるROCは、0.9超であった。データをPCoA次元削減で可視化した。さらに、OTU表から一般的な病原バイオマーカーをスクリーニングした。最終的に、組成がまとまったものを健康状態間で比較した。
Biomarker identification.
Absolute cell numbers were used to determine absolute cell numbers and inactive OTUs were filtered via normalization by cDNA sequencing. Sample output results were processed in OTU tables and pre-processed via matrix interpolation. After imputation, data learning was performed on health (bacteria colic versus non-bacterial colic or healthy) and the ROC in a 10-fold validation was greater than 0.9. Data was visualized with PCoA dimension reduction. In addition, common pathogenic biomarkers were screened from the OTU table. Finally, the composition was compared between health conditions.

事例研究.
スクリーニングのための新たな試料を提示し、本開示の方法を使用してプラットフォームにかけた。ランダムフォレスト機械学習モデルからは、予測される健康状態に基づく分布が得られた(図12a)。一般的な病原バイオマーカーからは、存在量が非常に多いマーカーは存在しないことが明らかとなった(図12b)。PCoAからは、試料が疝痛の分布に含まれるものであることが明らかとなった(図12c)。最終的に、試料状態間で組成がまとまったものを提示試料と比較すると、提示試料は疝痛の組成と一致するものであることが明らかとなった(図12d)。試料及びその後の解析は、この試料の取得源であるウマが試料取得時に疝痛状態にあったことを示唆している。
Case study.
New samples for screening were presented and run on the platform using the methods of the present disclosure. The distribution based on the predicted health status was obtained from the random forest machine learning model (FIG. 12a). General pathogenic biomarkers revealed that no markers were present in very high abundance (FIG. 12b). PCoA revealed that the sample was included in the distribution of colic (FIG. 12c). Finally, a comparison of the composition of the sample states with the presentation sample revealed that the presentation sample was consistent with the colic composition (FIG. 12d). The sample and subsequent analysis suggest that the horse from which the sample was obtained was colic at the time of sample acquisition.

実施例11
乳牛の状態の同定及び微生物に対する洞察
この試験の目的は、生産及び他の重要な外部因子と関連する、乳牛ルーメンのバイオマーカー及び考え得る生物学的機構を得ることとした。異なる気候、地理、品種、飼料系、及び健康状態から全部で5,000の試料を取得した。さらに、食物型(すなわち、TMR、pTMR、牧草)によって主に誘導された健康な状態をいくつか試料取得し、いくつかの一般的な不健康状態(すなわち、乳脂肪量低下)と比較した。
Example 11
Identification of dairy cow status and insights into microorganisms The purpose of this study was to obtain dairy cow rumen biomarkers and possible biological mechanisms related to production and other important external factors. A total of 5,000 samples were obtained from different climates, geographies, varieties, feed systems, and health conditions. In addition, several healthy conditions predominantly induced by food type (ie, TMR, pTMR, pasture) were sampled and compared to some common unhealthy conditions (ie, reduced milk fat mass).

試料の処理.
それぞれの試料取得時点で糞便試料を取得し、安定化溶液を事前に充填した15mlのコニカルチューブに直ちに添加し、4℃で保管した。数回反転させることによって溶液を混合した後、直ちに4℃で保管した。糞便試料を4,000rpmで15分間遠心分離し、上清をデカントし、0.5mLを取り分け、PowerViral(登録商標)環境RNA/DNA単離キット(Mo Bio Laboratories,Inc.,Carlsbad,CA,USA)を使用する全RNA及び全DNAの抽出用とした。デカントした上清を液体窒素中で急速凍結させ、下流のメタボロミクス処理用とした。
Sample processing.
At each sample acquisition point, a stool sample was obtained, immediately added to a 15 ml conical tube pre-filled with a stabilizing solution, and stored at 4 ° C. After mixing the solution by inverting several times, it was immediately stored at 4 ° C. The stool sample is centrifuged at 4,000 rpm for 15 minutes, the supernatant is decanted, 0.5 mL aliquoted, and a PowerViral® environmental RNA / DNA isolation kit (Mo Bio Laboratories, Inc., Carlsbad, CA, USA). ) For extraction of total RNA and total DNA. The decanted supernatant was snap frozen in liquid nitrogen for downstream metabolomics processing.

16S rRNA.
Illuminaシークエンシング用に改変した27F及び534Rを使用して16S rRNA遺伝子を増幅すると共に、Illuminaシークエンシング用に改変したITS5及びITS4を使用してITS領域を増幅した。これらの増幅は、Q5(登録商標)高忠実度DNAポリメラーゼの標準プロトコール(New England Biolabs,Inc.,Ipswich,MA,USA)に従って実施した。増幅後、標準的なアガロースゲル電気泳動を用いてPCR産物を検証し、AMPure XPビーズ(Beckman Coulter,Brea,CA,USA)を使用して精製した。精製したアンプリコンライブラリーを、標準プロトコール(例えば、Flores et al.2014を参照のこと)に従ってMiSeqプラットフォーム(Illumina,San Diego,CA,USA)で定量化及びシークエンシングした。MiSeqプラットフォーム(Illumina,San Diego,CA,USA)で生のfastqリードを脱マルチプレックス化した。総細胞の計数はすべて、SH800S細胞選別機(Sony,San Jose,CA,USA)で実施した。生のシークエンシングデータはすべて、アダプター配列のトリミングを実施し、カットオフ値を20としてphred33でクオリティフィルタリングを実施し、これらの処理は、Trim Galoreを使用して実施した(例えば、Krueger 2015を参照のこと)。次に、残っている配列はすべて、PhiX、複雑性の低いリード、及びクロストークについてフィルタリングを実施した(例えば、Edgar 2016を参照のこと)。DY20及びDY21に対する標的配列と併せてRDP 16S rRNAデータベース(例えば、Cole et al.2014を参照のこと)を用いてUSEARCHのUNOISE及びSINTAX(v10.0.240)(例えば、Edgar and Flyvbjerg 2015、Edgar 2016を参照のこと)で、16Sによる分類学的な配列クラスタリング及び分類を実施した。
16S rRNA.
The 16S rRNA gene was amplified using 27F and 534R modified for Illumina sequencing, and the ITS region was amplified using ITS5 and ITS4 modified for Illumina sequencing. These amplifications were performed according to the standard protocol of Q5® high fidelity DNA polymerase (New England Biolabs, Inc., Ipswich, Mass., USA). After amplification, the PCR products were verified using standard agarose gel electrophoresis and purified using AMPure XP beads (Beckman Coulter, Brea, CA, USA). Purified amplicon libraries were quantified and sequenced on a MiSeq platform (Illumina, San Diego, CA, USA) according to standard protocols (see, eg, Flores et al. 2014). Raw fastq reads were demultiplexed on the MiSeq platform (Illumina, San Diego, CA, USA). All total cell counts were performed on a SH800S cell sorter (Sony, San Jose, CA, USA). All raw sequencing data was subjected to trimming of the adapter sequence and quality filtering with fred33 with a cutoff value of 20, and these treatments were performed using Trim Galore (see, for example, Krueger 2015). Thing). Next, all remaining sequences were filtered for PhiX, low complexity reads, and crosstalk (see, eg, Edgar 2016). USEARCH UNOISE and SINTAX (v 10.0.240) (e.g., Edgar and Flyvjerg 2015, Edgar) using the RDP 16S rRNA database (see, e.g., Cole et al. 2014) in conjunction with target sequences for DY20 and DY21. 2016), taxonomic sequence clustering and classification by 16S was performed.

活性測定.
DNase I処理(New England Biolabs,Inc.,Ipswich,MA,USA)を実施した後のRNA試料でcDNA合成を実施した。製造業者のプロトコールに従ってランダムプライマー混合物(New England Biolabs,Inc.,Ipswich,MA,USA)、Superscript(登録商標)IV逆転写酵素(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA,USA)、及びRnasin(登録商標)(Promega,Madison,WI,USA)をcDNA合成に使用した。Illuminaシークエンシング用に改変した27F及び534Rを使用して16S rRNA遺伝子を増幅すると共に、Illuminaシークエンシング用に改変したITS5及びITS4を使用してITS領域を増幅した。これらの増幅は、標準プロトコールに従って実施した。増幅後、PCR産物を検証し、AMPure XPビーズ(Beckman Coulter,Brea,CA,USA)を使用して精製した。精製したアンプリコンライブラリーをQubit(登録商標)DNA HSキット(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA,USA)で定量化し、標準プロトコールに従ってMiSeqプラットフォーム(Illumina,San Diego,CA,USA)でシークエンシングした。MiSeqプラットフォーム(Illumina,San Diego,CA,USA)で生のfastqリードを脱マルチプレックス化した。
Activity measurement.
CDNA synthesis was performed on the RNA sample after DNase I treatment (New England Biolabs, Inc., Ipswich, MA, USA). Random primer mixtures (New England Biolabs, Inc., Ipswich, MA, USA), Superscript® IV reverse transcriptase (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA), and Ras according to the manufacturer's protocol. (Promega, Madison, WI, USA) was used for cDNA synthesis. The 16S rRNA gene was amplified using 27F and 534R modified for Illumina sequencing, and the ITS region was amplified using ITS5 and ITS4 modified for Illumina sequencing. These amplifications were performed according to standard protocols. After amplification, the PCR product was verified and purified using AMPure XP beads (Beckman Coulter, Brea, CA, USA). The purified amplicon library was quantified with a Qubit® DNA HS kit (Thermo Fisher Scientific, Waltham, Mass., USA) and sequenced on a MiSeq platform (Illumina, San Diego, Calif., USA) according to standard protocols. Raw fastq reads were demultiplexed on the MiSeq platform (Illumina, San Diego, CA, USA).

細胞の染色及び計数.
各試料の少分量を、新しい1.7mLチューブに取り分け、その重量を測定した。1mLの滅菌PBSを各試料に添加し、ビーズなしでビーズ破砕を実施することで線維性のルーメン内容物から細胞を分離した。次に、試料を遠心分離して大きなデブリを除去した。一定分量の上清をPBSで希釈した後、染色した。それぞれのチューブに計数用ビーズを添加した(Spherotech ACFP−70−10)。次に、染色した試料をSony SH800細胞選別機(Sony,San Jose,CA,USA)で処理し、元の試料のグラム当たりの真菌細胞及び細菌細胞の数を決定した。
Cell staining and counting.
An aliquot of each sample was set aside in a new 1.7 mL tube and weighed. 1 mL of sterile PBS was added to each sample and the cells were separated from the fibrous rumen contents by performing bead breakage without beads. Next, the sample was centrifuged to remove large debris. An aliquot of the supernatant was diluted with PBS and stained. Counting beads were added to each tube (Spherotech ACFP-70-10). The stained samples were then processed on a Sony SH800 cell sorter (Sony, San Jose, CA, USA) to determine the number of fungal and bacterial cells per gram of the original sample.

バイオマーカー及び予測モデルの構築.
絶対細胞数を使用して絶対細胞数を把握し、cDNAシークエンシングによる正規化を介して不活性OTUをフィルタリングした。次に、マトリックス補完を介してデータを補完した。データをPCoA次元削減で可視化した。これによって、いくつかの健康な状態が、TMRに基づく食物では左側に、pTMRに基づく食物では右側に、密接にクラスター化し、不健康状態の群は下側に広く分散して存在することが明らかとなった(図13b)。部分的最小二乗回帰を介して微生物組成に関して動物のデータでの学習を最初に実施した。得られたモデルの精度は高く、R二乗値は0.9超であり、平均二乗誤差は1未満であった。これによって、栄養的、地理的、及び気候的な入力に基づいて組成を予測することが可能となった。こうしたデータの操作を介すれば、微生物組成の予測を得ることができる。ランダムフォレスト機械学習を使用することで、微生物組成から栄養的、地理的、及び気候的なデータを予測し、10分割検証におけるROCは、0.9超であった。これらの方法の両方を相前後して使用することができ、試料メタデータまたは試料微生物組成のいずれを学習及び予測することもできる。これは、多くの健康な状態及び不健康状態に適するものであり、それによって任意の状態を予測的に最適化することができる。
Construction of biomarkers and prediction models.
Absolute cell numbers were used to determine absolute cell numbers and inactive OTUs were filtered via normalization by cDNA sequencing. Next, the data was complemented via matrix completion. Data was visualized with PCoA dimension reduction. This clearly shows that some healthy states are clustered tightly on the left side in foods based on TMR and on the right side in foods based on pTMR, with the unhealthy group widely distributed below. (FIG. 13b). Learning on animal data for microbial composition via partial least squares regression was first performed. The accuracy of the resulting model was high, with an R-squared value of greater than 0.9 and a mean square error of less than 1. This made it possible to predict composition based on nutritional, geographical and climatic inputs. Through manipulation of such data, predictions of microbial composition can be obtained. Nutritional, geographical, and climatic data were predicted from microbial composition using random forest machine learning, with a ROC of> 0.9 in 10-fold validation. Both of these methods can be used in tandem and can learn and predict either sample metadata or sample microbial composition. This is suitable for many healthy and unhealthy conditions, so that any condition can be optimized predictively.

事例研究.
pTMR食物を摂取している健康な乳牛のルーメン試料から試料を提示した。記載の方法を使用してルーメン試料を分析し、Illumina Miseqでシークエンシングした。この試料は、PCoA次元削減を行ったところ、健康な分布に入るものとされた(図13a)。さらに、ルーメンのNDF及びpHをインシリコで最適化したところ、当該ルーメン組成は、pTMR食物を摂取している状態の中でも、より生産的な状態にあるものとされた(図13b)。このことは、これら2つの変数に対して飼料変更または飼料添加物を介して改変を加えると、試料取得源の動物の微生物組成が、最も近い最も生産的な状態のものと一致するようになることを示唆している。微生物組成を学習することで、健康(図14A)、食物(図14B)、及び気候(図14C)において考え得る誤った管理を明らかにするための非測定外部因子を予測することも可能であった。
Case study.
Samples were presented from rumen samples of healthy dairy cows consuming pTMR food. Ruminal samples were analyzed using the described method and sequenced on an Illumina Miseq. This sample was found to fall into a healthy distribution after the PCoA dimension reduction (Figure 13a). Furthermore, when the NDF and pH of the rumen were optimized in silico, the rumen composition was found to be more productive among those consuming pTMR foods (FIG. 13b). This means that altering these two variables via feed changes or feed additives will ensure that the microbial composition of the animal from which the sample is obtained is consistent with that of the closest, most productive state Suggest that. Learning the microbial composition could also predict unmeasured external factors to reveal possible mismanagement in health (FIG. 14A), food (FIG. 14B), and climate (FIG. 14C). Was.

一般に、単一の状態として議論されるが、いくつかの実施形態及び用途については、状態(例えば、ベースライン状態)または生物学的状態は、特定のマイクロバイオームと関連する複数の状態及び/または生物学的状態を指し得、ベースラインの定義、特定の状態の定義、試料の特徴付け、潜在的な問題の同定、及び/または特定の徴候の治療(個体レベルまたは群(例えば、群れ)レベルに対するものかは問われない)において複数の状態も利用できることを理解されよう。例えば、上記の疝痛の例では、疝痛の原因は複数存在し得、そのようなものはマイクロバイオームに反映される。いくつかの実施形態では、本開示による比較では、下記の状態を利用することができる:対照(健康)、微生物性の疝痛、及び非微生物性の疝痛(ならびにいくつかの実施形態では、複数の異なる状態/下位状態)。   Although generally discussed as a single state, for some embodiments and applications, a state (eg, a baseline state) or a biological state may be associated with multiple states and / or states associated with a particular microbiome. It can refer to a biological condition, defining a baseline, defining a particular condition, characterizing a sample, identifying potential problems, and / or treating a particular symptom (individual or group (eg, herd) level) It will be understood that multiple states are also available. For example, in the colic example above, there may be multiple causes of colic, such as reflected in the microbiome. In some embodiments, comparisons according to the present disclosure may utilize the following conditions: control (healthy), microbial colic, and non-microbial colic (and in some embodiments, multiple Different states / lower states).

追加の実施形態例 Additional embodiment examples

実施形態A1
少なくとも1つの共通の特徴を共有し、かつ少なくとも1つの異なる特徴を有する少なくとも2つの試料を取得すること、各試料について、各試料における1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、前記1つまたは複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の数を決定すること、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、微生物株のマーカーである)、前記それぞれの微生物型の数と前記第1のマーカーの数とを統合して、各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を得ること、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを、特定した閾値に基づいて測定して各試料における前記微生物株の活性レベルを決定すること、前記決定された活性によって前記絶対細胞数をフィルタリングすることで、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての前記活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株と、を比較し、前記活性微生物株を、予測される機能及び/または化学に基づいて少なくとも2つの群に分類すること、前記少なくとも2つの群から、少なくとも1つの微生物株を選択すること、ならびに前記少なくとも2つの群に由来する前記選択された少なくとも1つの微生物株を組み合わせることで、前記少なくとも1つのメタデータに対応する特性を変えるように構成された微生物のアンサンブルを形成させること、を含む、方法。
Embodiment A1
Obtaining at least two samples sharing at least one common characteristic and having at least one different characteristic; for each sample, detecting the presence of one or more microbial types in each sample; Determining the number of each microbial type detected in each sample of the one or more microbial types, determining the number and amount of the unique first marker in each sample (the unique first marker) Each of the markers is a marker of a microorganism strain), integrating the number of each of the respective microorganism types and the number of the first marker to obtain the absolute cell number of each of the microorganism strains present in each sample; At least one unique second marker for each microorganism strain is measured based on the specified threshold to determine the level of activity of said microorganism strain in each sample. Determining a list of active microbial strains for each of the at least two samples and their respective absolute cell numbers by filtering the absolute cell numbers according to the determined activity; the at least two samples Comparing the filtered absolute cell count of said active microorganism strain for each of said at least one measured metadata or additional active microorganism strain for each of said at least two samples, wherein said active microorganism strain is: Classifying into at least two groups based on expected function and / or chemistry, selecting at least one microorganism strain from said at least two groups, and said selected from said at least two groups By combining at least one microorganism strain, Also be formed ensemble configuration microorganisms to alter the corresponding characteristic one metadata, including the method.

実施形態A2
前記特有の第1のマーカーの数の測定が、各試料における特有のゲノムDNAマーカーの数を測定することを含む、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A3
前記特有の第1のマーカーの数の測定が、各試料における特有のRNAマーカーの数を測定することを含む、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A4
前記特有の第1のマーカーの数の測定が、各試料における特有のタンパク質マーカーの数を測定することを含む、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A5
前記特有の第1のマーカーの数の測定が、各試料における特有の代謝物マーカーの数を測定することを含む、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A6
前記特有の代謝物マーカーの数の測定が、各試料における特有の脂質マーカーの数を測定することを含む、実施形態A5に記載の方法。
実施形態A7
前記特有の代謝物マーカーの数の測定が、各試料における特有の糖質マーカーの数を測定することを含む、実施形態A5に記載の方法。
実施形態A8
前記特有の第1のマーカーの数及びその量の測定が、各試料に由来するゲノムDNAをハイスループットシークエンシング反応に供すことを含む、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A9
前記特有の第1のマーカーの数及びその量の測定が、各試料に由来するゲノムDNAをメタゲノムシークエンシングに供すことを含む、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A10
前記特有の第1のマーカーが、mRNAマーカー、siRNAマーカー、及び/またはリボソームRNAマーカー、のうちの少なくとも1つを含む、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A11
前記特有の第1のマーカーが、シグマ因子、転写因子、ヌクレオシド関連タンパク質、及び/または代謝酵素、のうちの少なくとも1つを含む、実施形態A1に記載の方法。
Embodiment A2
The method of embodiment A1, wherein measuring the number of unique first markers comprises measuring the number of unique genomic DNA markers in each sample.
Embodiment A3
The method of embodiment A1, wherein measuring the number of unique first markers comprises measuring the number of unique RNA markers in each sample.
Embodiment A4
The method of embodiment A1, wherein measuring the number of unique first markers comprises measuring the number of unique protein markers in each sample.
Embodiment A5
The method of embodiment A1, wherein determining the number of unique first markers comprises determining the number of unique metabolite markers in each sample.
Embodiment A6
The method of embodiment A5, wherein measuring the number of unique metabolite markers comprises measuring the number of unique lipid markers in each sample.
Embodiment A7
The method of embodiment A5, wherein measuring the number of unique metabolite markers comprises measuring the number of unique carbohydrate markers in each sample.
Embodiment A8
The method of embodiment A1, wherein measuring the number and amount of the unique first markers comprises subjecting genomic DNA from each sample to a high-throughput sequencing reaction.
Embodiment A9
The method of embodiment A1, wherein measuring the number and amount of the unique first markers comprises subjecting genomic DNA from each sample to metagenomic sequencing.
Embodiment A10
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker comprises at least one of an mRNA marker, an siRNA marker, and / or a ribosomal RNA marker.
Embodiment A11
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker comprises at least one of a sigma factor, a transcription factor, a nucleoside-related protein, and / or a metabolic enzyme.

実施形態A12
前記少なくとも1つの特有の第2のマーカーの測定が、各試料における前記少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルを測定することを含む、実施形態A1〜A11のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A13
前記少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルの測定が、前記試料におけるmRNAを遺伝子発現解析に供すことを含む、実施形態A12に記載の方法。
実施形態A14
前記遺伝子発現解析が、シークエンシング反応を含む、実施形態A13に記載の方法。
実施形態A15
前記遺伝子発現解析が、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、メタトランスクリプトームシークエンシング、及び/またはトランスクリプトームシークエンシングを含む、実施形態A13に記載の方法。
実施形態A16
前記少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルの測定が、各試料またはその一部を質量分析に供すことを含む、実施形態A12に記載の方法。
実施形態A17
前記少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルの測定が、各試料またはその一部をメタリボソームプロファイリングまたはリボソームプロファイリングに供すことを含む、実施形態A12に記載の方法。
Embodiment A12
Embodiment A1-A11, wherein measuring the at least one unique second marker comprises measuring an expression level of the at least one unique second marker in each sample. Method.
Embodiment A13
The method of embodiment A12, wherein measuring the expression level of the at least one unique second marker comprises subjecting the mRNA in the sample to gene expression analysis.
Embodiment A14
The method of embodiment A13, wherein the gene expression analysis comprises a sequencing reaction.
Embodiment A15
The method of embodiment A13, wherein the gene expression analysis comprises quantitative polymerase chain reaction (qPCR), meta-transcriptome sequencing, and / or transcriptome sequencing.
Embodiment A16
The method of embodiment A12, wherein measuring the expression level of the at least one unique second marker comprises subjecting each sample or a portion thereof to mass spectrometry.
Embodiment A17
The method of embodiment A12, wherein measuring the expression level of the at least one unique second marker comprises subjecting each sample or a portion thereof to metaribosome or ribosome profiling.

実施形態A18
前記1つまたは複数の微生物型が、細菌、古細菌、真菌、原生動物、植物、他の真核生物、ウイルス、ウイロイド、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態A1〜A17のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A19
前記1つまたは複数の微生物株が、1つまたは複数の細菌株、古細菌株、真菌株、原生動物株、植物株、他の真核生物株、ウイルス株、ウイロイド株、またはそれらの組み合わせである、実施形態A1〜A18のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A20
前記1つもしくは複数の微生物株が、1つもしくは複数の真菌種もしくは真菌亜種であり、及び/または前記1つもしくは複数の微生物株が、1つもしくは複数の細菌種もしくは細菌亜種である、実施形態A19に記載の方法。
Embodiment A18
The embodiment A1-A17, wherein the one or more microbial types comprise bacteria, archaea, fungi, protozoa, plants, other eukaryotes, viruses, viroids, or combinations thereof. The described method.
Embodiment A19
The one or more microorganism strains is one or more bacterial strains, archaebacteria strains, fungal strains, protozoan strains, plant strains, other eukaryotic strains, virus strains, viroid strains, or combinations thereof. The method of any one of embodiments A1-A18.
Embodiment A20
The one or more microorganism strains is one or more fungal species or fungal subspecies, and / or the one or more microorganism strains is one or more bacterial species or bacterial subspecies. The method of embodiment A19.

実施形態A21
各試料における前記1つまたは複数の微生物型のそれぞれの数の決定が、各試料またはその一部をシークエンシング、遠心分離、光学顕微鏡法、蛍光顕微鏡法、染色、質量分析、マイクロフルイディクス、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、ゲル電気泳動、及び/またはフローサイトメトリーに供すことを含む、実施形態A1〜A20のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A21
Determining the number of each of the one or more microbial types in each sample comprises sequencing, centrifuging, light microscopy, fluorescence microscopy, staining, mass spectrometry, microfluidics, quantification of each sample or a portion thereof. The method of any one of embodiments A1 to A20, comprising subjecting to a quantitative polymerase chain reaction (qPCR), gel electrophoresis, and / or flow cytometry.

実施形態A22
前記特有の第1のマーカーが、5Sリボソームサブユニット遺伝子、16Sリボソームサブユニット遺伝子、23Sリボソームサブユニット遺伝子、5.8Sリボソームサブユニット遺伝子、18Sリボソームサブユニット遺伝子、28Sリボソームサブユニット遺伝子、チトクロムc酸化酵素サブユニット遺伝子、β−チューブリン遺伝子、伸長因子遺伝子、RNAポリメラーゼサブユニット遺伝子、内部転写スペーサー(ITS)、またはそれらの組み合わせを含む系統発生学的マーカーを含む、実施形態A1に記載の方法。
Embodiment A22
The unique first marker is a 5S ribosomal subunit gene, 16S ribosomal subunit gene, 23S ribosomal subunit gene, 5.8S ribosomal subunit gene, 18S ribosomal subunit gene, 28S ribosomal subunit gene, cytochrome c oxidation. The method of embodiment A1, comprising a phylogenetic marker comprising an enzyme subunit gene, a β-tubulin gene, an elongation factor gene, an RNA polymerase subunit gene, an internal transcribed spacer (ITS), or a combination thereof.

実施形態A22a
前記特有の第1のマーカーが、系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22b
前記特有の第1のマーカーが、5Sリボソームサブユニット遺伝子を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22c
前記特有の第1のマーカーが、16Sリボソームサブユニット遺伝子を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22d
前記特有の第1のマーカーが、23Sリボソームサブユニット遺伝子を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22e
前記特有の第1のマーカーが、5.8Sリボソームサブユニット遺伝子を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22f
前記特有の第1のマーカーが、18Sリボソームサブユニット遺伝子を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22g
前記特有の第1のマーカーが、28Sリボソームサブユニット遺伝子を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22h
前記特有の第1のマーカーが、チトクロムc酸化酵素サブユニット遺伝子を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22i
前記特有の第1のマーカーが、β−チューブリン遺伝子を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22j
前記特有の第1のマーカーが、伸長因子遺伝子を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22k
前記特有の第1のマーカーが、RNAポリメラーゼサブユニット遺伝子を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
実施形態A22l
前記特有の第1のマーカーが、内部転写スペーサー(ITS)を含む系統発生学的マーカーを含まない、実施形態A1に記載の方法。
Embodiment A22a
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker.
Embodiment A22b
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker comprising a 5S ribosomal subunit gene.
Embodiment A22c
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker comprising a 16S ribosomal subunit gene.
Embodiment A22d
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker comprising a 23S ribosomal subunit gene.
Embodiment A22e
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker comprising a 5.8S ribosomal subunit gene.
Embodiment A22f
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker comprising an 18S ribosomal subunit gene.
Embodiment A22g
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker comprising a 28S ribosomal subunit gene.
Embodiment A22h
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker comprising a cytochrome c oxidase subunit gene.
Embodiment A22i
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker comprising a β-tubulin gene.
Embodiment A22j
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker comprising an elongation factor gene.
Embodiment A22k
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker comprising an RNA polymerase subunit gene.
Embodiment A221
The method of embodiment A1, wherein the unique first marker does not include a phylogenetic marker that includes an internal transcribed spacer (ITS).

実施形態A23
前記特有のマーカーの数及びその量の測定が、各試料に由来するゲノムDNAをハイスループットシークエンシング反応に供すことを含む、実施形態A22に記載の方法。
実施形態A24
前記特有のマーカーの数及びその量の測定が、ゲノムDNAをゲノムシークエンシングに供すことを含む、実施形態A22に記載の方法。
実施形態A25
前記特有のマーカーの数及びその量の測定が、ゲノムDNAをアンプリコンシークエンシングに供すことを含む、実施形態A22に記載の方法。
Embodiment A23
The method of embodiment A22, wherein measuring the number and amount of the unique markers comprises subjecting genomic DNA from each sample to a high-throughput sequencing reaction.
Embodiment A24
The method of embodiment A22, wherein measuring the number and amount of the unique markers comprises subjecting genomic DNA to genomic sequencing.
Embodiment A25
The method of embodiment A22, wherein measuring the number and amount of the unique markers comprises subjecting the genomic DNA to amplicon sequencing.

実施形態A26
前記少なくとも1つの異なる特徴が、第1の試料の取得時間と第2の試料の取得時間とが異なるように前記少なくとも2つの試料のそれぞれが取得された取得時間を含む、実施形態A1〜A25のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A26
Embodiment A1-A25 wherein the at least one different feature comprises an acquisition time at which each of the at least two samples was acquired such that an acquisition time of a first sample and an acquisition time of a second sample are different. A method according to any one of the preceding claims.

実施形態A27
前記少なくとも1つの異なる特徴が、第1の試料の取得位置と第2の試料の取得位置とが異なるように前記少なくとも2つの試料のそれぞれが取得された取得位置を含む、実施形態A1〜A25のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A27
Embodiments A1-A25 wherein the at least one different feature comprises an acquisition position at which each of the at least two samples was acquired such that an acquisition position of a first sample and an acquisition position of a second sample are different. A method according to any one of the preceding claims.

実施形態A28
前記少なくとも1つの共通の特徴が、第1の試料の試料源型と第2の試料の試料源型とが同一である試料源型を含む、実施形態A1〜A27のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A29
前記試料源型が、動物型、器官型、土壌型、水型、堆積物型、油型、植物型、農産物型、バルク土壌型、土壌根圏型、または植物部分型のうちの1つである、実施形態A28に記載の方法。
Embodiment A28
The method of any one of embodiments A1-A27, wherein the at least one common feature includes a sample source type in which the sample source type of the first sample and the sample source type of the second sample are the same. Method.
Embodiment A29
The sample source type is one of an animal type, an organ type, a soil type, a water type, a sediment type, an oil type, a plant type, an agricultural product type, a bulk soil type, a soil rhizosphere type, or a plant part type. The method of embodiment A28.

実施形態A30
前記少なくとも1つの共通の特徴が、前記少なくとも2つの試料のそれぞれが消化管 試料であることを含む、実施形態A1〜A27のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A30
The method of any one of embodiments A1-A27, wherein the at least one common feature comprises that each of the at least two samples is a gastrointestinal tract sample.

実施形態A31
前記少なくとも1つの共通の特徴が、動物試料源型を含むと共に、各試料が、追加の共通の特徴を有し、その結果、各試料が、組織試料、血液試料、歯試料、汗試料、爪試料、皮膚試料、毛髪試料、糞便試料、尿試料、精液試料、粘液試料、唾液試料、筋肉試料、脳試料、または器官試料である、実施形態A1〜A27のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A31
The at least one common feature includes an animal sample source type, and each sample has additional common features, such that each sample is a tissue sample, a blood sample, a tooth sample, a sweat sample, a nail. The method according to any one of embodiments A1-A27, which is a sample, skin sample, hair sample, fecal sample, urine sample, semen sample, mucus sample, saliva sample, muscle sample, brain sample, or organ sample.

実施形態A32
前記少なくとも1つの測定メタデータに基づいて標的から少なくとも1つの追加の試料を取得すること(前記標的に由来する前記少なくとも1つの追加の試料は、前記少なくとも2つの試料と少なくとも1つの共通の特徴を共有する)、ならびに前記標的に由来する前記少なくとも1つの追加の試料について、1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、前記1つまたは複数の微生物型のうちで検出されたそれぞれの微生物型の数を決定すること、特有の第1のマーカーの数及びその量を測定すること、前記それぞれの微生物型の数と前記第1のマーカーの数とを統合して、存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を得ること、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを測定して前記微生物株の活性レベルを決定すること、前記決定された活性によって前記絶対細胞数をフィルタリングすることで、前記標的に由来する前記少なくとも1つの追加の試料についての活性微生物株のリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、をさらに含む、実施形態A1〜A31のいずれか1つに記載の方法であって、前記少なくとも2つの群のそれぞれからの前記少なくとも1つの微生物株の選択が、前記標的に由来する前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数に基づくものであり、その結果、前記形成されるアンサンブルが、前記少なくとも1つのメタデータに対応する前記標的の特性を変えるように構成される、前記方法。
Embodiment A32
Obtaining at least one additional sample from the target based on the at least one measurement metadata (where the at least one additional sample from the target has at least one common characteristic with the at least two samples) Sharing), as well as detecting the presence of one or more microbial types for the at least one additional sample from the target, each microorganism detected in the one or more microbial types Determining the number of types, measuring the number and amount of unique first markers, integrating the number of each respective microbial type with the number of the first marker to determine each microorganism present Obtaining the absolute cell number of the strain, measuring at least one unique second marker for each microbial strain to determine the activity level of said microbial strain Determining a list of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for the at least one additional sample from the target by filtering the absolute cell number according to the determined activity. The method of any one of embodiments A1 to A31, further comprising the step of selecting the at least one microbial strain from each of the at least two groups, wherein the at least one microorganism strain is derived from the target. Based on the list of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for one additional sample, such that the formed ensemble alters the properties of the target corresponding to the at least one metadata The method as described above.

実施形態A33
前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての前記活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株と、の比較が、各試料における前記1つまたは複数の活性微生物株と、前記少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株と、の共出現を決定することを含む、実施形態A1〜A32のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A34
前記少なくとも1つの測定メタデータが、1つまたは複数のパラメータを含み、前記1つまたは複数のパラメータが、試料pH、試料温度、脂肪の存在量、タンパク質の存在量、糖質の存在量、ミネラルの存在量、ビタミンの存在量、天然物の存在量、特定の化合物の存在量、前記試料源の体重、前記試料源の飼料摂取量、前記試料源の体重増加、前記試料源の飼料効率、1つもしくは複数の病原体の存在もしくは不在、前記試料源の物理的な特徴(複数可)もしくは測定値(複数可)、前記試料源の産生特徴、またはそれらの組み合わせ、のうちの少なくとも1つである、実施形態A33に記載の方法。
実施形態A35
前記1つまたは複数のパラメータが、乳汁における乳清タンパク質の存在量、カゼインタンパク質の存在量、及び/または脂肪の存在量、のうちの少なくとも1つである、実施形態A34に記載の方法。
Embodiment A33
Comparing the filtered absolute cell count of the active microbial strain for each of the at least two samples with at least one measured metadata or additional active microbial strain for each of the at least two samples comprises: The embodiment of any one of embodiments Al to A32, comprising determining a co-occurrence of said one or more active microbial strains in said sample and said at least one measurement metadata or additional active microbial strain. the method of.
Embodiment A34
The at least one measurement metadata includes one or more parameters, wherein the one or more parameters are sample pH, sample temperature, fat abundance, protein abundance, carbohydrate abundance, mineral Abundance, vitamin abundance, natural product abundance, specific compound abundance, sample source weight, sample source feed intake, sample source weight gain, sample source feed efficiency, At least one of the presence or absence of one or more pathogens, the physical characteristic (s) or measurement (s) of the sample source, the production characteristics of the sample source, or a combination thereof. The method of embodiment A33.
Embodiment A35
The method of embodiment A34, wherein the one or more parameters are at least one of whey protein abundance, casein protein abundance, and / or fat abundance in milk.

実施形態A36
各試料における、前記1つまたは複数の活性微生物株と、前記少なくとも1つの測定メタデータと、の共出現の決定が、メタデータと微生物株との関連性を示すリンケージ、前記1つまたは複数の活性微生物株の絶対細胞数、ならびに前記1つまたは複数の特有の第2のマーカーの測定値、がまとまったマトリックスを創出して不均一微生物コミュニティ(複数可)の1つまたは複数のネットワークを示すことを含む、実施形態A33〜A35のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A37
前記少なくとも1つの測定メタデータが、第2の微生物株の存在、活性、及び/または量を含む、実施形態A36に記載の方法。
Embodiment A36
Determining, in each sample, the co-occurrence of the one or more active microbial strains and the at least one measurement metadata, the linkage indicating a relationship between the metadata and the microbial strain; The absolute cell number of the active microbial strain, as well as the measurement of the one or more unique second markers, creates a cohesive matrix to indicate one or more networks of the heterogeneous microbial community (s). The method of any one of embodiments A33 to A35, comprising:
Embodiment A37
The method of embodiment A36, wherein the at least one measurement metadata comprises the presence, activity, and / or amount of a second microorganism strain.

実施形態A38
前記1つまたは複数の活性微生物株と、前記少なくとも1つの測定メタデータと、の共出現を決定し、前記活性微生物株を分類することが、ネットワーク内のそれぞれの微生物株の連結度を測定するためのネットワーク解析及び/またはクラスター解析を含み、前記ネットワークが、共通の特徴、測定メタデータ、及び/または関連環境パラメータを共有する前記少なくとも2つの試料がまとまったものを示す、実施形態A33〜A37のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A39
前記少なくとも1つの測定メタデータが、第2の微生物株の存在、活性、及び/または量を含む、実施形態A38に記載の方法。
実施形態A40
前記ネットワーク解析及び/またはクラスター解析が、連鎖解析、モジュラリティ解析、頑健性測定、媒介性測定、連結度測定、推移性測定、中心性測定、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態A38または実施形態A39に記載の方法。
実施形態A41
前記クラスター解析が、連結度モデル、部分空間モデル、分布モデル、密度モデル、または重心モデルを構築するものを含む、実施形態A38〜A40のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A38
Determining the co-occurrence of the one or more active microbial strains and the at least one measurement metadata and classifying the active microbial strain measures the connectivity of each microbial strain in a network Embodiments A33-A37 comprising a network analysis and / or a cluster analysis for the at least two samples sharing a common characteristic, measurement metadata, and / or relevant environmental parameters. The method according to any one of the preceding claims.
Embodiment A39
The method of embodiment A38, wherein the at least one measurement metadata comprises the presence, activity, and / or amount of a second microorganism strain.
Embodiment A40
Embodiment A38 or the embodiment, wherein the network analysis and / or cluster analysis comprises linkage analysis, modularity analysis, robustness measurement, mediation measurement, connectivity measurement, transitivity measurement, centrality measurement, or a combination thereof. The method according to A39.
Embodiment A41
The method of any one of embodiments A38-A40, wherein the cluster analysis includes building a connectivity model, subspace model, distribution model, density model, or centroid model.

実施形態A42
前記ネットワーク解析が、リンクのマイニング及び予測、集団分類、リンクに基づくクラスタリング、関連類似度、またはそれらの組み合わせを介するネットワークの予測モデリングを含む、実施形態A38または実施形態A39に記載の方法。
実施形態A43
前記ネットワーク解析が、微分方程式に基づく集団のモデリングを含む、実施形態A38または実施形態3A9に記載の方法。
実施形態A44
前記ネットワーク解析が、Lotka−Volterraモデリングを含む、実施形態A43に記載の方法。
実施形態A45
前記クラスター解析が、ヒューリスティックな方法である、実施形態A38または実施形態A39に記載の方法。
実施形態A46
前記ヒューリスティックな方法が、Louvain法である、実施形態A45に記載の方法。
Embodiment A42
The method of embodiment A38 or A39, wherein the network analysis comprises predictive modeling of the network via link mining and prediction, population classification, link-based clustering, related similarity, or a combination thereof.
Embodiment A43
The method of embodiment A38 or embodiment 3A9, wherein the network analysis includes population modeling based on differential equations.
Embodiment A44
The method of embodiment A43, wherein the network analysis comprises Lotka-Volterra modeling.
Embodiment A45
The method of embodiment A38 or embodiment A39, wherein the cluster analysis is a heuristic method.
Embodiment A46
The method of embodiment A45, wherein the heuristic method is the Louvain method.

実施形態A47
前記ネットワーク解析が、変数間の連結度を確立するためのノンパラメトリック法を含む、実施形態A38または実施形態A39に記載の方法。
実施形態A48
前記ネットワーク解析が、連結度を確立するための、変数間の相互情報量及び/または最大情報係数の計算を含む、実施形態A38または実施形態A39に記載の方法。
Embodiment A47
The method of embodiment A38 or A39, wherein the network analysis comprises a non-parametric method for establishing connectivity between variables.
Embodiment A48
The method of embodiment A38 or embodiment A39, wherein the network analysis includes calculating mutual information between variables and / or a maximum information coefficient to establish connectivity.

実施形態A49
環境の特性または特徴を変えるように構成された活性微生物株のアンサンブルを2つ以上の試料セットに基づいて形成するための方法であって、前記2つ以上の試料セットが、前記2つ以上の試料セットの間で少なくとも1つの共通または関連する環境パラメータを共有し、かつ前記2つ以上の試料セットの間で少なくとも1つの異なる環境パラメータを有するものであり、各試料セットが、不均一微生物コミュニティを含む少なくとも1つの試料を含み、前記1つまたは複数の微生物株が、1つまたは複数の生物型の亜分類群であり、前記方法が、各試料における複数の微生物型の存在を検出すること、各試料において検出された微生物型のそれぞれの絶対細胞数を決定すること、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーは、微生物株のマーカーである)、タンパク質レベルまたはRNAレベルで1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルを測定すること(特有の第2のマーカーは、微生物株の活性のマーカーである)、前記1つまたは複数の特有の第2のマーカーの特定した閾値を上回る発現レベルに基づいて、各試料について前記検出された微生物株の活性を決定すること、前記1つまたは複数の第1のマーカーの量と、前記1つまたは複数の微生物株が亜分類群となる由来元の前記微生物型の絶対細胞数と、に基づいて、各試料における検出されたそれぞれの活性微生物株の絶対細胞数を計算すること(前記1つまたは複数の活性微生物株は、前記特有の第2のマーカーを、前記特定した閾値を上回って発現する)、前記試料における前記活性微生物株と、少なくとも1つの環境パラメータまたは追加の活性微生物株と、の共出現を、ネットワーク内のそれぞれの微生物株の連結度を測定するための最大情報係数ネットワーク解析に基づいて決定すること(前記ネットワークは、前記少なくとも2つ以上の試料セットが少なくとも1つの共通または関連する環境パラメータと共にまとまったものである)、前記ネットワーク解析に基づいて前記1つまたは複数の活性微生物株から複数の活性微生物株を選択すること、ならびに前記選択された複数の活性微生物株から活性微生物株のアンサンブルを形成させること(前記活性微生物株のアンサンブルは、前記活性微生物株のアンサンブルが環境に導入されたときに前記環境の特性または特徴を選択的に変えるように構成される)、を含む、前記方法。
Embodiment A49
A method for forming an ensemble of active microbial strains configured to alter environmental characteristics or characteristics based on two or more sample sets, wherein the two or more sample sets comprise the two or more sample sets. Sharing at least one common or related environmental parameter between the sample sets and having at least one different environmental parameter between the two or more sample sets, each sample set comprising a heterogeneous microbial community. Wherein the one or more microbial strains are a sub-taxon of one or more biotypes, and wherein the method detects the presence of a plurality of microbial types in each sample. Determining the absolute cell number of each of the microbial types detected in each sample, measuring the number and amount of unique first markers in each sample. Doing (the unique first marker is a marker of a microbial strain), measuring the expression level of one or more unique second markers at the protein or RNA level (the unique second marker) Is a marker of the activity of the microorganism strain), determines the activity of the detected microorganism strain for each sample based on the expression level of the one or more unique second markers above a specified threshold. Detecting in each sample based on the amount of the one or more first markers and the absolute cell number of the microbial type from which the one or more microbial strains are a sub-taxon Calculating the absolute cell count of each active microbial strain identified (where said one or more active microbial strains express said unique second marker above said specified threshold) ), Co-occurrence of said active microbial strain in said sample with at least one environmental parameter or additional active microbial strain is determined by a maximum information coefficient network analysis to determine the connectivity of each microbial strain in the network (Wherein said network is a collection of said at least two or more sample sets together with at least one common or related environmental parameter), said one or more activities based on said network analysis Selecting a plurality of active microbial strains from the microbial strains, and forming an ensemble of active microbial strains from the selected plurality of active microbial strains. Selectively introduces the characteristics or characteristics of the environment when introduced Configured to change).

実施形態A50
前記少なくとも1つの環境パラメータが、第2の微生物株の存在、活性、及び/または量を含む、実施形態A49に記載の方法。
実施形態A51
第1の試料セットについての少なくとも1つの共通または関連する環境因子の少なくとも1つの測定識別指標が、第2の試料セットについての前記少なくとも1つの共通または関連する環境因子の測定識別指標とは異なる、実施形態A49または実施形態A50に記載の方法。
Embodiment A50
The method of embodiment A49, wherein the at least one environmental parameter comprises the presence, activity, and / or amount of a second microorganism strain.
Embodiment A51
At least one measurement indicator of at least one common or related environmental factor for a first sample set is different from the measurement indicator of the at least one common or related environmental factor for a second sample set; The method according to embodiment A49 or embodiment A50.

実施形態A52
各試料セットが、複数の試料を含み、試料セット内の各試料についての少なくとも1つの共通または関連する環境因子の測定識別指標が、実質的に同様であり、1つの試料セットについての平均測定識別指標が、別の試料セットに由来する前記平均測定識別指標と異なる、実施形態A49または実施形態A50に記載の方法。
実施形態A53
各試料セットが、複数の試料を含み、第1の試料セットが、第1の集団から取得され、第2の試料セットが、第2の集団から取得される、実施形態A49または実施形態A50に記載の方法。
実施形態A54
各試料セットが、複数の試料を含み、第1の試料セットが、第1の時点で第1の集団から取得され、第2の試料セットが、前記第1の時点とは異なる第2の時点で前記第1の集団から取得される、実施形態A49または実施形態A50に記載の方法。
実施形態A55
少なくとも1つの共通または関連する環境因子が、栄養素情報を含む、実施形態A49〜A54のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A52
Each sample set includes a plurality of samples, and the measurement identifiers of at least one common or related environmental factor for each sample in the sample set are substantially similar, and the average measurement identification for one sample set The method of embodiment A49 or embodiment A50, wherein the indicator is different from the average measurement identification indicator from another sample set.
Embodiment A53
Embodiment A49 or Embodiment A50 wherein each sample set comprises a plurality of samples, a first sample set is obtained from a first population, and a second sample set is obtained from a second population. The described method.
Embodiment A54
Each sample set includes a plurality of samples, a first sample set is obtained from a first population at a first time point, and a second sample set is a second time point different from the first time point. The method of embodiment A49 or embodiment A50, wherein the method is obtained from the first population at
Embodiment A55
The method of any one of embodiments A49-A54, wherein the at least one common or related environmental factor comprises nutrient information.

実施形態A56
少なくとも1つの共通または関連する環境因子が、食物情報を含む、実施形態A49〜A54のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A57
少なくとも1つの共通または関連する環境因子が、動物特徴を含む、実施形態A49〜A54のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A58
少なくとも1つの共通または関連する環境因子が、感染情報または健康状態を含む、実施形態A49〜A54のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A56
The method of any one of embodiments A49-A54, wherein the at least one common or related environmental factor comprises food information.
Embodiment A57
The method of any one of embodiments A49-A54, wherein the at least one common or related environmental factor comprises an animal characteristic.
Embodiment A58
The method of any one of embodiments A49-A54, wherein the at least one common or related environmental factor comprises infection information or health status.

実施形態A59
少なくとも1つの測定識別指標が、試料pH、試料温度、脂肪の存在量、タンパク質の存在量、糖質の存在量、ミネラルの存在量、ビタミンの存在量、天然物の存在量、特定の化合物の存在量、前記試料源の体重、前記試料源の飼料摂取量、前記試料源の体重増加、前記試料源の飼料効率、1つもしくは複数の病原体の存在もしくは不在、前記試料源の物理的な特徴(複数可)もしくは測定値(複数可)、前記試料源の産生特徴、またはそれらの組み合わせである、実施形態A51に記載の方法。
Embodiment A59
The at least one measurement discriminator is a sample pH, a sample temperature, a fat abundance, a protein abundance, a carbohydrate abundance, a mineral abundance, a vitamin abundance, a natural abundance, a specific compound abundance. Abundance, weight of the sample source, feed intake of the sample source, weight gain of the sample source, feed efficiency of the sample source, presence or absence of one or more pathogens, physical characteristics of the sample source The method of embodiment A51, wherein the method (s) or measurement (s), production characteristics of the sample source, or a combination thereof.

実施形態A60
前記少なくとも1つのパラメータが、乳汁における乳清タンパク質の存在量、カゼインタンパク質の存在量、及び/または脂肪の存在量、のうちの少なくとも1つである、実施形態A49または実施形態A50に記載の方法。
実施形態A61
各試料における前記特有の第1のマーカーの数の測定が、特有のゲノムDNAマーカーの数を測定することを含む、実施形態A49〜A60のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A62
前記試料における前記特有の第1のマーカーの数の測定が、特有のRNAマーカーの数を測定することを含む、実施形態A49〜A60のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A63
前記試料における前記特有の第1のマーカーの数の測定が、特有のタンパク質マーカーの数を測定することを含む、実施形態A49〜A60のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A60
The method of embodiment A49 or embodiment A50, wherein the at least one parameter is at least one of whey protein abundance, casein protein abundance, and / or fat abundance in milk. .
Embodiment A61
The method of any one of embodiments A49-A60, wherein measuring the number of the unique first marker in each sample comprises measuring the number of unique genomic DNA markers.
Embodiment A62
The method of any one of embodiments A49-A60, wherein measuring the number of the unique first marker in the sample comprises measuring the number of unique RNA markers.
Embodiment A63
The method of any one of embodiments A49-A60, wherein measuring the number of the unique first marker in the sample comprises measuring the number of unique protein markers.

実施形態A64
前記複数の微生物型が、1つまたは複数の細菌、古細菌、真菌、原生動物、植物、他の真核生物、ウイルス、ウイロイド、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態A49〜A63のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A65
各試料における前記微生物型のそれぞれの絶対細胞数の決定が、前記試料またはその一部をシークエンシング、遠心分離、光学顕微鏡法、蛍光顕微鏡法、染色、質量分析、マイクロフルイディクス、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、ゲル電気泳動、及び/またはフローサイトメトリーに供すことを含む、実施形態A49〜A64のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A66
1つまたは複数の活性微生物株が、1つまたは複数の細菌、古細菌、真菌、原生動物、植物、他の真核生物、ウイルス、ウイロイド、またはそれらの組み合わせから選択される1つまたは複数の微生物型の亜分類群である、実施形態A49〜A65のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A64
Any one of embodiments A49-A63 wherein the plurality of microbial types comprises one or more bacteria, archaebacteria, fungi, protozoa, plants, other eukaryotes, viruses, viroids, or combinations thereof. The method described in one.
Embodiment A65
Determining the absolute cell number of each of the microbial types in each sample comprises sequencing, centrifuging, light microscopy, fluorescence microscopy, staining, mass spectrometry, microfluidics, quantitative polymerase chain The method of any one of embodiments A49-A64, comprising subjecting to a reaction (qPCR), gel electrophoresis, and / or flow cytometry.
Embodiment A66
The one or more active microorganism strains are one or more selected from one or more bacteria, archaea, fungi, protozoa, plants, other eukaryotes, viruses, viroids, or combinations thereof. The method of any one of embodiments A49-A65, which is a sub-taxon of a microbial type.

実施形態A67
1つまたは複数の活性微生物株が、1つまたは複数の細菌株、古細菌株、真菌株、原生動物株、植物株、他の真核生物株、ウイルス株、ウイロイド株、またはそれらの組み合わせである、実施形態A49〜A65のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A68
1つまたは複数の活性微生物株が、1つまたは複数の真菌種、真菌亜種、細菌種、及び/または細菌亜種である、実施形態A49〜A67のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A69
少なくとも1つの特有の第1のマーカーが、5Sリボソームサブユニット遺伝子、16Sリボソームサブユニット遺伝子、23Sリボソームサブユニット遺伝子、5.8Sリボソームサブユニット遺伝子、18Sリボソームサブユニット遺伝子、28Sリボソームサブユニット遺伝子、チトクロムc酸化酵素サブユニット遺伝子、ベータ−チューブリン遺伝子、伸長因子遺伝子、RNAポリメラーゼサブユニット遺伝子、内部転写スペーサー(ITS)、またはそれらの組み合わせを含む系統発生学的マーカーを含む、実施形態A49〜A68のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A67
The one or more active microbial strains are one or more bacterial, archaeal, fungal, protozoan, plant, other eukaryotic, viral, viroid, or a combination thereof. The method of any one of embodiments A49-A65.
Embodiment A68
The method of any one of embodiments A49-A67, wherein the one or more active microbial strains is one or more fungal species, fungal subspecies, bacterial species, and / or bacterial subspecies.
Embodiment A69
The at least one unique first marker is a 5S ribosomal subunit gene, 16S ribosomal subunit gene, 23S ribosomal subunit gene, 5.8S ribosomal subunit gene, 18S ribosomal subunit gene, 28S ribosomal subunit gene, cytochrome Embodiments A49-A68 comprising a phylogenetic marker comprising a c-oxidase subunit gene, a beta-tubulin gene, an elongation factor gene, an RNA polymerase subunit gene, an internal transcribed spacer (ITS), or a combination thereof. A method according to any one of the preceding claims.

実施形態A70
前記特有の第1のマーカーの数及びその量の測定が、各試料に由来するゲノムDNAをハイスループットシークエンシング反応に供すことを含む、実施形態A49または実施形態A50に記載の方法。
実施形態A71
前記特有の第1のマーカーの数及びその量の測定が、各試料に由来するゲノムDNAをメタゲノムシークエンシングに供すことを含む、実施形態A49または実施形態A50に記載の方法。
実施形態A72
特有の第1のマーカーが、mRNAマーカー、siRNAマーカー、またはリボソームRNAマーカーを含む、実施形態A49または実施形態A50に記載の方法。
実施形態A73
特有の第1のマーカーが、シグマ因子、転写因子、ヌクレオシド関連タンパク質、代謝酵素、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態A49または実施形態A50に記載の方法。
Embodiment A70
The method of embodiment A49 or embodiment A50, wherein measuring the number and amount of the unique first markers comprises subjecting genomic DNA from each sample to a high-throughput sequencing reaction.
Embodiment A71
The method of embodiment A49 or embodiment A50, wherein measuring the number and amount of the unique first markers comprises subjecting genomic DNA from each sample to metagenomic sequencing.
Embodiment A72
The method of embodiment A49 or embodiment A50, wherein the unique first marker comprises an mRNA marker, an siRNA marker, or a ribosomal RNA marker.
Embodiment A73
The method of embodiment A49 or A50, wherein the unique first marker comprises a sigma factor, a transcription factor, a nucleoside-related protein, a metabolic enzyme, or a combination thereof.

実施形態A74
前記1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルの測定が、前記試料におけるmRNAを遺伝子発現解析に供すことを含む、実施形態A49〜A73のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A75
前記遺伝子発現解析が、シークエンシング反応を含む、実施形態A74に記載の方法。
実施形態A76
前記遺伝子発現解析が、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、メタトランスクリプトームシークエンシング、及び/またはトランスクリプトームシークエンシングを含む、実施形態A74に記載の方法。
Embodiment A74
The method of any one of embodiments A49-A73, wherein measuring the expression level of the one or more unique second markers comprises subjecting the mRNA in the sample to gene expression analysis.
Embodiment A75
The method of embodiment A74, wherein the gene expression analysis comprises a sequencing reaction.
Embodiment A76
The method of embodiment A74, wherein the gene expression analysis comprises quantitative polymerase chain reaction (qPCR), meta-transcriptome sequencing, and / or transcriptome sequencing.

実施形態A77
前記1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルの測定が、各試料またはその一部を質量分析に供すことを含む、実施形態A49〜A68及び実施形態A74〜A76のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A78
前記1つまたは複数の特有の第2のマーカーの発現レベルの測定が、前記試料またはその一部をメタリボソームプロファイリング及び/またはリボソームプロファイリングに供すことを含む、実施形態A49〜A68及び実施形態A74〜A76のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A77
Any one of Embodiments A49-A68 and A74-A76 wherein measuring the expression level of the one or more unique second markers comprises subjecting each sample or a portion thereof to mass spectrometry. The method described in.
Embodiment A78
Embodiments A49-A68 and A74-E wherein measuring the expression level of the one or more unique second markers comprises subjecting the sample or a portion thereof to metaribosome profiling and / or ribosome profiling. The method of any one of A76.

実施形態A79
前記試料の取得源の型が、動物、土壌、空気、塩水、淡水、廃水汚泥、堆積物、油、植物、農産物、バルク土壌、土壌根圏、植物部分、野菜、極限環境、またはそれらの組み合わせ、のうちの1つである、実施形態A49〜A78のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A79
The type of source of the sample is animal, soil, air, saline, freshwater, wastewater sludge, sediment, oil, plant, agricultural product, bulk soil, soil rhizosphere, plant part, vegetable, extreme environment, or a combination thereof. The method of any one of embodiments A49-A78, wherein the method is one of:

実施形態A80
各試料が、消化管試料である、実施形態A49〜A78のいずれか1つに記載の方法。
実施形態A81
各試料が、組織試料、血液試料、歯試料、汗試料、爪試料、皮膚試料、毛髪試料、糞便試料、尿試料、精液試料、粘液試料、唾液試料、筋肉試料、脳試料、または器官試料のうちの1つである、実施形態A49〜A78のいずれか1つに記載の方法。
Embodiment A80
The method of any one of embodiments A49-A78, wherein each sample is a gastrointestinal tract sample.
Embodiment A81
Each sample is a tissue sample, blood sample, tooth sample, sweat sample, nail sample, skin sample, hair sample, fecal sample, urine sample, semen sample, mucus sample, saliva sample, muscle sample, brain sample, or organ sample. The method of any one of embodiments A49-A78, one of which.

実施形態A82
プロセッサによって実施される方法であって、前記方法が、少なくとも1つの共通の特徴を共有し、かつ少なくとも1つの異なる特徴を有する少なくとも2つの試料から試料データを受け取ること、各試料について各試料における1つまたは複数の微生物型の存在を決定すること、前記1つまたは複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の数を決定すること、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量を決定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、微生物株のマーカーである)、前記それぞれの微生物型の数と前記第1のマーカーの数とを、プロセッサを介して統合して、各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を得ること、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーの特定した閾値を上回る測定値に基づいて各試料におけるそれぞれの微生物株の活性レベルを決定すること(微生物株は、前記株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーの測定値が対応閾値を上回るであれば、活性であると同定する)、前記決定された活性によって前記それぞれの微生物株の絶対細胞数をフィルタリングすることで、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株と共に、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての前記活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数のネットワーク解析を、少なくとも1つのプロセッサを介して実施すること(前記ネットワーク解析は、それぞれの活性微生物株と他のあらゆる活性微生物株との間の最大情報係数スコアを決定すること、及びそれぞれの活性微生物株とそれぞれの少なくとも1つの測定メタデータまたは追加の活性微生物株の間の最大情報係数スコアを決定することを含む)、予測される機能及び/または化学に基づいて前記活性微生物株を分類すること、前記分類に基づいて複数の活性微生物株を同定すること、ならびに前記同定された複数の活性微生物株を出力すること、を含む、前記方法。
Embodiment A82
A method performed by a processor, the method comprising: receiving sample data from at least two samples sharing at least one common characteristic and having at least one different characteristic; Determining the presence of one or more microbial types, determining the number of each of the one or more microbial types detected in each sample, a unique first marker in each sample Determining the number and the amount of each (each unique first marker is a marker of a microorganism strain), integrating the number of said respective microorganism type and the number of said first marker via a processor Obtaining the absolute cell number of each microbial strain present in each sample, and determining at least one unique Determining the level of activity of the respective microbial strain in each sample based on the measured values of the markers above the specified threshold (the microbial strain is characterized in that the measured value of at least one unique second marker for said strain is a corresponding threshold) If more than, identify as active), filtering the absolute cell number of said respective microbial strain according to said determined activity, to obtain a list of active microbial strains for each of said at least two samples; Obtaining its respective absolute cell number, the filtered of the active microbial strain for each of the at least two samples, together with at least one measurement metadata or additional active microbial strain for each of the at least two samples. Network analysis of absolute cell numbers is performed by at least one process. (The network analysis determines a maximum information coefficient score between each active microbial strain and any other active microbial strain, and at least one of each active microbial strain and each Determining the maximum information coefficient score between the measured metadata or additional active microbial strains), classifying said active microbial strains based on expected function and / or chemistry, Identifying the active microorganism strain of the above, and outputting the plurality of identified active microorganism strains.

実施形態A83
標的に適用されると、前記少なくとも1つの測定メタデータに対応する特性を変えるように構成された活性微生物アンサンブルを構築することをさらに含む、実施形態A82に記載の、プロセッサによって実施される方法。
実施形態A84
前記出力された複数の活性微生物株が、活性微生物アンサンブルの構築に使用され、前記活性微生物アンサンブルが、標的に適用されると、前記少なくとも1つの測定メタデータに対応する特性を変えるように構成される、実施形態A82に記載の、プロセッサによって実施される方法。
実施形態A85
前記出力された複数の同定活性微生物株に基づいて少なくとも1つの病原体を同定することをさらに含む、実施形態A82に記載の、プロセッサによって実施される方法。
実施形態A86
前記出力された複数の活性微生物株が、活性微生物アンサンブルの構築にさらに使用され、前記活性微生物アンサンブルが、標的に適用されると、前記少なくとも1つの同定病原体を標的とし、前記少なくとも1つの同定病原体と関連する症状を治療及び/または予防するように構成される、実施形態A82〜A85のいずれか1つに記載の、プロセッサによって実施される方法。
Embodiment A83
The method performed by the processor of embodiment A82, further comprising constructing an active microbial ensemble configured to change a property corresponding to the at least one measurement metadata when applied to the target.
Embodiment A84
The output plurality of active microbial strains is used to construct an active microbial ensemble, and the active microbial ensemble is configured to change a property corresponding to the at least one measurement metadata when applied to a target. The method performed by the processor of embodiment A82, wherein the method is performed.
Embodiment A85
The method performed by the processor of embodiment A82, further comprising identifying at least one pathogen based on the output plurality of identified active microorganism strains.
Embodiment A86
The output plurality of active microbial strains is further used in the construction of an active microbial ensemble, wherein the active microbial ensemble, when applied to a target, targets the at least one identified pathogen and the at least one identified pathogen The method performed by a processor according to any one of embodiments A82-A85, configured to treat and / or prevent a condition associated with.

実施形態A87
標的生物学的環境の特性を変えるように構成された活性微生物株の活性微生物バイオアンサンブルの形成方法であって、前記方法が、少なくとも1つの共通の特徴を共有し、かつ少なくとも1つの異なる特徴を有する少なくとも2つの試料を取得すること、各試料について、各試料における1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、前記1つまたは複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の数を決定すること、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、微生物株のマーカーである)、前記それぞれの微生物型の数と前記第1のマーカーの数とを統合して、各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を得ること、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを、特定した閾値に基づいて測定して各試料における前記微生物株の活性レベルを決定すること、前記決定された活性によって前記絶対細胞数をフィルタリングすることで、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての前記活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての少なくとも1つの測定メタデータと、を比較すること(前記比較は、各試料における前記活性微生物株と、前記少なくとも1つの測定メタデータと、の共出現を決定することを含み、各試料における、前記活性微生物株と、前記少なくとも1つの測定メタデータと、の共出現の決定は、メタデータと微生物株との関連性を示すリンケージ、前記活性微生物株の絶対細胞数、ならびに前記特有の第2のマーカーの測定値、がまとまったマトリックスを創出して1つまたは複数の不均一微生物コミュニティネットワークを示すことを含む)、活性な不均一微生物コミュニティネットワーク内のそれぞれの活性微生物株と測定メタデータとの連結度を明らかにするノンパラメトリックネットワーク解析及びクラスター解析のうちの少なくとも1つに基づいて予測される機能及び/または化学に従って前記活性微生物株を少なくとも2つの群に群化すること、前記少なくとも2つの群のそれぞれから少なくとも1つの微生物株を選択すること、ならびに前記選択された微生物株を組み合わせ、担体媒体と一緒にして活性微生物のバイオアンサンブルを形成させること(前記バイオアンサンブルは、前記バイオアンサンブルが標的生物学的環境に導入されると前記標的生物学的環境の前記少なくとも1つのメタデータに対応する特性を変えるように構成される)、を含む、前記方法。
Embodiment A87
A method of forming an active microbial bioensemble of an active microbial strain configured to alter the properties of a target biological environment, said method sharing at least one common characteristic and at least one different characteristic Obtaining at least two samples having, detecting, for each sample, the presence of one or more microbial types in each sample, detecting each of the one or more microbial types detected in each sample. Determining the number of microbial types, measuring the number and amount of unique first markers in each sample (each unique first marker is a marker of a microbial strain); Integrating the number of the first marker with the number of the first marker to obtain the absolute cell number of each microorganism strain present in each sample; Measuring at least one unique second marker based on the identified threshold to determine the level of activity of the microorganism strain in each sample, and filtering the absolute cell number according to the determined activity. Obtaining a list of active microbial strains for each of said at least two samples and their respective absolute cell counts; a filtered absolute cell count of said active microbial strains for each of said at least two samples; Comparing at least one measurement metadata for each of the two samples, wherein the comparing determines a co-occurrence of the active microbial strain and the at least one measurement metadata in each sample. Comprising, in each sample, the active microorganism strain and the at least one The determination of co-occurrence with the constant metadata is a matrix comprising a linkage indicating the association of the metadata with the microbial strain, the absolute cell number of the active microbial strain, and the measurements of the unique second marker. Creating one or more heterogeneous microbial community networks), and determining the connectivity of each active microbial strain within the active heterogeneous microbial community network with the measured metadata Grouping said active microbial strains into at least two groups according to functions and / or chemistry predicted based on at least one of analysis and cluster analysis, at least one microbial strain from each of said at least two groups And combining the selected microorganism strain with a carrier Forming a bio-ensemble of active microorganisms with the medium, wherein the bio-ensemble corresponds to the at least one metadata of the target biological environment when the bio-ensemble is introduced into the target biological environment Configured to change properties).

実施形態A88
前記少なくとも1つの測定メタデータに基づいて少なくとも1つの追加の試料を取得すること(前記少なくとも1つの追加の試料は、前記少なくとも2つの試料と少なくとも1つの特徴を共有する)、ならびに前記少なくとも1つの追加の試料について、1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、前記1つまたは複数の微生物型のうちで検出されたそれぞれの微生物型の数を決定すること、特有の第1のマーカーの数及びその量を測定すること、前記それぞれの微生物型の数と前記第1のマーカーの数とを統合して、存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を得ること、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを測定して前記微生物株の活性レベルを決定すること、前記決定された活性によって前記絶対細胞数をフィルタリングすることで、前記少なくとも1つの追加の試料についての活性微生物株のリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、をさらに含む、実施形態A87に記載の方法であって、前記活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数の比較が、前記少なくとも1つの測定メタデータと共に、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての前記活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、を比較することを含み、その結果、前記活性微生物株の選択が、前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数に少なくとも部分的に基づくものとなる、前記方法。
Embodiment A88
Obtaining at least one additional sample based on the at least one measurement metadata (the at least one additional sample shares at least one characteristic with the at least two samples); and Detecting, for an additional sample, the presence of one or more microbial types, determining the number of each microbial type detected among the one or more microbial types, a unique first marker Measuring the number and amount of said, integrating said respective number of microbial types and said number of said first marker to obtain the absolute cell number of each microbial strain present, for each microbial strain Measuring at least one unique second marker to determine the level of activity of the microbial strain; The method of embodiment A87, further comprising filtering the cell number to obtain a list of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for the at least one additional sample. The comparison of the filtered absolute cell number of the microbial strain, together with the at least one measurement metadata, includes the filtered absolute cell number of the active microbial strain for each of the at least two samples, and the at least one additional Comparing the filtered active microbial cell number of the active microbial strain for a sample, such that the selection of the active microbial strain comprises the list of active microbial strains for the at least one additional sample; Said at least partially based on their respective absolute cell numbers, Law.

実施形態A89
生物学的環境の特性を変えるように構成された活性微生物株の合成アンサンブルを形成するための方法であって、前記方法が、複数の環境パラメータをそれぞれが有する2つ以上の試料セットに基づいており、前記複数の環境パラメータの少なくとも1つのパラメータが、前記2つ以上の試料セットの間で同様の共通環境パラメータであり、少なくとも1つの環境パラメータが、前記2つ以上の試料セットのそれぞれの間で異なる別の環境パラメータであり、各試料セットが、生物学的試料源から取得された不均一微生物コミュニティを含む少なくとも1つの試料を含み、前記活性微生物株の少なくとも1つが、1つまたは複数の生物型の亜分類群であり、前記方法が、各試料における複数の微生物型の存在を検出すること、各試料において検出された微生物型のそれぞれの絶対細胞数を決定すること、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーは、微生物株のマーカーである)、1つまたは複数の特有のRNAマーカーの発現レベルを測定すること(特有のRNAマーカーは、微生物株の活性のマーカーである)、前記1つまたは複数の特有のRNAマーカーの特定した閾値を上回る発現レベルに基づいて、各試料について前記検出された微生物株のそれぞれの活性を決定すること、前記1つまたは複数の第1のマーカーの量と、前記1つまたは複数の微生物株が亜分類群となる由来元の前記微生物型の絶対細胞数と、に基づいて、各試料における検出されたそれぞれの活性微生物株の絶対細胞数を計算すること(前記1つまたは複数の活性微生物株は、1つまたは複数の特有のRNAマーカーを、前記特定した閾値を上回って発現する)、前記2つ以上の試料セットの前記活性微生物株を解析すること(前記解析は、前記2つ以上の試料セットのそれぞれの前記活性微生物株のそれぞれと、前記少なくとも1つの共通環境パラメータと、前記少なくとも1つの異なる環境パラメータと、のノンパラメトリックネットワーク解析を実施することを含み、前記ノンパラメトリックネットワーク解析は、(1)それぞれの活性微生物株と他のあらゆる活性微生物株との間の最大情報係数スコアを決定すること、ならびに(2)それぞれの活性微生物株と前記少なくとも1つの異なる環境パラメータとの間の最大情報係数スコアを決定することを含む)、前記ノンパラメトリックネットワーク解析に基づいて前記1つまたは複数の活性微生物株から複数の活性微生物株を選択すること、ならびに前記選択された複数の活性微生物株及び微生物担体媒体を含む活性微生物株の合成アンサンブルを形成させること(前記活性微生物株のアンサンブルは、前記活性微生物株の合成アンサンブルが生物学的環境に導入されると、前記生物学的環境の特性を選択的に変えるように構成される)、を含む、前記方法。
Embodiment A89
A method for forming a synthetic ensemble of active microbial strains configured to alter the properties of a biological environment, the method comprising the steps of: Wherein at least one of the plurality of environmental parameters is a similar common environmental parameter between the two or more sample sets, and at least one environmental parameter is between each of the two or more sample sets. Wherein each set of samples comprises at least one sample comprising a heterogeneous microbial community obtained from a biological sample source, wherein at least one of said active microbial strains comprises one or more A sub-taxon of a biotype, wherein said method detects the presence of a plurality of microbial types in each sample; Determining the absolute cell number of each of the issued microbial types, measuring the number and amount of unique first markers in each sample (the unique first markers are markers of the microorganism strain) Measuring the expression level of one or more unique RNA markers (the unique RNA marker is a marker of the activity of the microbial strain) above a specified threshold of said one or more unique RNA markers Determining the activity of each of the detected microbial strains for each sample based on the expression level; determining the amount of the one or more first markers; Calculating the absolute cell count of each active microbial strain detected in each sample based on the absolute cell count of the microbial type of origin from Analyzing the active microorganism strains of the two or more sample sets, wherein the plurality of active microorganism strains express one or more unique RNA markers above the specified threshold; Performing a non-parametric network analysis of each of the active microbial strains of each of the two or more sample sets, the at least one common environmental parameter, and the at least one different environmental parameter; The parametric network analysis comprises: (1) determining a maximum information coefficient score between each active microbial strain and any other active microbial strain; and (2) each active microbial strain and the at least one different environmental parameter. Determining the maximum information coefficient score between the non-parametric Selecting a plurality of active microbial strains from the one or more active microbial strains based on network analysis and forming a synthetic ensemble of active microbial strains comprising the selected plurality of active microbial strains and a microbial carrier medium (The ensemble of the active microbial strain is configured to selectively alter the properties of the biological environment when the synthetic ensemble of the active microbial strain is introduced into the biological environment). , Said method.

実施形態A90
標的生物学的環境の特性を変えるように構成された活性微生物バイオアンサンブルの形成方法であって、前記方法が、少なくとも1つの共通環境パラメータを共有し、かつ少なくとも1つの異なる環境パラメータを有する少なくとも2つの試料を取得すること、各試料について、各試料における1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、前記1つまたは複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の数を決定すること、各試料における特有の第1のマーカーの数及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、前記検出されたそれぞれの微生物型の数と、前記微生物型に対応または関連する特有の第1のマーカーの比例数/相対数と、に基づいて、各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を決定すること、それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを、特定した閾値に基づいて測定して各試料における前記微生物株の活性レベルを決定すること、前記決定された活性によって前記それぞれの微生物株の絶対細胞数をフィルタリングすることで、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のリスト及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての前記活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての少なくとも1つの測定メタデータと、を比較すること(前記比較は、各試料における前記活性微生物株と、前記少なくとも1つの測定メタデータと、の共出現を決定することを含み、各試料における、前記活性微生物株と、前記少なくとも1つの測定メタデータと、の共出現の決定は、メタデータと微生物株との関連性を示すリンケージ、前記活性微生物株の絶対細胞数、ならびに前記特有の第2のマーカーの測定値、がまとまったマトリックスを創出して1つまたは複数の不均一微生物コミュニティネットワークを示すことを含む)、活性な不均一微生物コミュニティネットワーク内のそれぞれの活性微生物株と測定メタデータとの連結度を明らかにするノンパラメトリックネットワーク解析及びクラスター解析のうちの少なくとも1つに基づいて予測される機能及び/または化学に従って前記活性微生物株を少なくとも2つの群に群化すること、前記少なくとも2つの群のそれぞれから少なくとも1つの微生物株を選択すること、前記選択された微生物株を組み合わせ、担体媒体と一緒にして活性微生物の合成バイオアンサンブルを形成させること(前記合成バイオアンサンブルは、前記バイオアンサンブルを標的生物学的環境に導入すると、前記標的生物学的環境の前記少なくとも1つのメタデータに対応する特性を変えるように構成される)、を含む、前記方法。
Embodiment A90
A method of forming an active microbial bioensemble configured to alter the properties of a target biological environment, said method sharing at least one common environmental parameter and having at least one different environmental parameter. Obtaining one sample, for each sample, detecting the presence of one or more microbial types in each sample, and for each microbial type detected in each sample among the one or more microbial types. Determining a number, measuring the number and amount of a unique first marker in each sample (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected); Based on the number of each microorganism type and the proportional / relative number of unique first markers corresponding to or associated with said microorganism type. Determining the absolute cell number of each microorganism strain present in each sample, measuring at least one unique second marker for each microorganism strain based on a specified threshold, Determining a level of activity of the strain, filtering the absolute cell number of the respective microbial strain by the determined activity, thereby listing a list of active microbial strains and the respective absolute cells for each of the at least two samples. Obtaining a number, comparing the filtered absolute cell number of the active microbial strain for each of the at least two samples with at least one measurement metadata for each of the at least two samples (the The comparison comprises comparing the active microorganism strain in each sample with the at least one Determining the co-occurrence of the active microorganism strain and the at least one measured metadata in each sample, wherein determining the co-occurrence of the metadata and the microorganism strain in each sample. The absolute cell number of the active microbial strain, as well as the measurement of the unique second marker, to create a coherent matrix to indicate one or more heterogeneous microbial community networks). Function and / or chemistry predicted based on at least one of non-parametric network analysis and cluster analysis that reveals connectivity between each active microbial strain in the active heterogeneous microbial community network and the measured metadata Grouping said active microbial strains into at least two groups according to said at least two Selecting at least one microbial strain from each of the groups, combining the selected microbial strains and combining with a carrier medium to form a synthetic bioensemble of active microorganisms, wherein the synthetic bioensemble comprises: Configured to change a property corresponding to the at least one metadata of the target biological environment upon introduction into the target biological environment).

本開示は、その特定の実施形態を参照して明らかにされているが、本開示の真の趣旨及び範囲を逸脱することなく、さまざまな変更を実施できると共に、同等形態での置き換えもできることを当業者なら理解するであろう。さらに、記載の実施形態及び開示の目的の趣旨及び範囲に特定の状況、材料、組成物、プロセス、またはプロセス段階(複数可)が適合するように、多くの改変を実施することができる。そのような改変はすべて、本開示の範囲に含まれることが意図される。本明細書で参照される特許、特許出願、特許出願刊行物、学術論文、及びプロトコールは、あらゆる目的のために参照によってその全体が組み込まれる。こうした文献には、下記のPCT出願刊行物が含まれる:WO/2016/210251、WO/2017/120495、及びWO/2017/181203。   While this disclosure has been described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood that various changes can be made and equivalent substitutions can be made without departing from the true spirit and scope of this disclosure. One skilled in the art will understand. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation, material, composition of matter, process, or process step (s) to the spirit and scope of the described embodiments and the purpose of the disclosure. All such modifications are intended to be within the scope of the present disclosure. The patents, patent applications, patent application publications, journal articles, and protocols referred to herein are incorporated by reference in their entirety for any purpose. Such documents include the following PCT application publications: WO / 2016/210251, WO / 2017/120495, and WO / 2017/181203.

さまざまな実施形態が本明細書に記載及び例示されているが、本明細書に記載の機能の実施、及び/または本明細書に記載の結果の獲得、及び/または本明細書に記載の利点の1つもしくは複数、を達成するためのさまざまな他の方法及び/または構造を当業者なら容易に思い付くであろう。そのような変形形態及び/または改変形態はそれぞれ、本開示の範囲に含まれるものと見なされる。より一般的には、本明細書に記載のパラメータ、寸法、材料、及び構成は、例示のものとして提供されており、実際のパラメータ、寸法、材料、及び/または構成は、開示の教示内容が使用される特定の用途(複数可)または実施態様(複数可)に依存することになることを当業者なら容易に理解するであろう。当業者なら日常的な実験手法を使用するだけで、本明細書に記載の特定の実施形態に対する同等形態を認識するか、または確認可能であろう。したがって、前述の実施形態は、例として示されるものにすぎず、添付の特許請求の範囲及びそこに記載のものの同等形態の範囲内で、具体的に記載及び請求されるもの以外の形で実施形態を実施できると理解されたい。本開示の実施形態は、本明細書に記載のそれぞれの個々の特徴、システム、物品、材料、キット、及び/または方法を対象とする。さらに、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、及び/または方法を2つ以上組み合わせたものはいずれも、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、及び/または方法が相互に矛盾しないのであれば、本開示の範囲に含まれる。   Although various embodiments are described and illustrated herein, performing the functions described herein and / or obtaining the results described herein, and / or the advantages described herein. Various other methods and / or structures for achieving one or more of the above will readily occur to those skilled in the art. Each such variation and / or modification is considered to be within the scope of the present disclosure. More generally, the parameters, dimensions, materials, and configurations described herein are provided by way of example, and the actual parameters, dimensions, materials, and / or configurations may be modified by the teachings of the disclosure. One of ordinary skill in the art will readily appreciate that it will depend on the particular application (s) or implementation (s) used. Those skilled in the art will recognize, or be able to ascertain using no more than routine experimentation, equivalents to the specific embodiments described herein. Therefore, the foregoing embodiments are provided by way of example only, and are intended to be practiced other than as specifically described and claimed, within the scope of the appended claims and their equivalents. It should be understood that the forms can be implemented. Embodiments of the present disclosure are directed to each individual feature, system, article, material, kit, and / or method described herein. Further, any combination of two or more such features, systems, articles, materials, kits, and / or methods may include any combination of such features, systems, articles, materials, kits, and / or methods with each other. If they do not conflict, they are included in the scope of the present disclosure.

上記の実施形態は、多数の方法のいずれでも実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを使用して実施することができる。ソフトウェアにおいて実施されるとき、ソフトウェアコードは、任意の適切なプロセッサまたはプロセッサの集合物で実行することができ、こうしたプロセッサまたはプロセッサの集合物が、単一のコンピュータにおいて提供されるか、または複数のコンピュータにまたがって分散しているものであるかは問われない。   The embodiments described above can be implemented in any of a number of ways. For example, embodiments may be implemented using hardware, software, or a combination thereof. When embodied in software, software code may execute on any suitable processor or collection of processors, such a processor or collection of processors may be provided on a single computer or may include multiple processors. It does not matter whether it is distributed across computers.

さらに、開示の方法をコンピュータと組み合わせて使用できることを理解されよう。こうしたコンピュータは、ラックマウント型コンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、またはタブレットコンピュータなどの、いくつかの形態のいずれにおいても具体化することができる。さらに、コンピュータとは一般に見なされないが、適切な処理能力を有するデバイスにコンピュータを組み込むことができ、こうしたデバイスには、タブレット、携帯情報端末(PDA)、スマートフォン、または任意の他の適切な携帯式または固定式の電子デバイスが含まれる。   Further, it will be appreciated that the disclosed method can be used in combination with a computer. Such a computer may be embodied in any of several forms, such as a rack-mounted computer, desktop computer, laptop computer, or tablet computer. Further, the computer can be incorporated into a device that is not generally considered a computer, but that has the appropriate processing power, such as a tablet, personal digital assistant (PDA), smartphone, or any other suitable mobile device. Includes fixed or stationary electronic devices.

また、コンピュータは、1つまたは複数のディスプレイを含めて、1つまたは複数の入力デバイス及び出力デバイスを有し得る。こうしたデバイスは、数ある中でも特に、ユーザーインターフェースを提供するために使用することができる。ユーザーインターフェースを提供するために使用することができる出力デバイスの例には、出力結果を視覚的に表示するためのプリンターまたは表示画面、及び出力結果を音で示すためのスピーカーまたは他の音発生デバイスが含まれる。ユーザーインターフェースのために使用することができる入力デバイスの例には、キーボード、ならびにポインティングデバイス(マウス、タッチパッド、及びデジタイズタブレットなど)が含まれる。別の例として、コンピュータは、音声認識を介すか、または他の音形式で、入力情報を受信することができる。   Also, a computer may have one or more input and output devices, including one or more displays. Such devices can be used, among other things, to provide a user interface. Examples of output devices that can be used to provide a user interface include a printer or display screen for visually displaying the output results, and a speaker or other sound generating device for displaying the output results in sound. Is included. Examples of input devices that can be used for the user interface include a keyboard, and a pointing device (such as a mouse, touchpad, and digitizing tablet). As another example, a computer may receive input information via voice recognition or in other sound formats.

そのようなコンピュータは、任意の適切な形式で1つまたは複数のネットワークによって相互接続することができ、こうしたネットワークには、ローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワーク(企業ネットワークなど)、及びインテリジェントネットワーク(IN)またはインターネットが含まれる。そのようなネットワークは、任意の適切な技術に基づくものであり得、任意の適切なプロトコールに従って運用することができ、無線ネットワーク、有線ネットワーク、または光ファイバーネットワークを含み得る。   Such computers may be interconnected by one or more networks in any suitable form, including local or wide area networks (such as corporate networks), and intelligent networks (IN). Or include the Internet. Such a network may be based on any suitable technology, may operate according to any suitable protocol, and may include a wireless network, a wired network, or a fiber optic network.

本明細書に概要が記載されるさまざまな方法及びプロセス(及び/またはその一部)は、さまざまなオペレーティングシステムまたはプラットフォームのいずれか1つを利用する1つまたは複数のプロセッサで実行可能なソフトウェアとしてコード化することができる。さらに、そのようなソフトウェアは、いくつかの適切なプログラミング言語及び/またはプログラミングツールもしくはスクリプト作成ツールのいずれかを使用して記述することができると共に、実行可能なマシン語コードまたはフレームワークもしくは仮想マシンで実行される中間コードとしてコンパイルすることもできる。   The various methods and processes (and / or portions thereof) outlined herein may be implemented as software executable on one or more processors utilizing any one of a variety of operating systems or platforms. Can be coded. Further, such software may be written using any of a number of suitable programming languages and / or programming or scripting tools, and may include executable machine language code or frameworks or virtual machines. It can also be compiled as intermediate code executed by

この点において、1つまたは複数のプログラムがコード化されたコンピュータ可読記憶媒体(または複数のコンピュータ可読記憶媒体)(例えば、コンピュータメモリ、1つもしくは複数のフロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイの回路構成もしくは他の半導体デバイス、または他の非一過性の媒体もしくは有形のコンピュータ記憶媒体)として開示のさまざまな概念を具体化することができ、こうした1つまたは複数のプログラムは、1つまたは複数のコンピュータまたは他のプロセッサで実行されると、上記の本開示のさまざまな実施形態を実施する方法を実行することができる。コンピュータ可読媒体(複数可)は、可搬型のものであり得、その結果、そこに保存されたプログラム(複数可)を1つまたは複数の異なるコンピュータまたは他のプロセッサにロードして、上に議論される本開示のさまざまな態様を実施することができる。   In this regard, computer readable storage media (or multiple computer readable storage media) encoded with one or more programs (eg, computer memory, one or more floppy disks, compact disks, optical disks) , Magnetic tape, flash memory, circuitry of a field programmable gate array or other semiconductor device, or other non-transitory or tangible computer storage media). Such one or more programs, when executed on one or more computers or other processors, can perform the methods of implementing the various embodiments of the present disclosure described above. The computer-readable medium (s) may be portable, so that the program (s) stored thereon may be loaded onto one or more different computers or other processors and discussed above. Various aspects of the present disclosure may be implemented.

「プログラム」または「ソフトウェア」という用語は、コンピュータまたは他のプロセッサをプログラムして上に議論される実施形態のさまざまな態様を実施するために利用することができる、コンピュータによって実行可能な命令の任意の型のコンピュータコードまたはセットを指すために包括的な意味において本明細書で使用される。さらに、1つの態様によれば、実行時に本開示の方法を実施する1つまたは複数のコンピュータプログラムは、単一のコンピュータまたはプロセッサに存在する必要はなく、本開示のさまざまな態様を実施するためのいくつかの異なるコンピュータまたはプロセッサにまたがってモジュラー様式で分散して存在し得ることを理解されよう。   The term "program" or "software" refers to any of the computer-executable instructions that can be used to program a computer or other processor to perform various aspects of the embodiments discussed above. Is used herein in a generic sense to refer to a computer code or set of the type Further, according to one aspect, one or more computer programs that, when executed, implement the methods of the present disclosure need not reside on a single computer or processor, but may implement the various aspects of the present disclosure. Will be distributed in a modular fashion across several different computers or processors.

コンピュータによって実行可能な命令は、1つまたは複数のコンピュータまたは他のデバイスによって実行される多くの形態(プログラムモジュールなど)をとり得る。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実施するか、または特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。典型的には、プログラムモジュールの機能性を、必要に応じて、さまざまな実施形態において統合または分配することができる。   Computer-executable instructions can take many forms (eg, program modules) that are executed by one or more computers or other devices. Generally, program modules include routines, programs, objects, components, data structures, etc. that perform particular tasks or implement particular abstract data types. Typically, the functionality of the program modules can be integrated or distributed in various embodiments as needed.

また、データ構造は、任意の適切な形式でコンピュータ可読媒体に保存することができる。説明を簡単にするために、データ構造は、そのデータ構造における位置で関連付けられたフィールドを有するように示すことができる。同様に、そのような関連性は、コンピュータ可読媒体における位置がフィールド間の関連性を示すようにフィールドの保存割り当てを行うことによっても達成できる。しかしながら、データ構造のフィールドにおける情報の間の関連性を確立するために任意の適切な機構を使用することができ、こうした機構には、ポインター、タグ、またはデータ要素間の関連性を確立する他の機構を使用するものが含まれる。   Also, the data structures can be stored on the computer readable medium in any suitable format. For ease of explanation, a data structure may be shown to have fields associated with locations in the data structure. Similarly, such an association can be achieved by making a reserved assignment of the fields such that a location on the computer-readable medium indicates an association between the fields. However, any suitable mechanism for establishing the association between the information in the fields of the data structure can be used, including such mechanisms for establishing the association between pointers, tags, or data elements. That use the above mechanism.

また、開示のさまざまな概念を1つまたは複数の方法として具体化することができ、こうした方法の例は示されている。方法の一部として実施される行為は、任意の適切な方法で順序付けすることができる。したがって、実施形態は、例示のものとは異なる順序で行為を実施するものとして構成され得るものであり、こうした順序には、実施形態の例において行為が連続的なものとして示されていたとしても、いくつかの行為を同時に実施するものが含まれ得る。   Also, various concepts of the disclosure may be embodied as one or more methods, and examples of such methods are provided. Acts performed as part of a method can be ordered in any suitable way. Thus, embodiments may be configured to perform acts in a different order than that illustrated, even if the acts were shown as continuous in the example embodiments. , One that performs several actions simultaneously.

本明細書で定義及び使用される定義はすべて、辞書の定義、参照によって組み込まれる文書の定義、及び/または定義される用語の通常の意味より優先されることを理解されよう。   It will be appreciated that all definitions defined and used herein take precedence over the definition of a dictionary, the definition of a document incorporated by reference, and / or the ordinary meaning of a defined term.

本明細書ではフロー図が使用されている。フロー図の使用は、実施される操作の順序に関する限定を意図するものではない。本明細書に記載される対象物では、異なるコンポーネントが他の異なるコンポーネントに含められたもの、または異なるコンポーネントが他の異なるコンポーネントと連結されたものが示されることがある。そのような記載の構築様式は単に例示にすぎず、実際は、同一の機能性を達成する他の多くの構築様式を利用できることを理解されよう。概念的な意味では、同一の機能性を達成するための任意の配置のコンポーネントが、所望の機能性を達成するように効率的に「結合」される。したがって、特定の機能性を達成するために組み合わせられた本明細書の任意の2つのコンポーネントは、構築様式または中間コンポーネントとは無関係に、所望の機能性を達成するように互いに「結合」されたものと見なすことができる。同様に、そのように結合した任意の2つのコンポーネントは、所望の機能性を達成するために互いに「機能可能なように連結」または「機能可能ように結合」したものと見なすこともでき、そのように結合することが可能な任意の2つのコンポーネントは、所望の機能性を達成するために互いに「機能可能なように結合可能」なものと見なすこともできる。機能可能なように結合可能なものの特定の例には、限定はされないが、物理的に対形成することが可能であり、及び/または物理的に相互作用するコンポーネント、及び/または無線で相互作用することが可能であり、及び/または無線で相互作用するコンポーネント、及び/または論理的に相互作用し、及び/または論理的に相互作用することが可能なコンポーネントが含まれる。   Flow diagrams are used herein. The use of flow diagrams is not intended to limit the order of operations performed. The objects described herein may show different components included in other different components, or different components linked to other different components. It will be appreciated that such described construction modes are merely exemplary, and in fact many other construction modes may be utilized that achieve the same functionality. In a conceptual sense, any arrangement of components to achieve the same functionality is efficiently “coupled” to achieve the desired functionality. Thus, any two components herein that are combined to achieve a particular functionality are "coupled" to each other to achieve the desired functionality, regardless of the manner of construction or the intermediate components. Can be considered. Similarly, any two components so coupled may be considered “operably linked” or “operably coupled” to one another to achieve a desired functionality, Any two components that can be combined in this manner can also be considered "operably coupleable" with one another to achieve the desired functionality. Specific examples of things that can be operatively coupled include, but are not limited to, components that can be physically paired and / or interact physically, and / or interact wirelessly. And / or wirelessly interacting components and / or logically interacting and / or logically interacting components are included.

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「a」及び「an」という不定冠詞は、異なる定義が明確に示されない限り、「少なくとも1つ」を意味することを理解されよう。   It will be understood that the indefinite articles "a" and "an" as used herein and in the claims mean "at least one" unless a different definition is explicitly stated.

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「及び/または」という語句は、まとまった要素、すなわち、離接的に存在する場合もあり、連接的に存在する場合もある要素の「いずれかまたは両方」を意味することを理解されよう。「及び/または」を用いて列挙される複数の要素もまた、同一の様式、すなわち、そのようにまとまった当該要素の「1つまたは複数」であると解釈されるべきである。「及び/または」節によって具体的に特定される要素以外にも、具体的に特定されるそうした要素と関連するか否かとは無関係に、他の要素が任意選択で存在し得る。したがって、非限定的な例として、「A及び/またはB」に対する参照は、非限定型の言葉(「含む」など)と併用されるとき、1つの実施形態では、Aのみ(B以外の要素を任意選択で含む)を指し、別の実施形態では、Bのみ(A以外の要素を任意選択で含む)を指し、さらに別の実施形態では、AとBとの両方(他の要素を任意選択で含む)を指すなどし得る。   The phrase "and / or" as used herein and in the claims may refer to the united element, i.e., "any of the elements that may or may not be discretely connected. Or both. Multiple elements listed with "and / or" should also be construed in the same fashion, i.e., "one or more" of the elements so conjoined. In addition to the elements specifically identified by the "and / or" clause, other elements may optionally be present, whether or not associated with those elements specifically identified. Thus, by way of non-limiting example, reference to "A and / or B" when used in conjunction with non-limiting words (such as "comprises"), in one embodiment, includes only A (elements other than B) , And in another embodiment, only B (optionally including elements other than A), and in yet another embodiment both A and B (optionally including other elements). (Including selection).

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「または」は、上に定義される「及び/または」と同一の意味を有することを理解されよう。例えば、「または」あるいは「及び/または」によってリスト中の項目が分かれているとき、「または」あるいは「及び/または」は、包含的であり、すなわち、いくつかの要素または一連の要素のうちの少なくとも1つを含むだけなく、そのうちの複数も含むことに加えて、任意選択で、リストにない項目も追加で含むと解釈されるものとする。これと異なることが明確に示される用語(「のうちの1つのみ」もしくは「のうちの厳密に1つ」、または特許請求の範囲で使用されるときは、「からなる」など)のみが、いくつかの要素または一連の要素のうちの厳密に1つの要素を含むことを指すことになる。一般に、本明細書で使用される「または」という用語は、排他性の用語(「いずれか」、「のうちの1つ」、「のうちの1つのみ」、または「のうちの厳密に1つ」など)が先行するとき、排他的選択肢を指すもの(すなわち、「一方またはもう一方であるが、両方ではない」)としてのみ解釈されるものとする。「から本質的になる」は、特許請求の範囲で使用されるとき、特許法の分野において使用されるその通常の意味を有するものとする。   It will be understood that "or" as used herein and in the claims has the same meaning as "and / or" as defined above. For example, when items in a list are separated by "or" or "and / or", "or" or "and / or" is inclusive, i.e., several elements or a series of elements. In addition to including at least one of the following, and optionally including additional items not in the list. Only those terms that are explicitly indicated to be different (such as "only one of" or "exactly one of" or, when used in the claims, "consisting of") , Several elements or exactly one element of a series. In general, as used herein, the term "or" refers to the term exclusivity ("any," "one of," "only one of," or "exactly one of" Preceded by, etc.) shall be construed only as referring to an exclusive option (ie, "one or the other but not both"). "Consisting essentially of," when used in the claims, shall have its ordinary meaning as used in the field of patent law.

1つまたは複数の要素のリストに関して本明細書及び特許請求の範囲で使用される「少なくとも1つ」という語句は、要素のリストに存在する要素のうちの任意の1つまたは複数から選択される少なくとも1つの要素を意味するが、要素のリスト内に具体的に列挙されるありとあらゆる要素のうちの少なくとも1つを必ず含むというわけではなく、要素のリストに存在する要素の任意の組み合わせを除外しないことを理解されよう。この定義では、「少なくとも1つ」という語句が指す要素のリスト内で具体的に特定される要素以外の要素が、具体的に特定される要素と関連するか否かとは無関係に、任意選択で存在し得ることも許容される。したがって、非限定的な例として、「A及びBのうちの少なくとも1つ」(あるいは同等の「AまたはBのうちの少なくとも1つ」、あるいは同等の「A及び/またはBのうちの少なくとも1つ」)は、1つの実施形態では、Bが存在しない少なくとも1つのA(任意選択で複数のAを含む)(加えて任意選択でB以外の要素を含む)を指し、別の実施形態では、Aが存在しない少なくとも1つのB(任意選択で複数のBを含む)(加えて任意選択でA以外の要素を含む)を指し、さらに別の実施形態では、少なくとも1つのA(任意選択で複数のAを含む)及び少なくとも1つのB(任意選択で複数のBを含む)(加えて任意選択で他の要素を含む)を指すなどし得る。   The phrase "at least one" as used in the specification and claims with respect to one or more lists of elements is selected from any one or more of the elements present in the list of elements. Means at least one element, but does not necessarily include at least one of every and every element specifically listed in the list of elements and does not exclude any combination of elements present in the list of elements. It will be understood that. This definition optionally states that an element other than the specifically identified element in the list of elements referred to by the phrase "at least one" is associated with the specifically identified element. It is also acceptable that it can be present. Thus, as a non-limiting example, "at least one of A and B" (or equivalently "at least one of A or B", or equivalent "at least one of A and / or B" ""), In one embodiment, refers to at least one A (optionally including a plurality) A where B is absent (and optionally including elements other than B), and in another embodiment , A refers to at least one B (optionally including a plurality of Bs) (optionally including elements other than A), and in yet another embodiment at least one A (optionally absent) And / or at least one B (optionally including a plurality of B) (in addition to optionally including other elements).

特許請求の範囲ならびに上記の本明細書では、「含む(comprising)」、「含む(including)」、「保有する(carrying)」、「有する(having)」、「含む(containing)」、「含む(involving)」、「保持する(holding)」、「から構成される(composed of)」、及び同様のものなどの移行句はすべて、非限定的であり、すなわち、含むが、限定はされないという意味を有することを理解されよう。「からなる」及び「から本質的になる」という移行句のみが、それぞれ限定的または半限定的な移行句となるものとし、このことは、米国特許庁特許審査便覧のセクション2111.03に記載される。   As used in the claims and herein above, "comprising", "including", "carrying", "having", "containing", "including" Transitional phrases such as "involving", "holding", "composed of", and the like are all non-limiting, ie, include, but are not limited to It will be understood that it has meaning. Only the transitional phrases “consisting of” and “consisting essentially of” shall be the limiting or semi-limiting transitional phrases, respectively, as described in Section 2111.03 of the United States Patent Office Handbook for Patent Examination. Is done.

Claims (35)

少なくとも2つの試料セットを取得すること(各試料セットは、複数の生物学的試料を含み、前記少なくとも2つの試料セットのうちの少なくとも1つの試料セットは、第1の状態にあると定義され、前記少なくとも2つの試料セットのうちの少なくとも1つの試料セットは、第2の状態にあると定義され、前記第1の状態は、前記第2の状態とは異なる)、
各試料における複数の微生物型を検出すること、
前記複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数を決定すること、
各試料における特有の第1のマーカー及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、
各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を、前記試料における前記検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数と、前記試料における前記特有の第1のマーカーの数及びその相対量と、に基づいて決定すること、
それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを測定して各試料における活性微生物株を決定すること、
前記少なくとも2つの試料セットの各試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、
前記少なくとも2つの試料セットの各試料についての前記活性微生物株及びそれぞれの絶対細胞数を解析してベースライン状態を定義すること(前記ベースライン状態は、特定した分類群及び/または株の存在もしくは不在または特定の存在量もしくは活性を含む)、
状態が不明な少なくとも1つの追加の試料を取得すること(前記少なくとも1つの追加の試料は、生物学的試料源に由来する生物学的試料である)、
前記少なくとも1つの追加の試料について、
1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、
検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数を決定すること、
特有の第1のマーカー及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、
前記それぞれの微生物型の数及び前記特有の第1のマーカーの量からそれぞれの微生物株の絶対細胞数を決定すること、
それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを、特定した閾値に基づいて測定して前記微生物株の活性レベルを決定すること、
前記少なくとも1つの追加の試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、
前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数と前記ベースライン状態とを比較することで、前記少なくとも1つの追加の試料と関連する状態を決定すること、
前記少なくとも1つの追加の試料と関連する前記決定された状態を出力/表示すること、
前記決定された状態が前記ベースライン状態と実質的に異なるのであれば、前記少なくとも1つの追加の試料と関連する前記決定された状態に基づいて前記生物学的試料源に対する治療を決定すること、ならびに
前記生物学的試料源に前記治療を施すこと、
を含む、方法。
Obtaining at least two sample sets (each sample set includes a plurality of biological samples, at least one sample set of the at least two sample sets is defined as being in a first state; At least one sample set of the at least two sample sets is defined as being in a second state, wherein the first state is different from the second state);
Detecting multiple microbial types in each sample;
Determining the absolute cell number of each microorganism type detected in each sample among the plurality of microorganism types,
Measuring a unique first marker and its amount in each sample (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected);
The absolute cell count of each microbial strain present in each sample, the absolute cell count of each detected microbial type in the sample, and the number and relative amount of the unique first marker in the sample, To be determined based on
Measuring at least one unique second marker for each microorganism strain to determine the active microorganism strain in each sample;
Obtaining a set of active microbial strains and their respective absolute cell counts for each sample of said at least two sample sets;
Analyzing the active microbial strains and their respective absolute cell numbers for each sample of the at least two sample sets to define a baseline condition (where the baseline condition is the presence or absence of the identified taxon and / or strain) Absent or with specific abundance or activity),
Obtaining at least one additional sample of unknown status, wherein said at least one additional sample is a biological sample from a biological sample source;
For the at least one additional sample,
Detecting the presence of one or more microbial types;
Determining the absolute cell count of each detected microbial type;
Measuring a unique first marker and its amount (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected);
Determining the absolute cell number of each microbial strain from the number of each respective microbial type and the amount of the unique first marker;
Measuring at least one unique second marker for each microorganism strain based on the identified threshold to determine the activity level of said microorganism strain;
Obtaining a set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for said at least one additional sample;
Comparing the set of active microbial strains and their respective absolute cell counts for the at least one additional sample to the baseline condition to determine a condition associated with the at least one additional sample;
Outputting / displaying the determined state associated with the at least one additional sample;
Determining a treatment for the biological sample source based on the determined condition associated with the at least one additional sample if the determined condition is substantially different from the baseline condition; Administering the treatment to the biological sample source;
Including, methods.
前記治療が、生物反応性の改変剤であり、前記生物反応性の改変剤が、合成微生物アンサンブルを含み、前記方法が、
前記ベースライン状態と、前記少なくとも1つの追加の試料と関連する前記決定された状態と、に基づいて1つまたは複数の活性微生物株を選択すること、ならびに
前記1つまたは複数の活性微生物株を担体媒体と組み合わせて前記合成微生物アンサンブルを形成させること(前記合成微生物アンサンブルは、前記生物学的試料源に投与されると、前記ベースライン状態に向かって前記生物学的試料源の状態を変化させるように構成される)、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
Wherein the treatment is a bioreactive modifier, wherein the bioreactive modifier comprises a synthetic microbial ensemble,
Selecting one or more active microbial strains based on the baseline condition and the determined condition associated with the at least one additional sample; and Forming the synthetic microbial ensemble in combination with a carrier medium (the synthetic microbial ensemble, when administered to the biological sample source, changes the state of the biological sample source toward the baseline state) Is configured to be)
The method of claim 1, further comprising:
少なくとも1つの共通パラメータを共有する少なくとも2つの試料を取得すること(前記少なくとも2つの試料のうちの少なくとも1つは、第1の状態にあると定義され、前記少なくとも2つの試料のうちの少なくとも1つは、第2の状態にあると定義され、前記第2の状態は、前記第1の状態とは異なる)、
各試料について、前記試料における1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、
前記1つまたは複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の総数を決定すること、
各試料における特有の第1のマーカー及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、
前記それぞれの微生物型の総数及び前記特有の第1のマーカーの相対数から、各試料におけるそれぞれの微生物株の絶対細胞数を決定すること、
それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを、特定した閾値に基づいて測定して各試料における前記微生物株の活性レベルを決定すること、
前記決定された活性によって前記それぞれの微生物株の絶対細胞数をフィルタリングすることで、前記少なくとも2つの試料のそれぞれについての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、
前記第1の状態に由来する前記少なくとも1つの試料についての前記活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、前記第2の状態に由来する前記少なくとも1つの試料についての前記活性微生物株のフィルタリングされた絶対細胞数と、を比較することで、ベースライン状態を定義/決定すること(前記ベースライン状態は、特定した分類群及び/または株の存在もしくは不在または特定の存在量もしくは活性によって定義される)、
少なくとも1つの追加の試料を取得すること(前記追加の試料の状態は不明である)、
前記少なくとも1つの追加の試料について、
1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、
前記1つまたは複数の微生物型のうちで検出されたそれぞれの微生物型の数を決定すること、
特有の第1のマーカー及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、
前記それぞれの微生物型の数及び前記特有の第1のマーカーの数から、それぞれの微生物株の絶対細胞数を決定すること、
それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを、特定した閾値に基づいて測定して前記微生物株の活性レベルを決定すること、
前記決定された活性によって前記それぞれの微生物株の絶対細胞数をフィルタリングすることで、活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、
前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数と前記ベースライン状態とを比較することで、前記少なくとも1つの追加の試料の状態を決定すること、
前記少なくとも1つの追加の試料の前記決定された状態を出力/表示すること、
を含む、方法。
Obtaining at least two samples sharing at least one common parameter (at least one of the at least two samples is defined as being in a first state and at least one of the at least two samples is One is defined as being in a second state, wherein the second state is different from the first state);
For each sample, detecting the presence of one or more microbial types in said sample;
Determining a total number of respective microorganism types detected in each sample of the one or more microorganism types;
Measuring a unique first marker and its amount in each sample (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected);
Determining the absolute cell number of each microorganism strain in each sample from the total number of said respective microorganism types and the relative number of said unique first marker;
Measuring at least one unique second marker for each microorganism strain based on the identified threshold to determine the level of activity of said microorganism strain in each sample;
Filtering the absolute cell counts of said respective microbial strains according to said determined activity to obtain a set of active microbial strains and their respective absolute cell counts for each of said at least two samples;
A filtered absolute cell number of the active microbial strain for the at least one sample from the first state, and a filtered of the active microbial strain for the at least one sample from the second state; Defining / determining a baseline state by comparing the absolute cell number with the absolute cell number (the baseline state is defined by the presence or absence or a specific abundance or activity of the identified taxon and / or strain). ),
Obtaining at least one additional sample (the state of said additional sample is unknown);
For the at least one additional sample,
Detecting the presence of one or more microbial types;
Determining a number of each of the one or more microorganism types detected among the microorganism types;
Measuring a unique first marker and its amount (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected);
Determining the absolute cell number of each microorganism strain from the number of each of the microorganism types and the number of the unique first markers;
Measuring at least one unique second marker for each microorganism strain based on the identified threshold to determine the activity level of said microorganism strain;
Filtering the absolute cell count of the respective microbial strain according to the determined activity to obtain a set of active microbial strains and their respective absolute cell counts;
Determining the status of the at least one additional sample by comparing the set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for the at least one additional sample to the baseline status;
Outputting / displaying the determined state of the at least one additional sample;
Including, methods.
前記少なくとも1つの追加の試料の前記決定された状態が、前記少なくとも1つの追加の試料と関連する環境の状態に対応する、請求項3に記載の方法。   4. The method of claim 3, wherein the determined condition of the at least one additional sample corresponds to a condition of an environment associated with the at least one additional sample. 前記少なくとも1つの追加の試料と関連する前記環境に対する治療を決定することをさらに含み、前記治療が、前記ベースラインに向かって前記環境の前記状態を変化させるように構成される、請求項4に記載の方法。   5. The method of claim 4, further comprising determining a treatment for the environment associated with the at least one additional sample, wherein the treatment is configured to change the state of the environment toward the baseline. The described method. 前記少なくとも1つの追加の試料と関連する前記環境に対する治療を決定することをさらに含み、前記治療が、現在の状態から遠ざかるように前記環境の前記状態を変化させるように構成される、請求項4に記載の方法。   5. The method of claim 4, further comprising determining a treatment for the environment associated with the at least one additional sample, wherein the treatment is configured to change the state of the environment away from a current state. The method described in. 治療が、管理またはライフスタイルを変更すること含む、請求項5または請求項6の1項に記載の方法。   7. The method of claim 5 or claim 6, wherein treating comprises changing management or lifestyle. 治療が、飼料成分または給餌レジメンを変えることを含む請求項5または請求項6の1項に記載の方法。   7. A method according to claim 5 or claim 6, wherein the treatment comprises altering a feed component or a feeding regimen. 治療が、薬物の投与または治療法の実施を含む、請求項5または請求項6の1項に記載の方法。   7. The method of claim 5 or claim 6, wherein the treatment comprises administering a drug or performing a therapy. 治療が、医学的介入を含む、請求項5または請求項6の1項に記載の方法。   7. The method according to claim 5 or claim 6, wherein the treatment comprises a medical intervention. 前記少なくとも1つの追加の試料に基づいて前記ベースライン状態を更新することをさらに含む、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、または請求項10の1項に記載の方法。   Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, Claim 9, further comprising updating the baseline state based on the at least one additional sample. Or the method according to claim 1. 前記ベースライン状態を定義することが、特定の微生物株の閾値を定義することを含む、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、または請求項11の1項に記載の方法。   Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, wherein defining the baseline condition comprises defining a threshold for a particular microbial strain. The method according to claim 1, claim 10 or claim 11. 前記ベースライン状態を定義することが、一群の微生物株の閾値を定義することを含む、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、または請求項11の1項に記載の方法。   Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, wherein defining the baseline condition comprises defining a threshold of a group of microbial strains. The method according to claim 1, claim 10 or claim 11. 前記ベースライン状態を定義することが、教師あり機械学習を含む、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12、または請求項13の1項に記載の方法。   Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, Claim 10, Claim 10, wherein defining the baseline state includes supervised machine learning. 14. The method according to claim 11, 12, or 13. 前記ベースライン状態を定義することが、教師なし機械学習を含む、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12、または請求項13の1項に記載の方法。   Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, Claim 10, Claim 10, wherein defining the baseline state includes unsupervised machine learning. 14. The method according to claim 11, 12, or 13. 前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数と前記ベースライン状態との比較が、特定の微生物株の相対量を決定することを含む、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12、請求項13、請求項14、または請求項15の1項に記載の方法。   4. The method of claim 3, wherein comparing the set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers to the baseline condition for the at least one additional sample comprises determining a relative amount of a particular microbial strain. Claim 1, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 8, Claim 9, Claim 10, Claim 11, Claim 12, Claim 13, Claim 14, or Claim 15 The method described in the section. 前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数と前記ベースライン状態との比較が、微生物株の特定の群の相対量を決定することを含む、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12、請求項13、請求項14、または請求項15の1項に記載の方法。   The method of claim 1, wherein comparing the set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers to the baseline condition for the at least one additional sample comprises determining a relative amount of a particular group of microbial strains. 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, Claim 10, Claim 11, Claim 12, Claim 13, Claim 14, or Claim 15 The method according to item 1. 前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数と前記ベースライン状態との比較が、次元削減マトリックス、非類似度マトリックス、距離マトリックス、または共分散マトリックスのうちの少なくとも1つを利用することを含む、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12、請求項13、請求項14、請求項15、請求項16、または請求項17の1項に記載の方法。   A comparison of the set of active microbial strains and their respective absolute cell counts to the baseline state for the at least one additional sample is performed using a reduced dimension matrix, dissimilarity matrix, distance matrix, or covariance matrix. Claim 3, Claim 4, Claim 5, Claim 6, Claim 7, Claim 8, Claim 9, Claim 10, Claim 11, Claim 12, which includes utilizing at least one of the following. The method according to any one of claims 13, 14, 14, 15, 16, or 17. 前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数と前記ベースライン状態との比較が、教師あり機械学習を含む、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12、請求項13、請求項14、請求項15、請求項16、請求項17、または請求項18の1項に記載の方法。   6. The method of claim 3, 4, or 5, wherein comparing the set of active microbial strains and their respective absolute cell counts to the baseline state for the at least one additional sample comprises supervised machine learning. , Claim 6, claim 7, claim 8, claim 9, claim 10, claim 11, claim 12, claim 13, claim 14, claim 15, claim 16, claim 17, or The method according to claim 1. 前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数と前記ベースライン状態との比較が、教師なし機械学習を含む、請求項3、請求項4、請求項5、請求項6、請求項7、請求項8、請求項9、請求項10、請求項11、請求項12、請求項13、請求項14、請求項15、請求項16、請求項17、または請求項18の1項に記載の方法。   6. The method of claim 3, wherein the comparing the set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers to the baseline state for the at least one additional sample comprises unsupervised machine learning. , Claim 6, claim 7, claim 8, claim 9, claim 10, claim 11, claim 12, claim 13, claim 14, claim 15, claim 16, claim 17, or The method according to claim 1. 少なくとも2つの試料セットを取得すること(各試料セットは、複数の試料を含み、前記少なくとも2つの試料セットのうちの少なくとも1つの試料セットは、第1の状態にあると定義され、前記少なくとも2つの試料セットのうちの少なくとも1つの試料セットは、第2の状態にあると定義され、前記第1の状態は、前記第2の状態とは異なる)、
各試料における複数の微生物型を検出すること、
前記複数の微生物型のうちで各試料において検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数を決定すること、
各試料における特有の第1のマーカー及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、
各試料に存在するそれぞれの微生物株の絶対細胞数を、前記試料における前記検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数と、前記試料における前記特有の第1のマーカーの数及びその相対量と、に基づいて決定すること、
それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを測定して各試料における活性微生物株を決定すること、
前記少なくとも2つの試料セットの各試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、
前記少なくとも2つの試料セットの各試料についての前記活性微生物株及びそれぞれの絶対細胞数を解析してベースライン状態を定義すること(前記ベースライン状態は、特定した分類群及び/または株の存在もしくは不在または特定の存在量もしくは活性を含む)、
状態が不明な少なくとも1つの追加の試料を取得すること、
前記少なくとも1つの追加の試料について、
1つまたは複数の微生物型の存在を検出すること、
検出されたそれぞれの微生物型の絶対細胞数を決定すること、
特有の第1のマーカー及びその量を測定すること(特有の第1のマーカーはそれぞれ、被検出微生物型の微生物株のマーカーである)、
前記それぞれの微生物型の数及び前記特有の第1のマーカーの量からそれぞれの微生物株の絶対細胞数を決定すること、
それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーを、特定した閾値に基づいて測定して前記微生物株の活性レベルを決定すること、
前記少なくとも1つの追加の試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を得ること、
前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数と前記ベースライン状態とを比較することで、前記少なくとも1つの追加の試料と関連する状態を決定すること、ならびに
前記少なくとも1つの追加の試料と関連する前記決定された状態を出力/表示すること、
を含む、方法。
Obtaining at least two sample sets (each sample set includes a plurality of samples, wherein at least one sample set of the at least two sample sets is defined as being in a first state; and At least one sample set of the one sample set is defined to be in a second state, wherein the first state is different from the second state);
Detecting multiple microbial types in each sample;
Determining the absolute cell number of each microorganism type detected in each sample among the plurality of microorganism types,
Measuring a unique first marker and its amount in each sample (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected);
The absolute cell count of each microbial strain present in each sample, the absolute cell count of each detected microbial type in the sample, and the number and relative amount of the unique first marker in the sample, To be determined based on
Measuring at least one unique second marker for each microorganism strain to determine the active microorganism strain in each sample;
Obtaining a set of active microbial strains and their respective absolute cell counts for each sample of said at least two sample sets;
Analyzing the active microbial strains and their respective absolute cell numbers for each sample of the at least two sample sets to define a baseline condition (where the baseline condition is the presence or absence of the identified taxon and / or strain) Absent or with specific abundance or activity),
Obtaining at least one additional sample of unknown status;
For the at least one additional sample,
Detecting the presence of one or more microbial types;
Determining the absolute cell count of each detected microbial type;
Measuring a unique first marker and its amount (each unique first marker is a marker of a microorganism strain of the microorganism type to be detected);
Determining the absolute cell number of each microbial strain from the number of each respective microbial type and the amount of the unique first marker;
Measuring at least one unique second marker for each microorganism strain based on the identified threshold to determine the activity level of said microorganism strain;
Obtaining a set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for said at least one additional sample;
Comparing the set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for the at least one additional sample to the baseline condition to determine a condition associated with the at least one additional sample; And outputting / displaying the determined state associated with the at least one additional sample;
Including, methods.
前記ベースライン状態と、前記少なくとも1つの追加の試料と関連する前記決定された状態と、に基づいて複数の活性微生物株を選択すること、ならびに
前記選択された複数の活性微生物株を担体媒体と組み合わせて活性微生物の合成アンサンブルを形成させること(前記合成アンサンブルは、前記少なくとも1つの追加の試料と関連する環境に導入されると、前記少なくとも1つの追加の試料と関連する前記環境の状態を改変するように構成される)、
をさらに含む、請求項22に記載の方法。
Selecting a plurality of active microbial strains based on the baseline condition and the determined condition associated with the at least one additional sample; and combining the selected plurality of active microbial strains with a carrier medium. Combining to form a synthetic ensemble of active microorganisms (the synthetic ensemble, when introduced into an environment associated with the at least one additional sample, alters a state of the environment associated with the at least one additional sample) Is configured to
23. The method of claim 22, further comprising:
特有の第1のマーカー及びその量の測定が、各試料に由来するゲノムDNAをハイスループットシークエンシング反応に供すことを含む、請求項21または請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 21 or claim 22, wherein determining the unique first marker and its amount comprises subjecting genomic DNA from each sample to a high-throughput sequencing reaction. 特有の第1のマーカー及びその量の測定が、各試料に由来するゲノムDNAをメタゲノムシークエンシングに供すことを含む、請求項21または請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 21 or claim 22, wherein determining the unique first marker and its amount comprises subjecting genomic DNA from each sample to metagenomic sequencing. 前記特有の第1のマーカーが、mRNAマーカー、siRNAマーカー、及び/またはリボソームRNAマーカー、のうちの少なくとも1つを含む、請求項21、請求項22、請求項23、または請求項24の1項に記載の方法。   25. The one of claim 21, claim 22, claim 23, or claim 24, wherein the unique first marker comprises at least one of an mRNA marker, an siRNA marker, and / or a ribosomal RNA marker. The method described in. 前記特有の第1のマーカーが、シグマ因子、転写因子、ヌクレオシド関連タンパク質、及び/または代謝酵素、のうちの少なくとも1つを含む、請求項21、請求項22、請求項23、または請求項24の1項に記載の方法。   25. The unique first marker comprises at least one of a sigma factor, a transcription factor, a nucleoside-related protein, and / or a metabolic enzyme. The method according to item 1. 特有の第1のマーカーの測定が、各試料における特有のゲノムDNAマーカーを測定することを含む、請求項21、請求項22、請求項23、または請求項24の1項に記載の方法。   25. The method of claim 21, claim 22, claim 23, or claim 24, wherein measuring a unique first marker comprises measuring a unique genomic DNA marker in each sample. 特有の第1のマーカーの測定が、各試料における特有のRNAマーカーを測定することを含む、請求項21、請求項22、請求項23、または請求項24の1項に記載の方法。   25. The method of claim 21, claim 22, claim 23, or claim 24, wherein measuring a unique first marker comprises measuring a unique RNA marker in each sample. 特有の第1のマーカーの測定が、各試料における特有のタンパク質マーカーを測定することを含む、請求項21、請求項22、請求項23、または請求項24の1項に記載の方法。   25. The method of any one of claims 21, 22, 22, or 24, wherein measuring a unique first marker comprises measuring a unique protein marker in each sample. それぞれの微生物株に対する少なくとも1つの特有の第2のマーカーの測定が、前記少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルを測定することを含む、請求項21〜29の1項に記載の方法。   30. The method of any one of claims 21 to 29, wherein measuring at least one unique second marker for each microbial strain comprises measuring the expression level of the at least one unique second marker. . 前記少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルの測定が、試料mRNAを遺伝子発現解析に供すことを含む、請求項30に記載の方法。   31. The method of claim 30, wherein measuring the expression level of the at least one unique second marker comprises subjecting the sample mRNA to gene expression analysis. 前記少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルの測定が、各試料またはその一部を質量分析に供すことを含む、請求項30に記載の方法。   31. The method of claim 30, wherein determining the expression level of the at least one unique second marker comprises subjecting each sample or a portion thereof to mass spectrometry. 前記少なくとも1つの特有の第2のマーカーの発現レベルの測定が、各試料またはその一部をメタリボソームプロファイリングまたはリボソームプロファイリングに供すことを含む、請求項30に記載の方法。   31. The method of claim 30, wherein determining the expression level of the at least one unique second marker comprises subjecting each sample or a portion thereof to metaribosome profiling or ribosome profiling. プロセッサによって実施される方法であって、前記方法が、
複数の試料の試料データを受け取るること(前記試料データは、検出された微生物型のリスト及び各試料における検出されたそれぞれの微生物型の対応する絶対細胞数と、特有の第1のマーカーデータ(前記特有の第1のマーカーデータは、各試料における検出されたそれぞれの微生物型の微生物株の相対量を含む)と、特有の第2のマーカーデータ(前記特有の第2のマーカーデータは、各試料におけるそれぞれの微生物株の活性情報を含む)と、を含む)、
前記試料データに基づいて各試料についての活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を、1つまたは複数のプロセッサを使用して得ること、
前記活性微生物株のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を、前記1つまたは複数のプロセッサを使用して処理することで、ベースライン状態を特定すること(前記ベースライン状態は、特定した分類群及び/または株の存在もしくは不在または特定の存在量もしくは活性と関連する)、
状態が不明な少なくとも1つの追加の試料の追加のデータを受け取ること(前記少なくとも1つの追加の試料の前記追加のデータは、検出された微生物型のリスト及び前記少なくとも1つの追加の試料における検出されたそれぞれの微生物型の対応する絶対細胞数と、特有の第1のマーカーデータ(前記特有の第1のマーカーデータは、前記少なくとも1つの追加の試料における検出されたそれぞれの微生物型の微生物株の相対量を含む)と、特有の第2のマーカーデータ(前記特有の第2のマーカーデータは、前記少なくとも1つの追加の試料におけるそれぞれの微生物株の活性情報を含む)と、を含む)、
前記少なくとも1つの追加の試料の前記追加のデータに基づいて前記少なくとも1つの追加の試料についての活性微生物株の追加のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数を、前記1つまたは複数のプロセッサを使用して得ること、
前記少なくとも1つの追加の試料についての前記活性微生物株の追加のセット及びそのそれぞれの絶対細胞数と前記ベースライン状態とを比較する解析に基づいて前記少なくとも1つの追加の試料の状態を、前記1つまたは複数のプロセッサを使用して決定すること、ならびに
前記少なくとも1つの追加の試料と関連する前記決定された状態を、前記1つまたは複数のプロセッサを使用して表示すること、
を含む、前記方法。
A method performed by a processor, wherein the method comprises:
Receiving sample data for a plurality of samples (the sample data includes a list of detected microbial types and a corresponding absolute cell number of each microbial type detected in each sample, and unique first marker data ( The specific first marker data includes the relative amount of each detected microbial strain of each microbial type in each sample) and the specific second marker data (the specific second marker data comprises: Including activity information of each microbial strain in the sample).
Obtaining a set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for each sample based on said sample data using one or more processors;
Processing the set of active microbial strains and their respective absolute cell counts using the one or more processors to identify a baseline condition (where the baseline condition is the identified taxon and / Or the presence or absence of a strain or a specific amount or activity),
Receiving additional data of at least one additional sample of unknown status (where the additional data of the at least one additional sample is a list of detected microbial types and detected in the at least one additional sample) The corresponding absolute cell number of each microbial type and the unique first marker data (where the unique first marker data is the microbial strain of each microbial type detected in the at least one additional sample). (Including relative amounts) and unique second marker data (where the unique second marker data includes activity information of each microbial strain in the at least one additional sample).
An additional set of active microbial strains and their respective absolute cell numbers for the at least one additional sample based on the additional data of the at least one additional sample using the one or more processors. To get
Determining the status of the at least one additional sample based on the additional set of active microbial strains for the at least one additional sample and an analysis comparing the respective absolute cell counts to the baseline status. Determining using one or more processors; and displaying the determined state associated with the at least one additional sample using the one or more processors;
The above method, comprising:
前記決定された状態が前記ベースライン状態と実質的に異なるのであれば、前記少なくとも1つの追加の試料と関連する前記決定された状態に基づいて、少なくとも1つの処置を、前記1つまたは複数のプロセッサを使用して表示することをさらに含み、前記少なくとも1つの処置が、前記少なくとも1つの追加の試料の前記状態を調節するための処置である、請求項34に記載の、プロセッサによって実施される方法。   If the determined condition is substantially different from the baseline condition, at least one treatment is performed based on the determined condition associated with the at least one additional sample. 35. The processor-implemented method of claim 34, further comprising displaying using a processor, wherein the at least one action is an action for adjusting the condition of the at least one additional sample. Method.
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