JP2022547771A - 微生物を同定する方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
(i)ヒトまたは獣医学分野、例えば臨床検査室における病原体の同定;
(ii)疫学的調査、試験の主題、病原体のスクリーニング、衛生チェック、感染鎖の解明、制御療法、および再発性感染の検出;
(iii)環境から得られた微生物の特性評価およびスクリーニング;
(iv)バイオテクノロジープロセスのモニタリング;
(v)食品産業または製薬産業における微生物学的品質管理;
(vi)採取した株の維持。
・既知の微生物の試料の参照スペクトルのデータベースを作成する工程;
・比較的広いカテゴリおよび/または分類群から比較的小さいカテゴリおよび/または分類群まで階層的に組織化された微生物のカテゴリおよび/または分類群に関連付けられた複数の予め計算されたモデルを作成する1つ以上の工程であって、各予め計算されたモデルが、微生物のカテゴリおよび/または分類群に関連付けられた同定スペクトル特性を含む1つ以上の工程;
・未知の試料をサンプリングする1つの工程;
・未知の試料のスペクトルを取得する1つ以上の工程;
・未知の試料のスペクトルを処理する1つ以上の工程;
・未知の試料のスペクトルと、上記予め計算されたモデルとを比較する複数のサブ工程を連続して行うことをそれぞれ提供する1つ以上の分析工程であって、各サブ工程が、多変量解析方法を用いて、未知の試料のスペクトルと、漸進的に小さくなるカテゴリおよび/または分類群の予め計算されたモデルとを比較して、微生物のカテゴリおよび/または分類群に未知の試料が所属することを示す少なくともスコアを提供する1つ以上の分析工程。
・信頼性パラメータが所定の許容値よりも低い場合に未知の試料のスペクトルの新しい取得工程が要求されるか、失敗した同定または成功した同定を含み得る、方法の最終結果が提供される1つ以上の制御工程。
・生物学的流体および/または複合マトリックスの存在下または非存在下で固体媒体または液体媒体上での増殖から場合により得られる既知の試料をサンプリングする工程;
・既知の試料のスペクトルを取得する1つ以上の工程;
・既知の試料のスペクトルを処理する1つ以上の工程。
・場合によりフーリエ変換赤外で動作する赤外IR分光光度計
・ラマン分光計、
・光熱分光計(photothermal spectrometer)
・光音響分光計
・上記列挙の器械のうちの1つと、信号上昇のためのものではない共鳴技術、例えば、共鳴ラマン分光法、表面増強分光法、表面増強ラマン分光法(SERS)、表面増強赤外吸収(SEIRA)、共鳴表面増強赤外吸収(共鳴SEIRA)、Tip増強ラマン分光法(Tip-enhanced Raman spectroscopy)(TERS)との組合せ。
・以下の工程を含む、既知の微生物の既知の試料の参照スペクトルのデータベースを作成する工程A:
・既知の試料をサンプリングする1つ以上の工程A1;
・既知の試料のスペクトルを取得する1つ以上の工程A2;
・既知の試料のスペクトルを処理して、各カテゴリおよび/または分類群の同定スペクトル特性の存在を評価するためのスペクトル領域を少なくとも同定する、場合により自動化された1つ以上の工程A3。
・比較的広いカテゴリおよび/または分類群から比較的小さいカテゴリおよび/または分類群まで階層的に組織化された微生物のカテゴリおよび/または分類群に関連付けられた複数の予め計算されたモデルを作成する1つ以上の工程A4であって、各予め計算されたモデルが、微生物のカテゴリおよび/または分類群に関連付けられた同定スペクトル特性を含む1つ以上の工程A4;
・未知の試料をサンプリングする工程B;
・未知の試料のスペクトルを取得する1つ以上の工程C;
・工程A3で定義されたものに基づいて、未知の試料のスペクトルを処理する1つ以上の工程D
・未知の試料のスペクトルと上記予め計算されたモデルとを比較する複数のサブ工程を連続して行うことをそれぞれ提供する1つ以上の分析工程Eであって、各サブ工程が、多変量解析方法によって、未知の試料のスペクトルと、漸進的に小さくなるカテゴリおよび/または分類群の予め計算されたモデルとを比較して、微生物の上記カテゴリおよび/または分類群への未知の試料の所属を示す少なくともスコアを提供する1つ以上の分析工程E。
・上記信頼性パラメータが所定の許容値よりも低い場合に未知の試料のスペクトルの新しい取得工程Cが要求されるか、失敗した同定Jまたは成功した同定G、H、Iを含み得る、方法の最終結果が提供される1つ以上の制御工程F。
・各カテゴリおよび/または分類群を同定するスペクトル特性の存在を評価するためのスペクトル領域の場合により自動化された同定;
・スペクトルプロファイルの線形および/または非線形補間、および/またはフィッティングアルゴリズムを使用すること;
・スペクトルプロファイルの一次および/または二次導関数を計算すること;
・スペクトル範囲全体にわたってベクトル正規化アルゴリズムを使用して導関数を正規化すること。例として、図3aは、異なる試料について収集され得るスペクトルを示し、図3bは、処理されたスペクトルを示す。
図4aは、本発明による複数の予測モデルを適用することによって(工程E)、未知のスペクトルに対して行われて、続いて目的の様々なカテゴリを決定するプロセスフローを概略的に示す。未知のスペクトルは、既知のスペクトルのデータベース上の工程A1、A2、A3、A4で開発された複数の予測モデルと比較される。各モデルは、例えば、決定されているカテゴリについて可能なもののうちの特定の種類の属性に関して、PCA-LDA分析に基づく。特に、図4aの各パネルでは、各点は、PCA-LDA計算によって、既知の試料のデータベースに存在するスペクトルに割り当てられた座標に対応する(工程A4)。セットA、B、C内の各点は、決定されているカテゴリに所属する特定の種類を反映している。カテゴリ1に提供された様々な種類への所属が決定されるモデル1では、既知の試料のあらゆるスペクトルが、所属A、B、Cのそれぞれのセットに群分けされる(図4aの第1のパネル)。したがって、モデル1では、モデルによって定義された空間の特定の部分にそれぞれ関連付けられた3つの異なる種類が存在し得る。
方法の一実施形態では、方法は、上記の存在し得る分類学的特性のいかなるものであれいずれか1つ、例えば微生物の属などを同定するために使用され得る。本発明によるデータベースのスペクトルを用いた方法の検証から得られた混同行列を示す図5を参照されたい。図5では、実際の結果と予測された結果との間に97.5%~100%の対応関係が観察され得る。
Claims (10)
- 振動プロファイルを評価することによって試料中の微生物を同定する方法であって、以下の工程を含む方法:
・既知の微生物の既知の試料の参照スペクトルのデータベースを作成する工程(A)であって、以下の工程を含む工程(A):
・既知の試料をサンプリングする1つ以上の工程(A1);
・前記既知の試料のスペクトルを取得する1つ以上の工程(A2);
・前記既知の試料のスペクトルを処理して、各カテゴリおよび/または分類群を同定するスペクトル特性の存在を評価するためのスペクトル領域を少なくとも同定する、場合により自動化された1つ以上の工程(A3);
・比較的広いカテゴリおよび/または分類群から比較的小さいカテゴリおよび/または分類群まで階層的に組織化された微生物のカテゴリおよび/または分類群に関連付けられた複数の予め計算されたモデルを作成する1つ以上の工程(A4)であって、各予め計算されたモデルが、微生物のカテゴリおよび/または分類群に関連付けられた前記同定スペクトル特性を含む1つ以上の工程(A4);
・未知の試料をサンプリングする工程(B);
・前記未知の試料のスペクトルを取得する1つ以上の工程(C);
・工程(A3)で定義されたものに基づいて、前記未知の試料のスペクトルを処理する1つ以上の工程(D);
・前記未知の試料のスペクトルと、前記予め計算されたモデルとを比較する複数のサブ工程を連続して行うことをそれぞれ提供する1つ以上の分析工程(E)であって、各サブ工程が、多変量解析方法によって、前記未知の試料のスペクトルと、漸進的に小さくなるカテゴリおよび/または分類群の前記予め計算されたモデルとを比較して、微生物の前記カテゴリおよび/または分類群への前記未知の試料の所属を示す少なくともスコアを提供する1つ以上の分析工程(E);
・前記信頼性パラメータが所定の許容値よりも低い場合に前記未知の試料のスペクトルの新しい取得工程(C)が要求されるか、失敗した同定(J)または成功した同定(G、H、I)を含み得る、前記方法の最終結果が提供される1つ以上の制御工程(F)。 - 前記制御工程(F)が、前記比較サブ工程の各々において、前記未知の試料が所属する少なくとも1つの分類群が同定されたことを検証することを提供し、少なくとも1つの分類群が、前記所定の許容値よりも高い所属スコアを有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 複数の予め計算されたモデルを作成する前記工程(A4)が、主成分の分析を行い、続いて、主成分の線形判別の分析(PCA-LDA)を行うことを提供する組合せ統計的方法を使用することを提供することを特徴とする、請求項1から2のいずれか一項に記載の方法、次いで、これらの予め計算されたモデルが、前記未知の試料を分析する工程(E)において前記カテゴリおよび/または分類群を予測するために適用される。
- 前記未知の試料および/または前記既知の試料が、生物学的流体および/または複合マトリックスの存在下または非存在下で、いかなるものであれ任意の好適な培養培地を使用して増殖されることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記未知の試料および/または前記既知の試料が、増殖期に供されていない天然試料から直接得られた試料であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記分析工程(E)が、ニューラルネットワークに基づく方法を使用することを提供することを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程(C、A2)が、試料の非存在下および存在下の両方で連続取得モードを提供し、前記連続モードが、スペクトルの標準化された取得に備えて、器械の洗浄動作と、前記スペクトルパラメータの客観的評価とをそれぞれ支援することを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記スペクトルパラメータが、信号強度、信号対雑音比、スペクトル形状、最適な乾燥レベルであることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 放射線(17)の供給源(13)、検出器(14)、分析される試料が配置される、画定された取得ゾーン(18)を備える、振動プロファイルを検出する装置と、処理システムおよびデータ表示システムが設置されている、前記検出装置に結合された固定型または携帯型の電子装置(15)と、を備える、請求項1から8のいずれか一項に記載の試料中の微生物を同定する方法を行う機器において、前記電子装置(15)には、比較的広い分類群から比較的小さい分類群まで階層的に組織化された微生物の分類群に関連付けられた予め計算されたモデルが保存され、各予め計算されたモデルが、微生物の分類群に関連付けられた同定スペクトル特性を含み、したがって、結果を得るために必要な計算動作を行うためにインターネットに接続する必要がないことを特徴とする機器。
- データを収集し、データベースに関してそれらを分析するために使用されるコンピュータプログラムまたはソフトウェアであって、電子装置によって読み取り可能な媒体に保存可能であり、微生物の分類および同定のために分析機器によって実行されると、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法の実行を決定する命令を含むコンピュータプログラムまたはソフトウェア。
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