JP2024063020A - A versatile method for extracting nucleic acid molecules from a diverse population of one or more types of microorganisms in a sample. - Google Patents

A versatile method for extracting nucleic acid molecules from a diverse population of one or more types of microorganisms in a sample. Download PDF

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Abstract

【課題】試料中の1以上の種類の微生物の多様な集団から遺伝物質を抽出する方法を提供する。【解決手段】微生物は、原核生物または真核生物であり得、細菌、古細菌、真菌、原生動物、蠕虫、寄生虫、ウイルス、ファージ、および他のものを含み得る。抽出は、単一の試料からであってもよく、その後の同定は、qPCR、PCR、RFLP、SSCP、対立遺伝子特異的PCR、標的化されたシークエンシング、プルダウンシークエンシング、全ショットガンシークエンシング、または他の方法等の分子法を介してもよい。また、真菌(すなわち、サッカロマイセス属の種)、動物細胞(ウシ)、植物(例えば、オオムギ)等の様々な生物から、ヒト対象の腸から、核酸分子を抽出すること、そこからメタゲノミクス解析を実行すること、およびメタゲノミクス解析に基づいて対象のプロバイオティクス治療または食事指針を決定することを含む方法も提供される。【選択図】図1A method is provided for extracting genetic material from a diverse population of one or more types of microorganisms in a sample. The microorganisms may be prokaryotic or eukaryotic, and may include bacteria, archaea, fungi, protozoa, helminths, parasites, viruses, phages, and others. Extraction may be from a single sample, and subsequent identification may be via molecular methods such as qPCR, PCR, RFLP, SSCP, allele-specific PCR, targeted sequencing, pull-down sequencing, full shotgun sequencing, or other methods. Also provided is a method that includes extracting nucleic acid molecules from various organisms, such as fungi (i.e., Saccharomyces spp.), animal cells (bovine), plants (e.g., barley), and from the gut of a human subject, performing metagenomics analysis therefrom, and determining a probiotic treatment or dietary guideline for the subject based on the metagenomics analysis.Selected Figure: FIG.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年4月2日に出願された米国特許出願第62/651,620号に対する米国特許法第119条に基づく利益を主張する。先行出願の開示は、本出願の一部とみなされ、参照により本出願の開示に組み込まれる。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims the benefit under 35 U.S.C. § 119 to U.S. Patent Application No. 62/651,620, filed April 2, 2018. The disclosure of the prior application is considered a part of this application and is incorporated by reference into the disclosure of this application.

発明の分野
本発明は、概して、ゲノム解析に関し、より具体的には、生体試料中の微生物の多様な集団から食物に関連する核酸分子を抽出および解析する方法に関する。
FIELD OF THEINVENTION The present invention relates generally to genomic analysis, and more specifically to methods for extracting and analyzing food-associated nucleic acid molecules from diverse populations of microorganisms in biological samples.

背景情報
人体の約10兆個のヒト細胞をはるかに上回る数で、約100兆個の微生物が、人体の内外に生息している。これらの通常は無害なウイルス、細菌および真菌は、共生または相利共生生物と称される。共生または相利共生生物は、様々な方法で私たちの身体を健康に保つのに役立つ。共生または相利共生、および病原性的に体の内外に生息する全ての微生物はまとめて、マイクロバイオームと称され、それらの平衡状態および関連するメタボロームは、個体の健康状態と密接に関連し、逆もまた同様である。
Background Information Approximately 100 trillion microorganisms live on and in the human body, far outnumbering the approximately 10 trillion human cells in the human body. These normally harmless viruses, bacteria, and fungi are called symbiotic or mutualistic organisms. Symbiotic or mutualistic organisms help keep our bodies healthy in a variety of ways. Collectively, all the symbiotic and pathogenic microorganisms living on and in the body are called the microbiome, and their equilibrium and associated metabolome are closely related to the health of an individual and vice versa.

核酸シークエンシングの進歩は、腸および皮下組織に生息するマイクロバイオームを迅速かつ正確に同定しおよびプロファイルする機会を生み出した。最適なフローラはまた、相乗的な方法で宿主の免疫系と相互作用し、その健康上の利益をさらに増殖させる。個体の関連するメタボロームは、質量分析法に基づくシステムによって、またはゲノミクスに基づくメタボロームモデリングおよびフラックスバランス解析を使用してプロファイル化することもでき、健全なメタボロームプロファイルを作製するために使用することもできる。これらの方法論はすべて、微生物集団の複雑さを分析するために使用することができる。 Advances in nucleic acid sequencing have created the opportunity to rapidly and accurately identify and profile the microbiome inhabiting the gut and subcutaneous tissues. An optimal flora also interacts with the host immune system in a synergistic manner, further multiplying its health benefits. The associated metabolome of an individual can also be profiled by mass spectrometry-based systems or using genomics-based metabolomic modeling and flux balance analysis, which can be used to create a healthy metabolomic profile. All these methodologies can be used to analyze the complexity of microbial populations.

本発明は、生物学的、環境的、栄養補助的、または他の生態学的微生物の異種集団試料中の多様な微生物集団から核酸分子を抽出する方法、ならびに個体へのプロバイオティクスのカスタマイゼーションを決定するための処理ステップおよび解析を介して核酸または抽出物を使用する方法を対象とする。本発明に特有の処理ステップとしては、RNAまたはDNAクリーンアップ、断片化、分離、または消化;PCR、qPCR、デジタルPCR、またはシークエンシング等の下流適用のためのライブラリまたは核酸調製;バイオインフォマティクスQC、フィルタリング、アライメント、またはデータ分離のための前処理;微生物種分類学的割り当てのためのメタゲノミクスまたはヒトゲノムバイオインフォマティクスパイプライン;ならびに他の生物アライメント、同定、および変異体解釈が挙げられる。 The present invention is directed to methods of extracting nucleic acid molecules from diverse microbial populations in biological, environmental, nutraceutical, or other ecological microbial heterogeneous population samples, and methods of using the nucleic acids or extracts through processing steps and analysis to determine the customization of probiotics to individuals. Processing steps specific to the present invention include RNA or DNA cleanup, fragmentation, separation, or digestion; library or nucleic acid preparation for downstream applications such as PCR, qPCR, digital PCR, or sequencing; pre-processing for bioinformatics QC, filtering, alignment, or data separation; metagenomics or human genome bioinformatics pipelines for microbial species taxonomic assignment; and other organism alignment, identification, and variant interpretation.

本発明はまた、DNA抽出ならびに、肉、植物、果物、野菜、および/またはこれらの生物と共に含まれる微生物のデータベースからの食物DNA配列に基づく摂食量の決定、のために試料を使用するための万能な方法も記載する。本明細書に開示されるのは、試料中の1つ以上の種類の細胞または細胞成分の多様な集団から遺伝物質を抽出し、健康の改善および疾患の予防のために摂取された食物および栄養素の内訳を決定する方法である。 The present invention also describes a versatile method for using the sample for DNA extraction and determination of food intake based on food DNA sequences from a database of meat, plants, fruits, vegetables, and/or microorganisms contained with these organisms. Disclosed herein is a method for extracting genetic material from a diverse population of one or more types of cells or cellular components in a sample and determining the breakdown of food and nutrients ingested for improving health and preventing disease.

したがって、一態様では、本発明は、解析のための試料の調製方法を提供する。方法は、a)試料を界面活性剤、例えばSDS、およびキレート剤、例えばEDTAを含む第1の溶解液と混合することと、b)ステップa)の混合物にリゾチームを有する第2の溶解液を添加することと、c)ステップb)の混合物に、カオトロピック剤、例えば尿素、酢酸リチウム、塩酸グアニジン等を含む第3の溶解液を添加することと、を含む。前処理ステップは、核酸収率をさらに最適化するために使用され得る物理的溶解を含み得る。機械的溶解の例としては、超音波処理、ビーズ混合、およびビーズミル均質化が挙げられる。 Thus, in one aspect, the invention provides a method of preparing a sample for analysis. The method includes: a) mixing the sample with a first lysis solution comprising a detergent, e.g., SDS, and a chelating agent, e.g., EDTA; b) adding a second lysis solution having lysozyme to the mixture of step a); and c) adding a third lysis solution comprising a chaotropic agent, e.g., urea, lithium acetate, guanidine hydrochloride, etc., to the mixture of step b). The pretreatment step may include physical lysis, which may be used to further optimize nucleic acid yield. Examples of mechanical lysis include sonication, bead mixing, and bead mill homogenization.

同様の態様では、本方法は、a)大便試料等の試料を液体窒素溶液と混合することと、b)第1の溶解液を添加することであって、第1の溶解液が、界面活性剤およびキレート剤、例えばSDS、ならびにキレート剤、例えばEDTAを含む、添加することと、c)第2の溶解液を添加することであって、第2の溶解液が、カオトロピック剤、例えば、尿素、酢酸リチウム、塩酸グアニジンを含む、添加することと、を含む。前処理ステップは、核酸収率をさらに最適化するために使用され得る物理的溶解を含み得る。機械的溶解の例としては、超音波処理、ビーズ混合、およびビーズミル均質化が挙げられる。 In a similar aspect, the method includes a) mixing a sample, such as a stool sample, with a liquid nitrogen solution; b) adding a first lysis solution, the first lysis solution including a detergent and a chelating agent, such as SDS, and a chelating agent, such as EDTA; and c) adding a second lysis solution, the second lysis solution including a chaotropic agent, such as urea, lithium acetate, guanidine hydrochloride. Pretreatment steps can include physical lysis, which can be used to further optimize nucleic acid yields. Examples of mechanical lysis include sonication, bead mixing, and bead mill homogenization.

別の態様では、本発明は、対象の摂食量を決定する方法を提供する。本方法は、a)対象から得られた大便試料から遺伝物質を抽出することであって、当該遺伝物質が本開示の方法に従って抽出された、抽出することと、b)対象の摂食量を決定するために、第1の試料から抽出された遺伝物質をメタゲノミクス解析に供することと、を含む。実施形態では、方法は、摂食量の解析に基づいてプロバイオティクスまたは食物で対象を治療することをさらに含む。 In another aspect, the present invention provides a method of determining food intake of a subject. The method includes: a) extracting genetic material from a stool sample obtained from the subject, the genetic material being extracted according to the method of the present disclosure; and b) subjecting the genetic material extracted from the first sample to metagenomic analysis to determine the food intake of the subject. In an embodiment, the method further includes treating the subject with a probiotic or food based on the analysis of the food intake.

別の態様では、本発明は、対象のプロバイオティクス治療をモニタリングする方法を提供する。方法は、a)対象から得られた第1の試料中に存在する任意の微生物から遺伝物質を抽出することであって、当該遺伝物質が、本開示の方法に従って抽出された、抽出することと、b)第1の試料から抽出された遺伝物質をメタゲノミクス解析に供することと、c)対象をプロバイオティクスで治療し、次いで、第1の試料からの遺伝物質の抽出と同様に対象から得られた第2の試料中に存在する任意の微生物から遺伝物質を抽出することと、d)第2の試料から抽出された遺伝物質に対してメタゲノミクス解析を行うことと、e)第1の試料のメタゲノミクス解析の結果を第2の試料のメタゲノミクス解析と比較することと、を含む。 In another aspect, the present invention provides a method of monitoring probiotic treatment of a subject. The method includes: a) extracting genetic material from any microorganisms present in a first sample obtained from the subject, the genetic material being extracted according to the method of the present disclosure; b) subjecting the genetic material extracted from the first sample to metagenomic analysis; c) treating the subject with a probiotic and then extracting genetic material from any microorganisms present in a second sample obtained from the subject similar to the extraction of the genetic material from the first sample; d) performing metagenomic analysis on the genetic material extracted from the second sample; and e) comparing the results of the metagenomic analysis of the first sample to the metagenomic analysis of the second sample.

さらに別の態様では、本発明は、追加の化学検査または遺伝子検査の有無にかかわらず、腸内で検出されたプロバイオティクス生物からプロバイオティクススコアを計算することを含む方法を提供する。 In yet another aspect, the present invention provides a method comprising calculating a probiotic score from the probiotic organisms detected in the gut, with or without additional chemical or genetic testing.

さらに別の態様では、本発明は、マイクロバイオームのスコアを計算することを含み、このスコアは、マイクロバイオームがディスバイオシス、ニュートラル、または安定状態にあるかどうかを評価するために使用される方法を提供する。 In yet another aspect, the invention provides a method that includes calculating a microbiome score, which is used to assess whether the microbiome is in a dysbiosis, neutral, or stable state.

本発明はさらに、メモリと、メモリに結合された1つ以上のプロセッサとを含むコンピューティングシステムを提供し、1つ以上のプロセッサは、本発明の方法を実行するための操作を実行するように構成される。 The present invention further provides a computing system including a memory and one or more processors coupled to the memory, the one or more processors configured to perform operations to implement the method of the present invention.

本発明はまた、本発明の方法を実行するための自動プラットフォームを提供する。 The present invention also provides an automated platform for carrying out the methods of the present invention.

本発明は、生物学的、環境的、食事補助的、または他の生態学的微生物の異種集団試料からの微生物の多様なフローラから核酸を抽出するためのオールインワン方法を提供する。 The present invention provides an all-in-one method for extracting nucleic acids from a diverse flora of microorganisms from biological, environmental, dietary supplement, or other ecological microbial heterogeneous population samples.

実施形態では、本発明は、プロバイオティクスおよび環境的試料中の微生物のそれぞれの核酸を解析することを介して、微生物の組成および相対的存在量を決定する際に使用することができる。DNAは精製されて、核酸解析のために下流で使用される(特に、2つ以上の種/亜種のゲノムが同定されるメタゲノミクス解析)。 In embodiments, the present invention can be used to determine the composition and relative abundance of microorganisms in probiotic and environmental samples through analysis of their respective nucleic acids. DNA is purified and used downstream for nucleic acid analysis (particularly metagenomics analysis where the genomes of two or more species/subspecies are identified).

[本発明1001]
a)試料を液体窒素溶液と混合することと、
b)第1の溶解液を添加することであって、前記第1の溶解液が、界面活性剤およびキレート剤を含む、前記添加することと、
c)第2の溶解液を添加することであって、前記第2の溶解液が、カオトロピック剤を含む、前記添加することと
を含む、方法。
[本発明1002]
前記試料と液体窒素溶液との前記混合が、前記試料と前記液体窒素との混合物を粉砕することをさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
前記第1の溶解液が、1つ以上の緩衝液、1つ以上のマイルドな界面活性剤、および/または1つ以上のプロテアーゼをさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1004]
前記第1の溶解液の前記界面活性剤が、SDSを含む、本発明1001の方法。
[本発明1005]
前記SDSの濃度が、約10%である、本発明1004の方法。
[本発明1006]
前記カオトロピック剤が、酢酸リチウムを含む、本発明1001の方法。
[本発明1007]
試料、液体窒素、前記第1の溶解液、および前記第2の溶解液の混合物が、熱ショック処理にさらに供される、本発明1006の方法。
[本発明1008]
前記試料が、前記第1の溶解液で処理する前に前処理ステップに供され、前記前処理ステップが、前記試料中に存在する任意の細菌胞子および/または真菌胞子の発芽を誘発する、本発明1001の方法。
[本発明1009]
前記前処理ステップが、前記試料をTween-80と混合することを含む、本発明1008の方法。
[本発明1010]
物理的溶解を引き起こす機械的処理ステップをさらに含み、前記機械的処理ステップが、超音波処理、ビーズ混合、ビーズミル均質化、加圧、顕微溶液化、またはこれらの組み合わせを含む、本発明1001の方法。
[本発明1011]
任意の抽出された遺伝物質をメタゲノミクス解析に供することをさらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1012]
前記試料が、対象の腸から得られる、本発明1001の方法。
[本発明1013]
前記メタゲノミクス解析が、前記対象が摂取した1つ以上の食物を同定する、本発明1011の方法。
[本発明1014]
前記メタゲノミクス解析が、前記対象が摂取した1つ以上の主要栄養素を同定する、本発明1011の方法。
[本発明1015]
前記メタゲノミクス解析に基づいて前記対象のプロバイオティクス治療を決定することをさらに含む、本発明1011の方法。
[本発明1016]
前記メタゲノミクス解析に基づいて前記対象の食事指針を決定することをさらに含む、本発明1011の方法。
[本発明1017]
対象の摂食量を決定する方法であって、
a)前記対象から得られた大便試料から遺伝物質を抽出することであって、前記遺伝物質が本発明1001にしたがって抽出される、前記抽出することと、
b)前記対象の前記摂食量を決定するために、前記第1の試料から抽出された前記遺伝物質をメタゲノミクス解析に供することと
を含む、前記方法。
[本発明1018]
前記対象を、前記摂食量の解析に基づいてプロバイオティクスまたは食物で治療することをさらに含む、本発明1017の方法。
[本発明1019]
生物のゲノムデータを有するデータベースであって、そのような生物の同定に有用なデータベースの使用を、メタゲノム解析が含む、本発明1017の方法。
[本発明1020]
前記データベースが、全ゲノムとして、より高いオーダーに共通でありかつ特定のものに固有の様々な長さのk-merとして、またはゲノムをバーコード化してそれらをシークエンシング結果に一致させる他の手段として処理され得る、本発明1019の方法。
[本発明1021]
メタゲノム解析が、
重複を除去すること、アダプタシークエンシングを除去すること、ベースコールのクオリティを向上させるために5’または3’シークエンシングを除去して特定のクオリティ(すなわち、Q20以上)のベースコールのみを含むこと、ヒトリードをフィルタリングすること、ペアードリードを作成またはそれらを分離すること、リードのオーバーラップを制限すること
から選択されるシークエンシング情報の前処理を含む、本発明1017の方法。
[本発明1022]
シークエンシング情報が、特定の長さのk-merに分割されてもよく、完全な断片として使用されてもよく、大規模レファレンスゲノムに対してスキャフォールディングおよびアライメントされてもよい、ソフトウェアまたはシステム
の使用により、前記シークエンシング情報を前記データベースにアライメントさせること、または、
同定された生物、同定された生物の相対的存在量、ゲノムサイズ、アライメントされた総計の断片、株か、種か、属か、科か、目か、綱か、門か、界か、もしくはドメインかにアライメントされた固有の断片、のレポートを作成するための、他の方法
を、メタゲノム解析が含む、本発明1019の方法。
[本発明1023]
マイクロバイオームプロファイルが、ディスバイオシスを示す疾患、障害、または特異的なシグネチャの同定を可能にし、前記マイクロバイオームを調節して前記根底にあるプロファイルを改善するために、プロバイオティクスおよび/または栄養補助治療を適用することができる、本発明1017の方法。
[本発明1024]
グループが、人口統計学的情報、表現型情報、または診断情報に基づいて作成され、およびそのプロファイルグループにバーコードが割り当てられる、本発明1023の方法。
[本発明1025]
統計解析が、個々のマイクロバイオームプロファイルがデータベース内の既知のグループとどの程度密接に関連しているかを決定するために使用される、本発明1024の方法。
[本発明1026]
対象のプロバイオティクス治療をモニタリングする方法であって、
a)前記対象から得られた第1の試料中に存在する任意の微生物から遺伝物質を抽出することであって、前記遺伝物質が本発明1001にしたがって抽出される、前記抽出することと、
b)前記第1の試料から抽出された前記遺伝物質をメタゲノミクス解析に供することと、
c)前記対象をプロバイオティクスで治療し、次いで、前記第1の試料からの前記遺伝物質の抽出と同様に前記対象から得られた第2の試料中に存在する任意の微生物から遺伝物質を抽出することと、
d)前記第2の試料から抽出された前記遺伝物質に対してメタゲノミクス解析を実行することと、
e)前記第1の試料の前記メタゲノミクス解析の結果を、前記第2の試料の前記メタゲノミクス解析の結果と比較することと
を含む、前記方法。
[本発明1027]
前記対象内で所望の微生物集団を得るために、前記プロバイオティクス治療を改変することをさらに含む、本発明1026の方法。
[本発明1028]
適切なプロバイオティクス治療を決定するために、メタボロ-ムマーカーの解析をさらに含む、本発明1026の方法。
[本発明1029]
プロバイオティクス治療が、抗生物質、化学療法、医薬品の使用、環境変化、旅行、汚染物質消化、腸管もしくは腸の梗塞、ストレス、または前記微生物集団の破壊が生じ得る他の作用の後に行われる、本発明1026の方法。
[本発明1030]
マイクロバイオームの調節が、個体を、前記個体が健康であることが分かっていたときの以前の微生物集団に戻すことである、本発明1027の方法。
[本発明1031]
プロバイオティクスおよび/またはプレバイオティクスによるマイクロバイオームの調節が、データベースによって内部的にまたは公開データベースによって外部的に定義された正常な腸にマイクロバイオームプロファイルを復元することである、本発明1027の方法。
[本発明1032]
糞便移植に使用されるが、ディスバイオシスを回復させるためのプロバイオティクス/プレバイオティクスとして使用される、糞便物質リポジトリ試料のマイクロバイオームプロファイルに類似するものとして、正常が定義される、本発明1031の方法。
[本発明1033]
メモリと、前記メモリに結合された1つ以上のプロセッサとを含むコンピューティングシステムであって、前記1つ以上のプロセッサが、本発明1017の方法を実行するための操作を実行するように構成される、前記コンピューティングシステム。
[本発明1034]
メモリと、前記メモリに結合された1つ以上のプロセッサとを含むコンピューティングシステムであって、前記1つ以上のプロセッサが、本発明1026の方法を実行するための操作を実行するように構成される、前記コンピューティングシステム。
[本発明1035]
本発明1001の方法を実行するための自動プラットフォーム。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、例示的かつ説明的なものに過ぎず、特許請求される本発明のさらなる説明を提供することが意図される。本発明のさらなる理解を提供するために任意の添付の図面が含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成し、本発明のいくつかの実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
[The present invention 1001]
a) mixing the sample with a liquid nitrogen solution;
b) adding a first solution, the first solution including a surfactant and a chelating agent;
and c) adding a second lysis solution, said second lysis solution comprising a chaotropic agent.
[The present invention 1002]
The method of claim 10, wherein said mixing of said sample with a liquid nitrogen solution further comprises grinding the mixture of said sample and said liquid nitrogen.
[The present invention 1003]
1001. The method of claim 1001, wherein said first lysis solution further comprises one or more buffers, one or more mild detergents, and/or one or more proteases.
[The present invention 1004]
1001. The method of claim 1001, wherein the surfactant in the first lysis solution comprises SDS.
[The present invention 1005]
The method of claim 1004, wherein the concentration of SDS is about 10%.
[The present invention 1006]
1001. The method of claim 1001, wherein the chaotropic agent comprises lithium acetate.
[The present invention 1007]
The method of claim 1006, wherein the mixture of the sample, liquid nitrogen, said first lysis solution, and said second lysis solution is further subjected to a heat shock treatment.
[The present invention 1008]
The method of claim 1001, wherein the sample is subjected to a pretreatment step prior to treatment with the first lysis solution, the pretreatment step inducing germination of any bacterial and/or fungal spores present in the sample.
[The present invention 1009]
The method of any one of claims 10 to 15, wherein said pretreatment step comprises mixing said sample with Tween-80.
[The present invention 1010]
The method of claim 1001, further comprising a mechanical treatment step to cause physical lysis, said mechanical treatment step comprising sonication, bead mixing, bead mill homogenization, pressurization, microfluidization, or a combination thereof.
[The present invention 1011]
The method of claim 1001, further comprising subjecting any extracted genetic material to metagenomics analysis.
[The present invention 1012]
The method of claim 10, wherein said sample is obtained from the intestine of a subject.
[The present invention 1013]
The method of claim 1011, wherein the metagenomics analysis identifies one or more foods ingested by the subject.
[The present invention 1014]
The method of any one of claims 10 to 11, wherein the metagenomics analysis identifies one or more macronutrients ingested by the subject.
[The present invention 1015]
The method of any one of claims 1 to 10, further comprising determining a probiotic treatment for said subject based on said metagenomics analysis.
[The present invention 1016]
The method of any one of claims 1 to 10, further comprising determining a dietary guideline for the subject based on the metagenomics analysis.
[The present invention 1017]
1. A method for determining food intake in a subject, comprising:
a) extracting genetic material from a stool sample obtained from said subject, said genetic material being extracted according to the present invention;
b) subjecting the genetic material extracted from the first sample to metagenomics analysis to determine the food intake of the subject.
[The present invention 1018]
The method of claim 1017, further comprising treating said subject with a probiotic or food based on said food intake analysis.
[The present invention 1019]
The method of the present invention 1017, wherein the metagenomic analysis involves the use of a database having genomic data of organisms, the database being useful for identifying such organisms.
[The present invention 1020]
The method of the present invention 1019, wherein the database can be treated as whole genomes, as k-mers of various lengths that are common to higher orders and specific to particular ones, or as other means of barcoding genomes and matching them to sequencing results.
[The present invention 1021]
Metagenomic analysis
The method of the present invention 1017 includes pre-processing of sequencing information selected from removing duplications, removing adapter sequencing, removing 5' or 3' sequencing to improve base call quality and include only base calls of a certain quality (i.e., Q20 or higher), filtering human reads, creating or separating paired reads, and limiting read overlap.
[The present invention 1022]
Aligning the sequencing information to the database using software or a system, where the sequencing information may be split into k-mers of a particular length, or may be used as complete fragments, or may be scaffolded and aligned to a large reference genome; or
The method of the present invention 1019, wherein the metagenomic analysis includes other methods for generating reports of identified organisms, relative abundance of identified organisms, genome size, total aligned fragments, unique fragments aligned to strain, species, genus, family, order, class, phylum, kingdom, or domain.
[The present invention 1023]
The method of the present invention 1017, wherein the microbiome profile allows for the identification of a disease, disorder, or specific signature indicative of dysbiosis, and probiotic and/or nutritional supplementation treatments can be applied to modulate the microbiome to improve the underlying profile.
[The present invention 1024]
The method of the present invention 1023, wherein groups are created based on demographic, phenotypic, or diagnostic information and a barcode is assigned to the profile group.
[The present invention 1025]
The method of the present invention 1024, wherein statistical analysis is used to determine how closely an individual's microbiome profile is related to known groups in the database.
[The present invention 1026]
1. A method for monitoring probiotic treatment in a subject, comprising:
a) extracting genetic material from any microorganisms present in a first sample obtained from said subject, said genetic material being extracted according to the invention 1001;
b) subjecting the genetic material extracted from the first sample to metagenomics analysis;
c) treating the subject with a probiotic and then extracting genetic material from any microorganisms present in a second sample obtained from the subject similar to the extraction of the genetic material from the first sample;
d) performing metagenomics analysis on the genetic material extracted from the second sample; and
e) comparing the results of the metagenomics analysis of the first sample with the results of the metagenomics analysis of the second sample.
[The present invention 1027]
The method of claim 1026, further comprising modifying said probiotic treatment to obtain a desired microbial population in said subject.
[The present invention 1028]
The method of claim 1026 further comprising analysis of metabolomic markers to determine an appropriate probiotic treatment.
[The present invention 1029]
The method of claim 1026, wherein the probiotic treatment is administered after antibiotics, chemotherapy, use of pharmaceutical drugs, environmental changes, travel, ingestion of contaminants, intestinal or intestinal obstruction, stress, or other action that may result in the disruption of the microbial population.
[The present invention 1030]
The method of claim 1027, wherein modulating the microbiome reverts an individual to a previous population of microorganisms when said individual was known to be healthy.
[The present invention 1031]
The method of the present invention 1027, wherein the modulation of the microbiome by probiotics and/or prebiotics is to restore the microbiome profile to a normal gut as defined internally by a database or externally by a public database.
[The present invention 1032]
The method of the present invention 1031, wherein normal is defined as similar to the microbiome profile of a fecal material repository sample used for fecal transplantation but used as a probiotic/prebiotic to reverse dysbiosis.
[The present invention 1033]
A computing system comprising a memory and one or more processors coupled to the memory, the one or more processors configured to execute operations to perform the method of the present invention 1017.
[The present invention 1034]
A computing system comprising a memory and one or more processors coupled to the memory, the one or more processors configured to execute operations to perform the method of the present invention 1026.
[The present invention 1035]
An automated platform for carrying out the method of the present invention 1001.
Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. Any accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention, are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate several embodiments of the invention, and together with the description serve to explain the principles of the invention.

ヒト(高タンパク質食、>50歳、補助食品使用者)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(prevalence organism)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic illustrating the presence of prevalence organisms in the human (high protein diet, >50 years old, supplement user) microbiome signature. ヒト(高炭水化物食、18~50歳、ベジタリアン食)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(細菌)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the presence of high prevalence organisms (bacteria) in the microbiome signature of humans (high carbohydrate diet, 18-50 years old, vegetarian diet). ヒト(高炭水化物食、18~50歳、ベジタリアン食)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(ウイルスおよびファージ)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic illustrating the presence of high prevalence organisms (viruses and phages) in the microbiome signature of humans (high carbohydrate diet, 18-50 years old, vegetarian diet). ヒト(高炭水化物食、18~50歳、ベジタリアン食)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(古細菌)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic illustrating the presence of high prevalence organisms (Archaea) in the microbiome signature of humans (high carbohydrate diet, 18-50 years old, vegetarian diet). ヒト(高炭水化物食、18~50歳、ベジタリアン食)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(真菌および他の真核生物)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic illustrating the presence of high prevalence organisms (fungi and other eukaryotes) in the microbiome signature of humans (high carbohydrate diet, 18-50 years old, vegetarian diet). ヒト(高炭水化物食、18~50歳、非ベジタリアン食)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(細菌)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the presence of high prevalence organisms (bacteria) in the microbiome signature of humans (high carbohydrate diet, 18-50 years old, non-vegetarian diet). ヒト(高炭水化物食、18~50歳、非ベジタリアン食)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(ウイルスおよびファージ)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic illustrating the presence of high prevalence organisms (viruses and phages) in the microbiome signature of humans (high carbohydrate diet, 18-50 years old, non-vegetarian diet). ヒト(高炭水化物食、18~50歳、非ベジタリアン食)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(古細菌)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic illustrating the presence of high prevalence organisms (Archaea) in the microbiome signature of humans (high carbohydrate diet, 18-50 years old, non-vegetarian diet). ヒト(高炭水化物食、18~50歳、非ベジタリアン食)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(真菌および他の真核生物)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic illustrating the presence of high prevalence organisms (fungi and other eukaryotes) in the microbiome signature of humans (high carbohydrate diet, 18-50 years old, non-vegetarian diet). ヒト(高乳タンパク質食、0~2歳、ベジタリアン授乳なし)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(細菌)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the presence of high prevalence organisms (bacteria) in the human (high milk protein diet, 0-2 years old, vegetarian non-breast-fed) microbiome signature. ヒト(高乳タンパク質食、0~2歳、ベジタリアン授乳なし)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(ウイルスおよびファージ)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic illustrating the presence of high prevalence organisms (viruses and phages) in the human (high milk protein diet, 0-2 years old, vegetarian non-breast-fed) microbiome signature. ヒト(高乳タンパク質食、0~2歳、ベジタリアン授乳なし)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(古細菌)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic illustrating the presence of high prevalence organisms (Archaea) in the human (high milk protein diet, 0-2 years old, vegetarian non-breast-fed) microbiome signature. ヒト(高乳タンパク質食、0~2歳、ベジタリアン授乳なし)のマイクロバイオームシグネチャの高保有率の生物(真菌および他の真核生物)の存在を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic illustrating the presence of high prevalence organisms (fungi and other eukaryotes) in the human (high milk protein diet, 0-2 years old, vegetarian non-breast-fed) microbiome signature. ヒトのマイクロバイオームシグネチャのより低い保有率生物の存在および日和見病原体の同定を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic showing the presence of lower prevalence organisms in human microbiome signatures and identification of opportunistic pathogens. ヒトのマイクロバイオームシグネチャにおいて検出された典型的なプロバイオティクスを示す概略図である。FIG. 1 is a schematic showing typical probiotics detected in human microbiome signatures. ヒトのマイクロバイオームシグネチャにおいて検出された典型的なプロバイオティクスを示す概略図である。FIG. 1 is a schematic showing typical probiotics detected in human microbiome signatures. 正常集団についての個々の相対的存在量とデータベース平均との比較を示す概略的グラフ図である。FIG. 1 is a schematic graph showing individual relative abundances compared to the database mean for the normal population. 食事補助食品混合培養物から本発明の方法を介して同定された生物を示す表である。1 is a table showing organisms identified via the methods of the present invention from dietary supplement mixed cultures. 本発明のデータベースに格納された種々の微生物の固有な種の分類を記載した表である。1 is a table listing the unique species classifications of various microorganisms stored in the database of the present invention. 本発明の一実施形態での個体からの例示的な人口統計学的情報を示す。1 shows exemplary demographic information from an individual in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態での魚介類に関連して検出された例示的な生物を示す。1 illustrates exemplary organisms detected in association with seafood in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における哺乳動物肉に関連して検出された例示的な生物を示す。1 shows exemplary organisms detected in association with mammalian meat in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における穀物に関連して検出された例示的な生物を示す。1 illustrates exemplary organisms detected in association with grain in one embodiment of the present invention.

発明の詳細な説明
本発明は、試料中の1つ以上の種類の微生物の多様な集団から核酸分子を抽出するための万能な方法を提供する。微生物の種類には、グラム陽性細菌、グラム陽性細菌胞子、グラム陰性細菌、古細菌、原生動物、寄生蠕虫、藻類、真菌、真菌胞子、ウイルス、ウイロイド、バクテリオファージ、およびワムシが含まれる。いくつかの実施形態では、多様な集団は、同じ種類の複数の異なる微生物、例えばグラム陽性細菌である。いくつかの実施形態では、多様な集団は、複数の異なる種類の微生物、例えば細菌(グラム陽性細菌、グラム陽性細菌胞子および/またはグラム陰性)、真菌、ウイルス、およびバクテリオファージである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PRESENTINVENTION The present invention provides a versatile method for extracting nucleic acid molecules from a diverse population of one or more types of microorganisms in a sample. The types of microorganisms include gram-positive bacteria, gram-positive bacterial spores, gram-negative bacteria, archaea, protozoa, parasitic helminths, algae, fungi, fungal spores, viruses, viroids, bacteriophages, and rotifers. In some embodiments, the diverse population is a plurality of different microorganisms of the same type, e.g., gram-positive bacteria. In some embodiments, the diverse population is a plurality of different types of microorganisms, e.g., bacteria (gram-positive bacteria, gram-positive bacterial spores, and/or gram-negative), fungi, viruses, and bacteriophages.

異なる種類の微生物は、自身の遺伝物質を保護するために異なる組成物および機構を有するため、同一の生体試料中の別の種類の微生物の遺伝物質も抽出する能力を損なうことなく、ある種類の微生物から遺伝物質を抽出することは、多くの場合困難である。しかしながら、本発明は、ある種類の微生物から得ることができる遺伝物質の量を、同じ試料中の別の種類の微生物の遺伝物質を抽出することによって犠牲にすることなく、試料中の異なる種類の微生物から遺伝物質を抽出することを可能にする。本発明によれば、微生物を含む試料は、生体試料、環境試料、人工的に作製された試料(例えば、実験室試験または対照試料、プロバイオティクス組成物または補助食品の試料等)であってもよい。生体試料の例としては、組織試料、血液試料、血漿試料、脳脊髄液試料、尿試料、糞便試料、消化管から得られた物質の試料、生物学的分泌物(例えば、精液、膣分泌物、母乳、涙液、唾液等)等が挙げられる。固体試料を液化または溶液と混合してもよく、次いで、混合物から得られた液化試料、混合物、または溶液中に存在する微生物の遺伝物質を本発明に従って抽出してもよい。抽出された遺伝物質は、精製、増幅、およびシークエンシング等のさらなる処理および解析に供され得る。 Because different types of microorganisms have different compositions and mechanisms for protecting their own genetic material, it is often difficult to extract genetic material from one type of microorganism without compromising the ability to also extract genetic material from another type of microorganism in the same biological sample. However, the present invention makes it possible to extract genetic material from different types of microorganisms in a sample without sacrificing the amount of genetic material that can be obtained from one type of microorganism by extracting genetic material from another type of microorganism in the same sample. According to the present invention, the sample containing the microorganism may be a biological sample, an environmental sample, an artificially created sample (e.g., a laboratory test or control sample, a sample of a probiotic composition or a food supplement, etc.). Examples of biological samples include tissue samples, blood samples, plasma samples, cerebrospinal fluid samples, urine samples, fecal samples, samples of material obtained from the digestive tract, biological secretions (e.g., semen, vaginal secretions, breast milk, tears, saliva, etc.), etc. A solid sample may be liquefied or mixed with a solution, and then the genetic material of the microorganisms present in the liquefied sample, mixture, or solution obtained from the mixture may be extracted according to the present invention. The extracted genetic material can be subjected to further processing and analysis, such as purification, amplification, and sequencing.

いくつかの実施形態では、例えば、遺伝物質が抽出された試料中の1つ以上の種類の微生物を同定するために、抽出された遺伝物質をメタゲノミクス解析に供する。追加の実施形態では、全ゲノムショットガンシークエンシングは、ヒト糞便試料から調製された抽出核酸物質に対して実行することができる。調製には、有機溶媒、不純物、塩、フェノール、および他のプロセス阻害汚染物質を除去するための核酸クリーンアップ反応が含まれる。追加の調製としては、各試料由来の核酸ライブラリ調製が挙げられ、gDNAは、合成、ナノポア、ロングリード、および/またはCMOS電子的シークエンシングによる大規模並列シークエンシング等のシークエンシングプラットフォーム上で配列決定するために試料を調製するための修飾および/または増幅を受ける。 In some embodiments, the extracted genetic material is subjected to metagenomics analysis, for example to identify one or more types of microorganisms in the sample from which the genetic material was extracted. In additional embodiments, whole genome shotgun sequencing can be performed on extracted nucleic acid material prepared from human fecal samples. Preparation includes nucleic acid clean-up reactions to remove organic solvents, impurities, salts, phenols, and other process-inhibiting contaminants. Additional preparation includes nucleic acid library preparation from each sample, where gDNA undergoes modification and/or amplification to prepare the sample for sequencing on a sequencing platform such as massively parallel sequencing by synthesis, nanopore, long read, and/or CMOS electronic sequencing.

本明細書に開示されるように、本発明の方法は、微生物を特定の順序で3つの異なる組成物に供することによって、同じ試料中に存在する1つ以上の異なる種類の微生物から遺伝物質を成功裏に抽出することを可能にする。本発明による方法は、第1に、試料中に存在する任意のグラム陰性細菌を溶解し、続いて、試料中に存在する任意の酵母および細菌の細胞壁の多糖成分を消化し、次いで、第2のステップ後に無傷である任意の細胞壁をカオトロピック剤で破壊することを含む。 As disclosed herein, the method of the present invention allows the successful extraction of genetic material from one or more different types of microorganisms present in the same sample by subjecting the microorganisms to three different compositions in a specific order. The method according to the present invention comprises, first, lysing any Gram-negative bacteria present in the sample, followed by digesting the polysaccharide components of any yeast and bacterial cell walls present in the sample, and then disrupting with a chaotropic agent any cell walls that are intact after the second step.

簡潔に述べると、一実施形態では、第1のステップは、試料を、界面活性剤(例えば、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS))およびキレート剤(例えば、エチレンジアミン四酢酸(EDTA))を含む第1の溶解液と混合して、試料中に存在する任意のグラム陰性細菌を溶解させることを含む。第1の溶解液は、1つ以上の緩衝液(例えば、Tris)、1つ以上のマイルドな界面活性剤(例えば、Triton(商標)X-100)、および/または1つ以上のプロテアーゼ(例えば、プロテイナーゼK)をさらに含み得る。 Briefly, in one embodiment, the first step involves mixing the sample with a first lysis solution that includes a detergent (e.g., sodium dodecyl sulfate (SDS)) and a chelating agent (e.g., ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)) to lyse any gram-negative bacteria present in the sample. The first lysis solution may further include one or more buffers (e.g., Tris), one or more mild detergents (e.g., Triton™ X-100), and/or one or more proteases (e.g., proteinase K).

第1のステップ後、試料をリゾチームを含む第2の溶解液と混合して、混合物中に存在する酵母および細菌の細胞壁の多糖成分を消化する。リゾチームは、第1の溶解液の活性を阻害し得るため、試料と第2の溶解液との接触は、第1の溶解液で試料を処理した後に起こることが重要である。 After the first step, the sample is mixed with a second lysis solution containing lysozyme to digest the polysaccharide components of the yeast and bacterial cell walls present in the mixture. It is important that contact between the sample and the second lysis solution occurs after treatment of the sample with the first lysis solution, since lysozyme can inhibit the activity of the first lysis solution.

第2の溶解液での処理後、カオトロピック剤(例えば、尿素、酢酸リチウム、塩酸グアニジン等)を含む第3の溶解液を混合物に添加して、第2の溶解液によって消化されない任意の細胞壁を破壊する。第3の溶解液は、SDS等の界面活性剤を含み得る。 After treatment with the second lysis solution, a third lysis solution containing a chaotropic agent (e.g., urea, lithium acetate, guanidine hydrochloride, etc.) is added to the mixture to disrupt any cell walls not digested by the second lysis solution. The third lysis solution may contain a detergent such as SDS.

いくつかの実施形態では、第1の溶解液および第3の溶解液の両方が、1~10%w/vの作用濃度でSDSを含む。いくつかの実施形態では、第3の溶解液で処理した後、混合物はさらに、カオトロピック剤(例えば、尿素、酢酸リチウム、塩酸グアニジン等)およびプロテイナーゼKを含む第4の溶解液で処理される。第3の溶解液のカオトロピック剤が酢酸リチウムであるいくつかの実施形態において、混合物は次いで熱ショック処理に供され、次いで第4の溶解液で処理され得る。 In some embodiments, both the first lysis solution and the third lysis solution contain SDS at a working concentration of 1-10% w/v. In some embodiments, after treatment with the third lysis solution, the mixture is further treated with a fourth lysis solution containing a chaotropic agent (e.g., urea, lithium acetate, guanidine hydrochloride, etc.) and proteinase K. In some embodiments where the chaotropic agent of the third lysis solution is lithium acetate, the mixture may then be subjected to a heat shock treatment and then treated with the fourth lysis solution.

ある特定の態様では、以下の開示は、DNA抽出、ならびに、肉、植物、果物、野菜、および/またはこれらの生物と共に含まれる微生物のデータベースからの食物DNA配列に基づく摂食量の決定、のために大便試料を使用するための万能な方法を説明する。本明細書に開示されるのは、試料中の1つ以上の種類の細胞または細胞成分の多様な集団から遺伝物質を抽出し、健康の改善および疾患の予防のために、摂取された食物および栄養素の内訳を決定する方法である。 In certain aspects, the disclosure below describes a versatile method for using stool samples for DNA extraction and determination of food intake based on food DNA sequences from a database of meat, plants, fruits, vegetables, and/or microorganisms contained with these organisms. Disclosed herein is a method for extracting genetic material from a diverse population of one or more types of cells or cellular components in a sample to determine the breakdown of food and nutrients ingested for improved health and prevention of disease.

いくつかの実施形態では、生物学的分泌物(例えば、精液、膣分泌物、母乳、涙、唾液、血液、尿等)は、消化管等から得られる。固体試料は、液化または溶液と混合され得、次いで、液化試料、混合物、または混合物から得られた溶液中の、例えば植物性(実生、葉、子葉、種子、胚乳、組織培養カルス、根等)、動物性、真菌類性、または原型生物性食物等の、遺伝物質を含む任意の食物の遺伝物質は、本発明または当該技術分野で既知の他の標準的な核酸抽出プロトコルに従って抽出することができる。いくつかの実施形態では、抽出された遺伝物質は、精製、増幅、およびシークエンシング等のさらなる処理および解析に供され得る。いくつかの実施形態では、例えば、遺伝物質が抽出された試料中の1つ以上の種類の生物を同定するために、抽出された遺伝物質をメタゲノミクス解析に供する。 In some embodiments, biological secretions (e.g., semen, vaginal secretions, breast milk, tears, saliva, blood, urine, etc.) are obtained from the digestive tract, etc. The solid sample may be liquefied or mixed with a solution, and then the genetic material of any food containing genetic material, such as plant (seedlings, leaves, cotyledons, seeds, endosperm, tissue culture callus, roots, etc.), animal, fungal, or protozoan foods, in the liquefied sample, mixture, or solution obtained from the mixture, can be extracted according to the present invention or other standard nucleic acid extraction protocols known in the art. In some embodiments, the extracted genetic material may be subjected to further processing and analysis, such as purification, amplification, and sequencing. In some embodiments, the extracted genetic material is subjected to metagenomics analysis, for example, to identify one or more types of organisms in the sample from which the genetic material was extracted.

いくつかの実施形態では、メタゲノム解析が利用するデータベースは、ヒトまたは他の動物によって摂取される生物または生物の成分の相対的存在量を有する核酸を同定して適切な系統内に分類学的に割り当てる、特定の目的のためにカスタマイズされている。いくつかの実施形態では、追加のデータテーブルまたはデータベースは、それらの食事を表すものとして、生物の腸試料の主要栄養素含有量を決定するために、生物の相対的存在量のルックアップとして使用され得る。いくつかの実施形態では、この主要栄養素の内訳には、脂肪、炭水化物、タンパク質、ビタミン ミネラル、および任意の主要栄養素の副成分が含まれ得る。 In some embodiments, the databases utilized by metagenomic analysis are customized for the specific purpose of identifying and taxonomically assigning nucleic acids with relative abundances of organisms or components of organisms ingested by humans or other animals within appropriate lineages. In some embodiments, additional data tables or databases may be used as a lookup of the relative abundances of organisms to determine the macronutrient content of gut samples of organisms as representative of their diet. In some embodiments, this macronutrient breakdown may include fat, carbohydrate, protein, vitamins minerals, and any macronutrient subcomponents.

本明細書に開示されるように、本発明の方法は、単離、精製、または核酸を捕捉するための他の方法に試料を供することによって、同じ試料中に存在する1つ以上の異なる種類の生物、生物の1つ以上の細胞、または細胞マトリックスもしくはオルガネラから遺伝物質を成功裏に抽出することを可能にする。本発明による方法は、限定されないが、任意の細胞壁および細胞膜を含む試料中の任意の食物細胞を溶解または破壊すること、試料中に存在する任意の真菌、植物、哺乳動物、または原生動物細胞の任意の細胞壁または膜の多糖またはリグニン成分を消化すること、ならびに消化ステップ後に無傷である任意の細胞壁をカオトロピック剤で破壊することを含む。 As disclosed herein, the methods of the invention allow for the successful extraction of genetic material from one or more different types of organisms, one or more cells of an organism, or a cell matrix or organelle present in the same sample by subjecting the sample to isolation, purification, or other methods for capturing nucleic acids. The methods according to the invention include, but are not limited to, lysing or disrupting any food cells in the sample, including any cell walls and cell membranes, digesting the polysaccharide or lignin components of any cell walls or membranes of any fungal, plant, mammalian, or protozoan cells present in the sample, and disrupting with a chaotropic agent any cell walls that are intact after the digestion step.

本発明は、化学的溶解の前に細胞壁を崩壊させ、かつ有害な細胞酵素を不活性化したままにするために、液体窒素瞬間冷凍および即時の機械的破壊または粉砕によって、食物細胞の細胞壁または膜を物理的に破壊するステップを含む。本発明は、試料を、界面活性剤(例えば、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS))およびキレート剤(例えば、エチレンジアミン四酢酸(EDTA))を含む第1の溶解液と混合して、試料中に存在する任意の動物細胞を溶解させることを含むステップを含む。第1の溶解液は、1つ以上の緩衝液(例えば、Tris)、1つ以上のマイルドな界面活性剤(例えば、Triton(商標)X-100、臭化セチルトリメチルアンモニウム)、および/または1つ以上のプロテアーゼ(例えば、プロテイナーゼK)をさらに含み得る。特定の実施形態では、第1の溶解液は、1~10%w/vの作用濃度でSDSを含む。本発明は、試料を、カオトロピック剤(例えば、尿素、酢酸リチウム、塩酸グアニジン等)を含む第2の溶解液と混合することを含むステップを含む。第2の溶解液は、SDS等の界面活性剤を含み得る。特定の例示的な実施形態では、第1および第2の溶解液は、任意の特定の順序で添加され得る。 The invention includes physically disrupting the cell walls or membranes of food cells by liquid nitrogen flash freezing and immediate mechanical disruption or grinding to disrupt the cell walls and keep harmful cellular enzymes inactive prior to chemical lysis. The invention includes mixing the sample with a first lysis solution that includes a detergent (e.g., sodium dodecyl sulfate (SDS)) and a chelating agent (e.g., ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)) to lyse any animal cells present in the sample. The first lysis solution may further include one or more buffers (e.g., Tris), one or more mild detergents (e.g., Triton™ X-100, cetyltrimethylammonium bromide), and/or one or more proteases (e.g., proteinase K). In certain embodiments, the first lysis solution includes SDS at a working concentration of 1-10% w/v. The invention includes mixing the sample with a second lysis solution that includes a chaotropic agent (e.g., urea, lithium acetate, guanidine hydrochloride, etc.). The second lysis solution may include a detergent, such as SDS. In certain exemplary embodiments, the first and second lysis solutions may be added in any particular order.

いくつかの実施形態では、本発明は、試料をリゾチームを含む第3の溶解液と混合して、混合物中に存在する任意の真菌または細菌細胞壁の多糖成分を消化することを含むステップを含み得る。いくつかの実施形態では、混合物は、カオトロピック剤(例えば尿素、酢酸リチウム、塩酸グアニジン等)およびプロテイナーゼKを含む第4の溶解液でさらに処理されてもよい。第4の溶解液のカオトロピック剤が酢酸リチウムであるいくつかの実施形態では、混合物は次いで熱ショック処理に供され得、次いで第4の溶解液で処理され得る。特定の例示的な実施形態では、第3および/または第4の溶液が、任意の時点で混合物に添加されて、任意の先行する溶解液によって消化されていない任意の細胞壁を破壊し得る。 In some embodiments, the invention may include a step involving mixing the sample with a third lysis solution containing lysozyme to digest any fungal or bacterial cell wall polysaccharide components present in the mixture. In some embodiments, the mixture may be further treated with a fourth lysis solution containing a chaotropic agent (e.g., urea, lithium acetate, guanidine hydrochloride, etc.) and proteinase K. In some embodiments where the chaotropic agent of the fourth lysis solution is lithium acetate, the mixture may then be subjected to a heat shock treatment and then treated with the fourth lysis solution. In certain exemplary embodiments, the third and/or fourth solutions may be added to the mixture at any time to destroy any cell walls not digested by any preceding lysis solution.

いくつかの実施形態では、試料が細菌胞子および/または真菌胞子を有するか、または有する疑いがある場合、試料は、第1の溶解液と接触する前に胞子の細胞壁の発芽を誘導する前処理ステップに供され得る。前処理ステップは、試料をマイルドな界面活性剤、例えば、Tween-80等の化学物質と混合して発芽を誘発すること、または発芽を誘発する条件下(例えば、温度)で試料を培養することを含み得る。発芽が化学物質で誘導されるいくつかの実施形態では、化学物質は好ましくは、第1、第2、および第3の溶解液の活性または有効性を阻害、低減、または改変しないものである。 In some embodiments, if the sample has or is suspected of having bacterial and/or fungal spores, the sample may be subjected to a pretreatment step to induce germination of the cell walls of the spores prior to contact with the first lysis solution. The pretreatment step may include mixing the sample with a chemical such as a mild detergent, e.g., Tween-80, to induce germination, or incubating the sample under conditions (e.g., temperature) that induce germination. In some embodiments where germination is induced with a chemical, the chemical preferably does not inhibit, reduce, or alter the activity or effectiveness of the first, second, and third lysis solutions.

いくつかの実施形態では、本発明による方法は、超音波処理、ビーズ混合、ビーズミル均質化、加圧、顕微溶液化等を含む機械的方法によって物理的溶解を引き起こす1つ以上の機械的処理ステップをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、機械的処理ステップは、試料を第1の溶解液に供する前に実行される。 In some embodiments, the methods according to the invention may further include one or more mechanical processing steps that induce physical lysis by mechanical methods including sonication, bead mixing, bead mill homogenization, pressurization, microfluidization, etc. In some embodiments, the mechanical processing step is performed prior to subjecting the sample to the first lysis solution.

実施形態では、本発明による方法は、酵母(すなわち、サッカロマイセス属の種(Saccharomyces spp.))、グラム陰性細菌(例えば、アシネトバクター属の種(Acinetobacter spp.))、グラム陽性細菌(例えば、ビフィドバクテリウム属の種(Bifidobacterium spp.)、ウイルス(例えば、スクレロティニア属の種(Sclerotinia spp.))、胞子(バチルス属の種(Bacillus spp.))、蠕虫(サナダムシ エキノコックス属の種(Echinococcus spp.))、原生動物(肉質虫類(Sarcodina)-アメーバ、例えばエントアメーバ属(Entamoeba))およびファージ(例えばラクトバチルス属(Lactobacillus)ファージ)を含む様々な微生物から核酸分子を抽出することができる。 In an embodiment, the method according to the invention is directed to the production and/or storage of bacteria, such as yeast (i.e., Saccharomyces spp.), Gram-negative bacteria (e.g., Acinetobacter spp.), Gram-positive bacteria (e.g., Bifidobacterium spp.), viruses (e.g., Sclerotinia spp.), spores (Bacillus spp.), helminths (e.g., tapeworms, Echinococcus spp.), and/or fungi (e.g., cephalosporins, cephalosporins, and/or fungi). Nucleic acid molecules can be extracted from a variety of microorganisms, including Bacillus subtilis spp.), protozoa (Sarcodina-amoeba, e.g., Entamoeba), and phages (e.g., Lactobacillus phage).

実施形態では、本発明による方法は、真菌(すなわち、サッカロマイセス属の種)、動物細胞(ウシ(Bos taurus))、植物(例えば、オオムギ(Hordeum vulgare))を含む様々な生物から核酸分子を抽出することができる。 In embodiments, the methods according to the present invention are capable of extracting nucleic acid molecules from a variety of organisms, including fungi (i.e., Saccharomyces spp.), animal cells (Bos taurus), and plants (e.g., Hordeum vulgare).

以下の実施例は、本発明を例示することを意図するが、限定するものではない。 The following examples are intended to illustrate, but not limit, the invention.

抽出方法A
10mg~5000mgの試料を滅菌2ミリリットル(mL)マイクロ遠心チューブに添加した。ビーズビーティングを、400マイクロリットル(μL)のビーズ純粋混合物を添加し、8000rpmで約30秒間ボルテックスすることによって、任意選択的に実行してもよい。しかしながら、高分子量核酸、例えばゲノムDNAを得ることが望ましい場合、ビーズビーティングは好ましくは回避される。
Extraction method A
10 mg to 5000 mg of sample was added to a sterile 2 milliliter (mL) microcentrifuge tube. Bead beating may be optionally performed by adding 400 microliters (μL) of the bead pure mixture and vortexing at 8000 rpm for about 30 seconds. However, if it is desired to obtain high molecular weight nucleic acids, such as genomic DNA, bead beating is preferably avoided.

第1の溶解液処理ステップ
試料中の任意のグラム陰性細菌を溶解するために、試料に約400μLの消化緩衝液(1%w/vSDS、25mMのTrisHCl、2.5mMのEDTA、1%のTriton(商標)X-100、pH8)および約20μLのプロテイナーゼKを添加することによって、試料を第1の溶解液に供し、穏やかに混合した。次いで、混合物を55℃で約30分間インキュベートした。
First Lysate Treatment Step To lyse any Gram-negative bacteria in the sample, the sample was subjected to a first lysis solution by adding about 400 μL of digestion buffer (1% w/v SDS, 25 mM TrisHCl, 2.5 mM EDTA, 1% Triton™ X-100, pH 8) and about 20 μL of proteinase K to the sample and gently mixed. The mixture was then incubated at 55° C. for about 30 minutes.

第2の溶解液処理ステップ
試料中の任意のグラム陽性細菌を溶解するために、グルコシドヒドラーゼ(「リゾチーム」)を含む第2の溶解液を第1の溶解液処理ステップから得られた混合物に添加して、最終リゾチーム濃度1mg/mLおよびpH約8.0を得た。好適なグルコシドヒドロラーゼは、様々な動物の卵白、涙、または粘液もしくは唾液を含む様々な供給源から得ることができる。次いで、混合物を37℃で約1~24時間インキュベートした。
Second Lysate Processing Step To lyse any Gram-positive bacteria in the sample, a second lysate containing glucoside hydrolase ("lysozyme") was added to the mixture resulting from the first lysate processing step to obtain a final lysozyme concentration of 1 mg/mL and a pH of about 8.0. Suitable glucoside hydrolases can be obtained from a variety of sources including egg whites, tears, or mucus or saliva of various animals. The mixture was then incubated at 37°C for about 1-24 hours.

第3の溶解液処理ステップ
試料中に存在する任意の真菌細胞および/または酵母細胞を溶解するために、蒸留滅菌H2O中1Mの酢酸リチウムおよび5%w/vのSDSを含む第3の溶解液を添加して、第2の溶解液処理ステップから生じる混合物の約1:5の希釈液を得た。処理された混合物を70℃で15分間インキュベートし、続いて95℃で1分間ヒートショックにかけ、次いで22℃の水浴に入れることによって室温にした。
Third Lysate Processing Step To lyse any fungal and/or yeast cells present in the sample, a third lysate containing 1 M lithium acetate and 5% w/v SDS in distilled, sterile H2O was added to obtain an approximately 1:5 dilution of the mixture resulting from the second lysate processing step. The processed mixture was incubated at 70°C for 15 minutes, followed by a heat shock at 95°C for 1 minute, and then brought to room temperature by placing in a 22°C water bath.

第2および第3の溶解液処理ステップは、バクテリオファージおよびウイルスの外皮を溶解するのに十分であるため、試料中に存在し得るバクテリオファージおよびウイルスから遺伝物質を抽出するための追加のステップは必要ない。 The second and third lysis solution treatment steps are sufficient to lyse the bacteriophage and viral coats, so no additional steps are required to extract genetic material from bacteriophages and viruses that may be present in the sample.

抽出方法B
溶解前処理ステップ
100~200mgの試料を滅菌2ミリリットル(mL)マイクロ遠心チューブに添加した。液体窒素500mLを加え、試料を30秒間凍結させる。次に、ペレットペッスルまたはのこぎり波発生器(saw-tooth generator)プローブを使用して、次のステップに進む前に試料を完全に粉砕する。
Extraction method B
Lysis Pretreatment Step: 100-200 mg of sample was added to a sterile 2 milliliter (mL) microcentrifuge tube. 500 mL of liquid nitrogen was added and the sample was frozen for 30 seconds. A pellet pestle or saw-tooth generator probe was then used to thoroughly grind the sample before proceeding to the next step.

第1の溶解液処理ステップ
試料中の任意の動物、真菌、および原生動物食物細胞膜を溶解するために、試料に約400μLの消化緩衝液(1%w/vSDS、25mMのTrisHCl、2.5mMのEDTA、1%のTriton(商標)X-100、1.2MのNaCl pH8)および約20μLのプロテイナーゼKを添加することによって、試料を第1の溶解液に供し、穏やかに混合した。次いで、混合物を55℃で約30分間インキュベートした。
First Lysate Treatment Step To lyse any animal, fungal, and protozoan food cell membranes in the sample, the sample was subjected to a first lysis solution by adding about 400 μL of digestion buffer (1% w/v SDS, 25 mM TrisHCl, 2.5 mM EDTA, 1% Triton™ X-100, 1.2 M NaCl pH 8) and about 20 μL of proteinase K to the sample and gently mixed. The mixture was then incubated at 55° C. for about 30 minutes.

第2の溶解液処理ステップ
試料中に存在する任意の真菌細胞および/または酵母細胞を溶解するために、蒸留滅菌H2O中の1M酢酸リチウムおよび5%w/vのSDSを含む第2の溶解液を添加して、第1の溶解液処理ステップから生じる混合物の約1:5の希釈液を得た。処理された混合物を70℃で15分間インキュベートし、続いて95℃で1分間ヒートショックにかけ、次いで22℃の水浴に入れることによって室温にした。
Second Lysate Processing Step To lyse any fungal and/or yeast cells present in the sample, a second lysate containing 1 M lithium acetate and 5% w/v SDS in distilled, sterile H2O was added to obtain an approximately 1:5 dilution of the mixture resulting from the first lysate processing step. The processed mixture was incubated at 70°C for 15 minutes, followed by a heat shock at 95°C for 1 minute, and then brought to room temperature by placing in a 22°C water bath.

核酸精製
一実施形態では、溶解微生物から抽出された遺伝物質、すなわち、第1、第2、および第3の溶解液処理ステップに供された後に混合物中に存在する核酸分子は、次に混合物を2つのマイクロ遠心チューブに分割することによってDNAおよびRNA精製物に精製した。約20μLのRNAse Aを添加し、室温で5分間インキュベートすることによって、DNAを1つのチューブから抽出した。混合物を生体高分子組織ホモジナイザカラムに通した。ビーズビーティングを前もって実行した場合、混合物を組織ホモジナイザカラムにかけることは、回避することが好ましい。
Nucleic Acid Purification In one embodiment, the genetic material extracted from the lysed microorganisms, i.e., the nucleic acid molecules present in the mixture after being subjected to the first, second, and third lysate processing steps, was then purified into DNA and RNA purification by splitting the mixture into two microcentrifuge tubes. DNA was extracted from one tube by adding about 20 μL of RNAse A and incubating at room temperature for 5 minutes. The mixture was passed through a biopolymer tissue homogenizer column. If bead-beating was performed beforehand, it is preferable to avoid passing the mixture through a tissue homogenizer column.

次いで、溶出液を1000gで5分間遠心分離した。上清を約400μLのDNA溶解液(グアニジンHCl、Tris-EDTA、および70%EtOH)および約20μLのプロテイナーゼKで処理し、混合し、次いで55℃で10分間インキュベートした。次に、-22℃でEtOHを添加し、反転させて混合物を混合した。混合物は、当該技術分野で既知の1つ以上の追加のDNA抽出および精製方法に供され得る。 The eluate was then centrifuged at 1000 g for 5 minutes. The supernatant was treated with approximately 400 μL of DNA lysis solution (guanidine HCl, Tris-EDTA, and 70% EtOH) and approximately 20 μL of proteinase K, mixed, and then incubated at 55°C for 10 minutes. EtOH was then added at -22°C and the mixture was mixed by inversion. The mixture may be subjected to one or more additional DNA extraction and purification methods known in the art.

RNAを、生体高分子組織ホモジナイザカラムに混合物を通すことによって、第2のマイクロ遠心チューブから抽出した。再度、ビーズビーティングを前もって実行した場合、混合物を組織ホモジナイザカラムにかけることは、回避することが好ましい。次いで、溶出液を1000gで5分間遠心分離した。上清を25mMのMgCl2溶液中の約40μLのDNase I(1U)で処理し、次いで37度で約15分間インキュベートした。次いで、混合物を酸グアニジニウムチオシアネート-フェノール-クロロホルム抽出に供した。混合物は、当該技術分野で既知の1つ以上の追加のRNA抽出および精製方法に供され得る。 RNA was extracted from the second microcentrifuge tube by passing the mixture through a biopolymer tissue homogenizer column. Again, if bead beating was performed beforehand, it is preferable to avoid passing the mixture through a tissue homogenizer column. The eluate was then centrifuged at 1000 g for 5 minutes. The supernatant was treated with about 40 μL of DNase I (1 U) in 25 mM MgCl2 solution and then incubated at 37 degrees for about 15 minutes. The mixture was then subjected to acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction. The mixture may be subjected to one or more additional RNA extraction and purification methods known in the art.

一実施形態では、溶解微生物から抽出された遺伝物質、すなわち、第1、第2、および前溶解処理ステップに供された後に混合物中に存在する核酸分子は、次いで混合物を2つのマイクロ遠心チューブに分割することによってDNAおよびRNA精製した。約20?LのRNAse Aを添加し、室温で5分間インキュベートすることによって、DNAを1つのチューブから抽出した。 In one embodiment, the genetic material extracted from the lysed microorganisms, i.e., the nucleic acid molecules present in the mixture after being subjected to the first, second, and pre-lysis treatment steps, was then DNA and RNA purified by splitting the mixture into two microcentrifuge tubes. DNA was extracted from one tube by adding approximately 20 L of RNAse A and incubating at room temperature for 5 minutes.

次いで、溶出液を1000gで5分間遠心分離した。上清を約400μLのDNA溶解液(グアニジンHCl、Tris-EDTA、および70%EtOH)および約20μLのプロテイナーゼKで処理し、混合し、次いで55℃で10分間インキュベートした。次に、-22℃でEtOHを添加し、反転させて混合物を混合した。混合物は、当該技術分野で既知の1つ以上の追加のDNA抽出および精製方法に供され得る。 The eluate was then centrifuged at 1000 g for 5 minutes. The supernatant was treated with approximately 400 μL of DNA lysis solution (guanidine HCl, Tris-EDTA, and 70% EtOH) and approximately 20 μL of proteinase K, mixed, and then incubated at 55°C for 10 minutes. EtOH was then added at -22°C and the mixture was mixed by inversion. The mixture may be subjected to one or more additional DNA extraction and purification methods known in the art.

RNAを第2のマイクロ遠心チューブから抽出した。次いで、溶出液を1000gで5分間遠心分離した。上清を25mMのMgCl2溶液中の約40μLのDNase I(1U)で処理し、次いで37度で約15分間インキュベートした。次いで、混合物を酸グアニジニウムチオシアネート-フェノール-クロロホルム抽出に供した。混合物は、当該技術分野で既知の1つ以上の追加のRNA抽出および精製方法に供され得る。 The RNA was extracted from the second microcentrifuge tube. The eluate was then centrifuged at 1000 g for 5 minutes. The supernatant was treated with about 40 μL of DNase I (1 U) in 25 mM MgCl2 solution and then incubated at 37 degrees for about 15 minutes. The mixture was then subjected to acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction. The mixture may be subjected to one or more additional RNA extraction and purification methods known in the art.

RNA分子の定量的発現が所望されるいくつかの実施形態では、RNA核酸分子の放出および限定された分解を確実にするため、RNA安定化緩衝液およびビーズビーティングの使用が好ましい。 In some embodiments where quantitative expression of RNA molecules is desired, the use of RNA stabilizing buffers and bead beating is preferred to ensure release and limited degradation of the RNA nucleic acid molecules.

高分子量核酸分子の抽出が所望されるいくつかの実施形態では、ビーズビーティングおよび組織ホモジナイズカラムが回避され、シリカカラムベースの抽出の代わりにフェノール-クロロホルム-アルコール抽出が実行される。いくつかの実施形態において、磁気ビーズベースの核酸精製を実行してもよい。核酸の選択的分子量を除去し、試料を精製するために、アガロースゲルベースの精製および濃縮を実行してもよい。 In some embodiments where extraction of high molecular weight nucleic acid molecules is desired, bead beating and tissue homogenization columns are avoided and phenol-chloroform-alcohol extraction is performed instead of silica column based extraction. In some embodiments, magnetic bead based nucleic acid purification may be performed. Agarose gel based purification and concentration may be performed to remove selective molecular weights of nucleic acids and purify the sample.

メタゲノミクス解析
一実施形態では、抽出および精製された遺伝物質をIlluminaインデックスアダプタを使用してシークエンシングのために調製し、サイズおよび量をチェックした。低サイクルPCRは、50ng未満のDNAの任意の投入に対して1~20サイクルで実行され、それ以外の場合は、50ng以上の核酸に対して、PCRフリーのライブラリ調製方法を利用することができる。ゲル精製は、Qiagen Gel Purification Kit(商標)(Qiagen,Frederick,MD)を用いて実行した。クリーンPCR産物を、Qubit(商標)2.0フルオロメータ(Life Technologies,Carlsbad,CA)を用いて定量化した。試料を等モル量で組み合わせた。ライブラリプールを、Fragment Analyzer(商標)CE(Advanced Analytical Technologies Inc.,Ames IA)を使用してサイズ検証し、Qubit(商標)High Sensitivity dsDNAキット(Life Technologies,Carlsbad,CA)を使用して定量化した。希釈後、1%~10%のPhiX(商標)V3ライブラリ対照(Illumina,San Diego CA)のスパイク、プールを0.1N NaOHの等しい体積で5分間変性させ、次いでIlluminaのHT1緩衝液中でさらに希釈した。変性およびPhiX(商標)スパイクしたプールをIlluminaシークエンシングプライマーを有するIllumina Next Generation(商標)シーケンサにロードし、50~550塩基、ペアードエンドまたはシングルリードに設定した。
Metagenomics Analysis In one embodiment, extracted and purified genetic material was prepared for sequencing using Illumina index adapters to check size and quantity. Low cycle PCR was performed for 1-20 cycles for any input of less than 50 ng of DNA, otherwise PCR-free library preparation methods can be utilized for 50 ng or more of nucleic acid. Gel purification was performed using the Qiagen Gel Purification Kit™ (Qiagen, Frederick, MD). Clean PCR products were quantified using a Qubit™ 2.0 fluorometer (Life Technologies, Carlsbad, CA). Samples were combined in equimolar amounts. Library pools were size verified using a Fragment Analyzer™ CE (Advanced Analytical Technologies Inc., Ames IA) and quantified using a Qubit™ High Sensitivity dsDNA kit (Life Technologies, Carlsbad, CA). After dilution and spiking with 1%-10% PhiX™ V3 Library Control (Illumina, San Diego CA), pools were denatured with an equal volume of 0.1 N NaOH for 5 minutes and then further diluted in Illumina's HT1 buffer. The denatured and PhiX™-spiked pools were loaded onto an Illumina Next Generation™ sequencer with Illumina sequencing primers set to 50-550 bases, paired end or single read.

この方法には、短いインサートの方法のための、1000以上の範囲のシークエンシングリードを使用することができる。Pac Bio(商標)、Nanopore(商標)、または他の次の遺伝子シークエンシング方法等の大型のインサートの方法は、1000未満のシークエンシングリードを使用することができる。分類の割り当ての前にバイオインフォマティクスのクオリティフィルタリングを実行した。生のシークエンシングファイルのクオリティトリミングは、シークエンシングアダプタまたはインデックスの除去;クオリティスコア(Q20>)、末端の塩基対、またはシグナル強度に基づいてリードの3’または5’末端をトリミングすること;クオリティスコア、GC含有量、またはアライメントされていない塩基対に基づいてリードを除去すること;設定された数の塩基対で重複リードを除去することを含み得る。処理されたシークエンシングファイルのアライメントは、refseq(商標)、Greengeens(商標)、HMP(商標)、NCBI(商標)、PATRIC(商標)、または他の公開/私有データリポジトリもしくは社内データセットからの配列からなるカスタム微生物ゲノムデータベースを使用して行った。このデータベースは、完全なゲノムアライメント足場、k-mer断片アライメント、またはメタゲノミクスおよびバイオインフォマティクスの技術分野で実践されている他のスキームとして使用され得る。データベースゲノムに一致するシークエンシングリード/断片の数に基づいて、生物に共通または固有の分類学的同一性を割り当てる。この識別子は、マッチングシークエンシングリードを分類群内の生物または株に関連付ける、バーコード、ヌクレオチド配列、またはいくつかの他の計算タグであってもよい。いくつかの識別子は、より高いオーダーであり、生物のドメイン、界、門、綱、目、科、または属を識別する。 This method can use sequencing reads in the range of 1000 or more for short insert methods. Large insert methods such as Pac Bio™, Nanopore™, or other next gene sequencing methods can use less than 1000 sequencing reads. Bioinformatics quality filtering was performed before taxonomy assignment. Quality trimming of raw sequencing files can include removing sequencing adapters or indexes; trimming the 3' or 5' ends of reads based on quality score (Q20>), terminal base pairs, or signal intensity; removing reads based on quality score, GC content, or unaligned base pairs; removing duplicate reads at a set number of base pairs. Alignment of processed sequencing files was performed using a custom microbial genome database consisting of sequences from refseq™, Greengeens™, HMP™, NCBI™, PATRIC™, or other public/proprietary data repositories or in-house datasets. This database can be used as a complete genome alignment scaffold, k-mer fragment alignment, or other schemes practiced in the art of metagenomics and bioinformatics. Organisms are assigned a common or unique taxonomic identity based on the number of sequencing reads/fragments that match the database genome. This identifier may be a barcode, nucleotide sequence, or some other computational tag that associates matching sequencing reads with organisms or strains within a taxon. Some identifiers are higher order and identify the domain, kingdom, phylum, class, order, family, or genus of the organism.

本発明は、種内の株の最も低いオーダーで生物を識別することができる。 The present invention can identify organisms at the lowest order of strain within a species.

実施形態では、本発明は、当社のデータベース内に含まれる1つ以上の細菌の同定および/または解析を含む(図10)。いくつかの選択された例は、バチルス・クラウジイ(Bacillus clausii)、ビフィドバクテリウム・アニマリス(Bifidobacterium animalis)、ペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)、アシネトバクター・インディカス(Acinetobacter indicus)、ラクトバチルス・サリヴァリウス(Lactobacillus salivarius)、アシネトバクター属、バチルス・アミロリケファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)、ラクトバチルス・ヘルヴェティクス(Lactobacillus helveticus)、バチルス・スブチリス(Bacillus subtilis)、ラクトバチルス・プランタルム(Lactobacillus plantarum)、ビフィドバクテリウム・ロングム(Bifidobacterium longum)亜種インファンティス(infantis)、エンテロコッカス・ヒラエ(Enterococcus hirae)、ラクトバチルス・デルブリッキー(Lactobacillus delbrueckii)亜種ブルガリクス(bulgaricus)、エンテロコッカス属、ラクトバチルス・ラムノサス(Lactobacillus rhamnosus)、ラクトコッカス・ラクチス(Lactococcus lactis)、シュードモナス・スタッツェリ(Pseudomonas stutzeri)、ラクトバチルス・アシドフィルス(Lactobacillus acidophilus)、クレブシエラ属(Klebsiella)およびエンテロバクター・クロアカエ(Enterobacter cloacae)株である。 In an embodiment, the invention includes identification and/or analysis of one or more bacteria contained within our database (Figure 10). Some selected examples are Bacillus clausii, Bifidobacterium animalis, Pediococcus acidilactici, Acinetobacter indicus, Lactobacillus salivarius, Acinetobacter spp., Bacillus amyloliquefaciens, Lactobacillus helveticus, and others. helveticus, Bacillus subtilis, Lactobacillus plantarum, Bifidobacterium longum subsp. infantis, Enterococcus hirae, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Enterococcus spp., Lactobacillus rhamnosus, Lactococcus lactis lactis, Pseudomonas stutzeri, Lactobacillus acidophilus, Klebsiella and Enterobacter cloacae strains.

実施形態では、本発明は、当社のデータベース内に含まれる1つ以上の酵母の同定および/または解析を含む(図10)。いくつかの選択された例は、サッカロマイセス属の種ブラウディ(Boulardii)、サッカロマイセス・クドリアヴゼヴィイ(Saccharomyces kudriavzevii)、サッカロマイセス・パストリアヌス(Saccharomyces pastorianus)およびサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)である。 In embodiments, the present invention includes the identification and/or characterization of one or more yeasts contained within our database (FIG. 10). Some selected examples are Saccharomyces species Boulardii, Saccharomyces kudriavzevii, Saccharomyces pastorianus, and Saccharomyces cerevisiae.

実施形態では、本発明は、当社のデータベース内に含まれる1つ以上のファージまたはウイルスの同定および/または解析を含む(図10)。いくつかの選択された例は、バチルスファージphi29、腸内細菌(Enterobacteria)ファージHK022、ラクトバチルスファージA2、エシェリキア属(Escherichia)ファージHK639、ファージcdtI、スクレロティニア・スクレロティオルム(Sclerotinia sclerotiorum)パルティティウイルス(partitivirus)Sセグメント2、バークホルデリア属(Burkholderia)ファージBcepMu、ラクトコッカス属プロファージbIL311、エンテロコッカスファージphiFL4AおよびストレプトコッカスファージSM1である。 In embodiments, the invention includes the identification and/or analysis of one or more phages or viruses contained within our database (FIG. 10). Some selected examples are Bacillus phage phi29, Enterobacteria phage HK022, Lactobacillus phage A2, Escherichia phage HK639, phage cdtI, Sclerotinia sclerotiorum partitivirus S segment 2, Burkholderia phage BcepMu, Lactococcus prophage bIL311, Enterococcus phage phiFL4A, and Streptococcus phage SM1.

今後のデータベースの改善により、この方法で検出できる生物が増加または洗練する。 Future improvements to the database will increase or refine the organisms that can be detected using this method.

一実施形態では、抽出および精製された遺伝物質をIlluminaインデックスアダプタを使用してシークエンシングのために調製し、サイズおよび量をチェックした。低サイクルPCRを実行でき、または標準的なPCRフリー方法で実行することもできる。ゲル精製は、Qiagen Gel Purification Kit(商標)(Qiagen,Frederick,MD)を用いて実行した。クリーンPCR産物を、Qubit(商標)2.0フルオロメータ(Life Technologies,Carlsbad,CA)を用いて定量化した。試料を等モル量で組み合わせた。ライブラリプールを、Fragment Analyzer(商標)CE(Advanced Analytical Technologies Inc.,Ames IA)を使用してサイズ検証し、Qubit(商標)High Sensitivity dsDNAキット(Life Technologies,Carlsbad,CA)を使用して定量化した。希釈後、10%PhiX(商標)V3ライブラリ対照(Illumina,San Diego CA)のスパイク、プールを0.1N NaOHの等しい体積で5分間変性させ、次いでIlluminaのHT1緩衝液中でさらに希釈した。変性およびPhiX(商標)スパイクしたプールをIlluminaシークエンシングプライマーを有するIllumina(商標)次世代シーケンサにロードし、150塩基のペアードエンドリードに設定した。分類の割り当ての前にバイオインフォマティクスのクオリティフィルタリングを実行した。 In one embodiment, the extracted and purified genetic material was prepared for sequencing using Illumina index adapters to check size and quantity. Low cycle PCR can be performed or standard PCR-free methods can be performed. Gel purification was performed using the Qiagen Gel Purification Kit™ (Qiagen, Frederick, MD). Clean PCR products were quantified using a Qubit™ 2.0 fluorometer (Life Technologies, Carlsbad, CA). Samples were combined in equimolar amounts. Library pools were size verified using a Fragment Analyzer™ CE (Advanced Analytical Technologies Inc., Ames IA) and quantified using a Qubit™ High Sensitivity dsDNA kit (Life Technologies, Carlsbad, CA). After dilution and spiking with 10% PhiX™ V3 Library Control (Illumina, San Diego CA), pools were denatured with an equal volume of 0.1 N NaOH for 5 minutes and then further diluted in Illumina's HT1 buffer. The denatured and PhiX™ spiked pools were loaded onto an Illumina™ next-generation sequencer with Illumina sequencing primers set to 150 base paired-end reads. Bioinformatics quality filtering was performed prior to taxonomic assignment.

表1を使用して、個体が以下を摂取したと判断する: Using Table 1, determine that the individual has ingested:

(表1)

Figure 2024063020000002
(Table 1)
Figure 2024063020000002

主要栄養素摂取量のモニタリングと食事指導
いくつかの実施形態では、本発明は対象における食物により摂取する栄養、量、および質をモニターするために使用され得る。例えば、プロバイオティクスでの治療の前に、対象の消化管から得られた試料が取得され、本明細書に開示されるようにその中の食物生物の遺伝物質が抽出され、メタゲノミクス解析に供され得る。全体の、部分的な、または不完全な参照ゲノム、RNA、または核酸成分または断片で構成されるカスタマイズされた食物固有のデータベースは、シークエンシングから核酸情報を同定、定量化、および分類学的に割り当てるために、バイオインフォマティクスツールによって利用される。その出力は、以下の表2に例示され、腸内にいた生物の種または生物の細胞の同定を含む。
Monitoring macronutrient intake and dietary guidance In some embodiments, the present invention can be used to monitor the nutrition, quantity, and quality of food intake in a subject. For example, before treatment with probiotics, a sample obtained from the subject's digestive tract can be obtained, and the genetic material of the food organism therein can be extracted and subjected to metagenomics analysis as disclosed herein. A customized food-specific database consisting of whole, partial, or incomplete reference genomes, RNA, or nucleic acid components or fragments is utilized by bioinformatics tools to identify, quantify, and taxonomically assign nucleic acid information from sequencing. The output is exemplified in Table 2 below, and includes the identification of the species of organism or cells of the organism that were in the gut.

(表2)

Figure 2024063020000003
(Table 2)
Figure 2024063020000003

次いで、所与のプロバイオティクスによる治療中および/または治療後に、第2の試料が、対象の消化管から取得され、第2の試料中の微生物の遺伝物質が抽出され、メタゲノミクス解析に供され得、その結果は、第1の試料のメタゲノミクス解析の結果と比較される。次に、比較結果に基づいて、食物生物の結果をマイクロバイオーム生物の結果と比較して、食物に関連する微生物を理解し、全体的な食物品質評価を行うことができる。いくつかの実施形態では、これは、個体がその食物源を通して摂取している生物の種についての情報、および、選択または直接の改変のいずれかによる、その種に対する任意の遺伝子改変、突然変異、または不規則性についての情報を提供し得る。 Then, during and/or after treatment with a given probiotic, a second sample may be obtained from the subject's digestive tract and the genetic material of the microorganisms in the second sample may be extracted and subjected to metagenomic analysis, the results of which are compared to the results of the metagenomic analysis of the first sample. Based on the comparison results, the food biology results may then be compared to the microbiome biology results to understand the microorganisms associated with the food and to make an overall food quality assessment. In some embodiments, this may provide information about the species of organisms that an individual is ingesting through their food sources, and about any genetic modifications, mutations, or irregularities to that species, either by selection or direct modification.

いくつかの実施形態では、マイクロバイオーム解析の第2の試料は、食物生物に共通する微生物の検出を可能にし、かつ食物生物の健康に関する情報を提供する。いくつかの実施形態では、ヒトが消費する食物は、その種が特定され、それらに特異的な微生物と一致する、一般的な食物源、例えばニワトリ、ウシ、ブタ、またはさらには植物、および原生生物等の一部であってもよい。特定の例示的な実施形態では、ニワトリ肉腫ウイルスを有し得るニワトリ種は、解析された第2の腸内マイクロバイオーム試料中に検出され得る。いくつかの実施形態では、摂取される食物生物の健康は、宿主生物の健康に悪影響を及ぼす微生物の存在または不在によって決定され得る。特定の例示的な実施形態では、ウマにおける呼吸器疾患であるウマヘルペスウィルス2型等の疾患が、宿主生物の健康に影響を及ぼし得ることが検出され得る。 In some embodiments, the second sample of the microbiome analysis allows for the detection of microorganisms common to the food organism and provides information about the health of the food organism. In some embodiments, food consumed by humans may be part of a common food source, such as chicken, cow, pig, or even plants and protists, whose species are identified and matched with their specific microorganisms. In certain exemplary embodiments, chicken species, which may have chicken sarcoma virus, may be detected in the analyzed second gut microbiome sample. In some embodiments, the health of the ingested food organism may be determined by the presence or absence of microorganisms that adversely affect the health of the host organism. In certain exemplary embodiments, it may be detected that diseases such as Equine Herpesvirus 2, a respiratory disease in horses, may affect the health of the host organism.

いくつかの実施形態では、本発明は、所与の対象の腸内マイクロバイオームをスクリーニングし、次いで、栄養バランス、改善された微生物腸プロファイル、および栄養素の吸収の側面について健康の質を改善させることを可能にする食物または食事レジメンを対象に合わせて調整する(custom tailor)ために使用され得る。 In some embodiments, the present invention can be used to screen the gut microbiome of a given subject and then custom tailor a food or dietary regimen to the subject that allows for improved health quality in terms of nutritional balance, improved microbial gut profile, and nutrient absorption.

プロバイオティクス治療のモニタリング
いくつかの実施形態では、本発明は対象におけるプロバイオティクス治療をモニターするために使用され得る。例えば、プロバイオティクスでの治療の前に、対象の消化管から得られた試料を取得し、本明細書に開示されるように、その中の微生物の遺伝物質を抽出し、メタゲノミクス解析に供することができる。次いで、所与のプロバイオティクスでの治療中および/または治療後、第2の試料が対象の消化管から得られおよび第2の試料中の微生物の遺伝物質が本明細書に開示されるように抽出され、メタゲノミクス解析に供され得、その結果が、第1の試料のメタゲノミクス解析の結果と比較される。次いで、比較結果に基づいて、対象のプロバイオティクス治療を改変して、対象の腸内に所望の微生物集団を得ることができる。例えば、その量が対象の腸内で増加するそのことが所望される微生物を含むプロバイオティクスを対象に投与してもよい。
Monitoring Probiotic Treatment In some embodiments, the present invention can be used to monitor probiotic treatment in a subject. For example, before treatment with a probiotic, a sample obtained from the subject's digestive tract can be obtained, and the genetic material of the microorganisms therein can be extracted and subjected to metagenomics analysis as disclosed herein. Then, during and/or after treatment with a given probiotic, a second sample can be obtained from the subject's digestive tract and the genetic material of the microorganisms in the second sample can be extracted and subjected to metagenomics analysis as disclosed herein, and the results are compared with the results of the metagenomics analysis of the first sample. Then, based on the comparison results, the subject's probiotic treatment can be modified to obtain a desired microbial population in the subject's intestine. For example, a probiotic containing a desired microorganism whose amount is increased in the subject's intestine can be administered to the subject.

いくつかの実施形態では、糞便試料は微生物糞便群のメタボロ-ムの判定のために混合または培養され得る。次いで、メタボロームプロファイルを使用して、個体に利益をもたらすプロバイオティクス株を決定することができる。メタボロームプロファイルの例としては、エネルギー代謝、栄養素利用、インスリン抵抗性、脂肪性、脂質異常症、炎症、短鎖脂肪酸、有機酸、サイトカイン、神経伝達物質化学物質または表現型に影響を与えるものが挙げられ、他のメタボロームマーカーを含み得る。 In some embodiments, fecal samples may be mixed or cultured for determination of the metabolome of the microbial fecal population. The metabolomic profile may then be used to determine probiotic strains that will benefit the individual. Examples of metabolomic profiles include those that affect energy metabolism, nutrient utilization, insulin resistance, adiposity, dyslipidemia, inflammation, short chain fatty acids, organic acids, cytokines, neurotransmitters chemicals or phenotypes and may include other metabolomic markers.

マイクロバイオームスクリーニングとプロバイオティクスの選択
本発明は、様々な市販のプロバイオティクスの微生物含有量を決定するために成功裏に使用された。さらに、本発明の方法を使用して、様々なプロバイオティクスの微生物含有量および対象の腸内のマイクロバイオーム含有量を決定する。一実施形態では、対象の腸内のマイクロバイオーム含有量およびそれに対する任意の所望の変化に基づいて、対象のマイクロバイオームの健康において増加および/または維持されることが所望される微生物を含有する1つ以上のプロバイオティクスを選択できる。一実施形態では、対象の腸内のマイクロバイオーム含有量およびそれに対する任意の所望の変更に基づいて、個体からの直接的調査情報によって、または本発明による腸内生物核酸解析によって記録される、それらの食物源から得られる主要栄養素含有量に関連して、対象の腸内バランスにおいて増加および/または維持されることが所望される微生物を含有する1つ以上のプロバイオティクスを選択することができる。
Microbiome Screening and Probiotic Selection The present invention has been successfully used to determine the microbial content of various commercially available probiotics. In addition, the method of the present invention can be used to determine the microbial content of various probiotics and the microbiome content in the gut of a subject. In one embodiment, based on the microbiome content in the gut of a subject and any desired changes thereto, one or more probiotics can be selected that contain the microorganisms that are desired to be increased and/or maintained in the health of the microbiome of the subject. In one embodiment, based on the microbiome content in the gut of a subject and any desired changes thereto, one or more probiotics can be selected that contain the microorganisms that are desired to be increased and/or maintained in the gut balance of a subject in relation to the macronutrient content obtained from their food sources, recorded by direct survey information from the individual or by gut organism nucleic acid analysis according to the present invention.

ここで、マイクロバイオームは、細菌、真菌、ウイルス、ファージ、および寄生生物等の微生物叢とそれらに含まれる生物の全体像を表す。例えば、本明細書に記載の方法を使用して、対象の腸内マイクロバイオームが25%のAおよび75%のBを含有することが決定され、プロバイオティクス1が75%のAおよび25%のBを含有することが決定され、プロバイオティクス2が25%のAおよび75%のBを含有することが決定される。対象の腸内マイクロバイオームが維持されることが望ましい場合、対象に投与するためにプロバイオティクス2を選択するであろう。しかしながら、対象の腸内のAおよびBの量が50/50であることが所望される場合、対象に投与するプロバイオティクス1および2の両方を選択できる。あるいは、対象の腸内のAおよびBの量が50/50に達するまで、対象に投与するプロバイオティクス1を選択してもよい。いくつかの実施形態では、対象への投与のために、例えば、等量、変動量、または多様な量のAおよびBまたは他のプロバイオティクス株を含有するプロバイオティクス製剤をその対象に合わせて調整してもよい。個体の腸に存在する微生物の相対的存在量を利用した計算モデルは、プロボティックに含まれる微生物の種類、用量、およびカクテルを決定するのに役立つ。例えば、生物Aが一般集団または以前のマイクロバイオーム解析と比較して低減または欠如していると判断された場合、生物Aの濃度を増加させるプロバイオティクスまたはプレバイオティクスを提供する。このプレバイオティクスまたはプロバイオティクスは、まさにその生物Aまたは生物Aの成長をサポートする別の生物であり得る。与えられる用量は、個体における生物の相対的存在量、成長速度、適合性、受容体もしくは受容体密度、遺伝子、もしくは発現パターン等のプレバイオティクス/プロバイオティクスの性能特徴、またはメタボローム産物を考慮するであろう。 Here, the microbiome represents the entirety of the microflora and the organisms contained therein, such as bacteria, fungi, viruses, phages, and parasites. For example, using the methods described herein, a subject's gut microbiome is determined to contain 25% A and 75% B, probiotic 1 is determined to contain 75% A and 25% B, and probiotic 2 is determined to contain 25% A and 75% B. If it is desired to maintain the subject's gut microbiome, probiotic 2 would be selected for administration to the subject. However, if it is desired that the amount of A and B in the subject's gut is 50/50, both probiotics 1 and 2 can be selected for administration to the subject. Alternatively, probiotic 1 may be selected for administration to the subject until the amount of A and B in the subject's gut reaches 50/50. In some embodiments, a probiotic formulation containing, for example, equal, variable, or varying amounts of A and B or other probiotic strains may be tailored to the subject for administration to the subject. Computational models utilizing the relative abundance of microbes present in an individual's gut can help determine the type, dose, and cocktail of microbes to include in the probiotic. For example, if organism A is determined to be reduced or absent compared to the general population or previous microbiome analysis, a probiotic or prebiotic is provided that increases the concentration of organism A. This prebiotic or probiotic can be just that organism A or another organism that supports the growth of organism A. The dose given will take into account the relative abundance of the organism in the individual, growth rate, fitness, receptors or receptor density, genes, or performance characteristics of the prebiotic/probiotic such as expression patterns, or metabolomic products.

対象に合わせて調整したプロバイオティクスは、等量ではなくてもよいが、個々の腸/糞便試料から検出された相対的存在量に基づいて製剤化される。これらの製剤は、マイクロバイオームを健康な状態に調節するように作られている。マイクロバイオームの健康状態は、metaHIT(商標)、Human Microbiome Project(商標)、American Gut Project(商標)等の既存の集約私的および公的データベースの使用によって決定される。健康状態は、血液バイオマーカー検査の観点から、既知の問題がなく、健康状態である人の場合に個別に決定されてもよく、その後、それらの完全なマイクロバイオームプロファイルが完了する。1つまたはいくつかのマイクロバイオームシグネチャが完了した後、発見された微生物のうちのいくつか/すべての平均をその個体について理解することができ、その平均からの分散にアクセスして、それらがディスバイオシスにあるかどうかを判断することができる。マイクロバイオームプロファイルはグループに集約することができ、これらのグループは次いで、迅速なバイオインフォマティクス割り当てのためにバーコードを割り当てられる。グループは、試料が収集された個体に関連する単一または複数の表現型、診断、または人口統計学的情報によって作成することができる。固有グループは、線形距離計算、多様性値、C4.5決定木などの分類子、または主要成分解析等の統計モデルを使用して、Human Microbiome ProjectまたはAmerican Gut Projectによって定義される「正常」などの集約された既知の集団と比較することによって、別のグループから決定することができる。 The subject-tailored probiotics are formulated based on the relative abundance detected in individual gut/fecal samples, although not necessarily in equal amounts. These formulations are made to modulate the microbiome to a healthy state. The health of the microbiome is determined by the use of existing aggregate private and public databases such as metaHIT™, Human Microbiome Project™, American Gut Project™, etc. Health status may be determined individually for those who are healthy with no known issues in terms of blood biomarker testing, after which their complete microbiome profile is completed. After one or several microbiome signatures are completed, the average of some/all of the microbes found can be understood for that individual, and the variance from that average can be accessed to determine if they are in dysbiosis. The microbiome profiles can be aggregated into groups, and these groups are then assigned barcodes for rapid bioinformatics assignment. Groups can be created by single or multiple phenotypic, diagnostic, or demographic information associated with the individual from whom the sample was collected. Unique groups can be determined from other groups by comparison to aggregated known populations, such as "normal" as defined by the Human Microbiome Project or the American Gut Project, using linear distance calculations, diversity values, classifiers such as C4.5 decision trees, or statistical models such as principal component analysis.

したがって、いくつかの実施形態では、本発明は、所与の対象の腸内マイクロバイオームをスクリーニングし、次いで、対象の腸内マイクロバイオームに基づいてプロバイオティクスレジメンを所与の対象に合わせて調整するのに使用され得る。 Thus, in some embodiments, the present invention can be used to screen the gut microbiome of a given subject and then tailor a probiotic regimen to the given subject based on the subject's gut microbiome.

ディスバイオシスの治療
いくつかの実施形態では、本発明は、対象の微生物叢がバランスの取れたマイクロバイオームから、負の副作用、障害、および/または疾患を引き起こしているか、または引き起こし得るものに移行した事象の後に、対象の腸内フローラおよび/またはファウナを恒常性に回復させるために使用され得る。健康状態としては、ニキビおよびアレルギーから、胃腸疾患、肥満および癌まで、様々な状態が挙げられるが、これらに限定されない。そのようなディスバイオシスの一例は、肥満の発症の場合である。対象の腸内のいくつかの微生物株は、対象がおかれている肥満または体重管理の問題と関連することが示されている。例えば、Ley,et al.(2005)PNAS USA 102:11070-11075を参照されたい。例えば、肥満動物およびヒト対象において、バクテロイデス(Bacterides)対ファーミキューテス(Firmicutes)門微生物の比は、代謝性能において重要な役割を果たす。例えば、Turnbaugh,et al.(2012)PLOS ONE 7:e41079を参照されたい。肥満および体重管理の問題に関連することが知られているいくつかの腸内微生物には、バクテロイデス・ユニフォルミス(Bacteroides uniformis)、バクテロイデス・ペクチノフィラス(Bacteroides pectinophilus)、ロゼブリア・イヌリニボランス(Roseburia inulinivorans)、メタノブレビバクター・スミジイ(Methanobrevibacter smithii)およびビフィドバクテリウム・アニマリスが含まれる。
Treatment of Dysbiosis In some embodiments, the present invention may be used to restore a subject's gut flora and/or fauna to homeostasis following an event in which the subject's microbiome has transitioned from a balanced microbiome to one that is causing or may cause negative side effects, disorders, and/or disease. Health conditions include, but are not limited to, a variety of conditions, from acne and allergies to gastrointestinal disorders, obesity, and cancer. One example of such a dysbiosis is the onset of obesity. It has been shown that some microbial strains in a subject's gut are associated with obesity or weight management issues that the subject is subject to. See, e.g., Ley, et al. (2005) PNAS USA 102:11070-11075. For example, in obese animals and human subjects, the ratio of Bacterides to Firmicutes microbes plays an important role in metabolic performance. See, e.g., Turnbaugh, et al. (2012) PLOS ONE 7:e41079. Some gut microbes known to be associated with obesity and weight control issues include Bacteroides uniformis, Bacteroides pectinophilus, Roseburia inulinivorans, Methanobrevibacter smithii, and Bifidobacterium animalis.

したがって、いくつかの実施形態では、対象の腸内の第1の所与の微生物対第2の所与の微生物の比は、本明細書に記載の方法を使用して決定され、次いで、その比が望ましくないまたは異常である場合、対象は、その比を所望の比になるよう修正するための治療を施される。いくつかの実施形態では、対象の腸内の全微生物の総量に対する、対象の腸内の第1の所与の微生物の量は、本明細書に記載の方法を使用して決定され、次いで、第1の所与の微生物の相対量が望ましくないまたは異常である場合、対象は、その量を所望の量になるように修正するための治療を施される。腸内マイクロバイオームの再検査は、それらが主要栄養素と食物指導をよく守っているかどうかを判断するために使用されるかもしれない。かかる治療には、以下を対象に投与することを含む:対象の腸内でその量を増やすことが所望される1つ以上の微生物を含有するプロバイオティクス、対象の腸内でその量を減少させることが所望される微生物または微生物類を殺すかまたはその成長を遅らせるための抗菌剤、例えば抗生物質、抗真菌剤、抗ウイルス剤等、健康な腸内マイクロバイオームの成長または維持を支持する食事および/または栄養補助食品、例えば、プレバイオティクス、マグネシウム、魚油、L-グルタミン、ビタミンD等、等々。例えば、Million,et al.((2005)Int.J.Obes.36:817-825)は、肥満対象の腸内微生物叢がラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)が豊富で、ビフィドバクテリウム・アニマリスおよびメタノブレビバクター・スミジイが枯渇していることを示す。したがって、本明細書に記載の方法を使用して、対象の腸内のラクトバチルス・ロイテリ、ビフィドバクテリウム・アニマリス、およびメタノブレビバクター・スミジイの量を決定し、その量が肥満関連腸内微生物叢の典型または指標であることを発見した後、対象に、ビフィドバクテリウム・アニマリスおよびメタノブレビバクター・スミジイを含有し、ラクトバチルス・ロイテリを比較的少量~全く含有しないプロバイオティクスを投与することができる。実施形態では、肥満対象の腸内微生物叢は、フラボノイド、ポリフェノール、および短鎖脂肪酸を有する食物から利益を得るであろう。 Thus, in some embodiments, the ratio of a first given microorganism to a second given microorganism in a subject's gut is determined using the methods described herein, and then, if the ratio is undesirable or abnormal, the subject is administered a treatment to correct the ratio to a desired ratio. In some embodiments, the amount of a first given microorganism in a subject's gut relative to the total amount of all microorganisms in the subject's gut is determined using the methods described herein, and then, if the relative amount of the first given microorganism is undesirable or abnormal, the subject is administered a treatment to correct the amount to a desired amount. Retesting of the gut microbiome may be used to determine whether they are adhering well to macronutrient and dietary recommendations. Such treatments include administering to the subject: probiotics containing one or more microorganisms whose abundance is desired to be increased in the subject's gut, antimicrobial agents such as antibiotics, antifungals, antivirals, etc., to kill or slow the growth of a microorganism or microorganisms whose abundance is desired to be reduced in the subject's gut, diet and/or nutritional supplements that support the growth or maintenance of a healthy gut microbiome, such as prebiotics, magnesium, fish oil, L-glutamine, vitamin D, etc. For example, Million, et al. ((2005) Int. J. Obes. 36:817-825) show that the gut microbiota of obese subjects is enriched in Lactobacillus reuteri and depleted in Bifidobacterium animalis and Methanobrevibacter smithii. Thus, after using the methods described herein to determine the amount of Lactobacillus reuteri, Bifidobacterium animalis, and Methanobrevibacter sumidii in a subject's gut and finding that the amount is typical or indicative of an obesity-associated gut microbiome, the subject can be administered a probiotic that contains Bifidobacterium animalis and Methanobrevibacter sumidii and relatively little to no Lactobacillus reuteri. In embodiments, the gut microbiome of an obese subject would benefit from a diet having flavonoids, polyphenols, and short chain fatty acids.

マイクロバイオームのスコア付け
全体的なマイクロバイオームシグネチャのスコア付けは、表3に表されるように、類似の決定木、アルゴリズム、人工知能、スクリプト、または論理木を使用する。このシステムは、ユーザが自分の腸内マイクロバイオームがどれほど健康であるか、そして見出されたいくつかまたは多くの課題に対処する必要があるかを理解するのに役立つスコアを可能にする。課題には、限定されないが、既知の病原性生物の同定、日和見病原体の数および同定、機会が与えられたときに病原性影響を引き起こすことが知られている潜在的生物、良好な微生物環境に対する支持が欠如しているがそれらの組成または主要株の欠如、全体的な多様性、およびトップ10に見出される独自の生物の数、ならびにまたは0.1%を超える保有率を有する生物、が含まれ得る。
Scoring the Microbiome Scoring the overall microbiome signature uses similar decision trees, algorithms, artificial intelligence, scripts, or logic trees, as shown in Table 3. This system allows for a score that helps the user understand how healthy their gut microbiome is and whether they need to address some or many of the challenges found. Challenges may include, but are not limited to, identification of known pathogenic organisms, number and identification of opportunistic pathogens, potential organisms known to cause pathogenic effects when given the opportunity, lack of support for a good microbial environment but their composition or lack of major strains, overall diversity, and number of unique organisms found in the top 10, and/or organisms with a prevalence greater than 0.1%.

試料解析の集計から多様性カットオフ(diversity cut off)を決定し、カットオフをx相対的存在量で決定した。たとえば、x=0.1%の場合、352個の固有生物が平均的な健康なプロファイルを構成する。次に、この数値の周りに標準偏差を適用し、曲線分析の下にガウス分布とパーセンタイルを使用して、データベースの平均から平均多様性数にどれくらい近いかをスコア化できる。多様性数が少なく、平均から離れているほど、マイクロバイオームのスコアは低くなる。数値が大きければおよび多様性が大きいほど、マイクロバイオームのスコアが高くなる。プロバイオティクススコアを伴うこのタイプスコア付けのカテゴリーは、マイクロバイオームがどれほど健康であるかを理解するため、カスタマイズのための数と視覚的に計測されたスコアを決定する。グラフィックビジュアライゼーションの一例を以下に挙げる。低はマイクロバイオームの品質が低いことを意味し、高はマイクロバイオームの品質とスコアが高いことを意味する。低->100のうち30、中>100のうち65、高=100のうち65以上。 A diversity cut off was determined from the aggregate of sample analysis, and the cut off was determined at x relative abundance. For example, if x=0.1%, then 352 unique organisms constitute an average healthy profile. Then, by applying standard deviation around this number, and using Gaussian distribution and percentiles under curve analysis, we can score how close the average diversity number is from the database mean. The lower the diversity number and the further away from the mean, the lower the microbiome score. The higher the number and the greater the diversity, the higher the microbiome score. This type of scoring category along with the probiotic score determines a number and visually measured score for customization to understand how healthy the microbiome is. An example of a graphic visualization is shown below. Low means poor microbiome quality, high means high microbiome quality and score. Low->30 out of 100, Medium>65 out of 100, High=65 or more out of 100.

スコア付けおよびプロバイオティクス式のアルゴリズムの一例は、以下の表3に含まれる。表3は、決定木、アルゴリズム、人工知能、スクリプト、または論理木として表すことができる。かかる決定木、アルゴリズム、人工知能、スクリプト、または論理木の機能は、検出されたプロバイオティクスに関連する個々のマイクロバイオームのウェルネスのスコアを出力し、プロバイオティクス使用のための式および投薬推奨事項を提供する。 An example of a scoring and probiotic formula algorithm is included in Table 3 below. Table 3 may be represented as a decision tree, algorithm, artificial intelligence, script, or logic tree. Such a decision tree, algorithm, artificial intelligence, script, or logic tree function outputs an individual microbiome wellness score associated with the detected probiotics and provides formula and dosing recommendations for probiotic use.

微生物がグループ化され得る可能性のあるカテゴリーの例示的なリストを、以下の表4に記載する。 An exemplary list of possible categories into which microorganisms may be grouped is provided below in Table 4.

(表3)プロバイオティクスのスコア付けおよび式の決定表の例。プロバイオティクス株データベース、メタゲノム解析データベース、および文献キュレーションデータベースの利用が含まれる。

Figure 2024063020000004
Table 3: Example of a probiotic scoring and formula determination table, including use of a probiotic strain database, a metagenomics database, and a literature curation database.
Figure 2024063020000004

(表4)グループを作成する可能性のあるカテゴリー

Figure 2024063020000005
Figure 2024063020000006
Figure 2024063020000007
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(Table 4) Possible categories for grouping
Figure 2024063020000005
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本出願で使用されるすべての科学的および技術的用語は、特に明記しない限り、当該技術分野で一般的に使用される意味を有する。 All scientific and technical terms used in this application have the meaning commonly used in the art unless otherwise specified.

本明細書で使用される場合、「対象」という用語は、ヒトおよび非ヒト動物を含む。「非ヒト動物」という用語は、全ての脊椎動物、例えば、哺乳動物および非ヒト霊長類、ウマ、ヒツジ、イヌ、ウシ、ブタ、ニワトリ、ならびに他の獣医学的対象および試験動物等の非哺乳動物を含む。 As used herein, the term "subject" includes humans and non-human animals. The term "non-human animals" includes all vertebrates, e.g., mammals and non-mammals such as non-human primates, horses, sheep, dogs, cows, pigs, chickens, and other veterinary subjects and test animals.

単数形の使用は、特に明記しない限り、複数形を含むことができる。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形の「a」、「an」および「the」は、文脈により明らかにそうではないと指示されない限り、複数の指示対象を含むことができる。「または」の使用は、特に明記しない限り、「および/または」を意味し得る。本明細書で使用される場合、「および/または」は、「および」または「または」を意味する。例えば、「Aおよび/またはB」は、「A、B、またはAおよびBの両方」を意味し、「A、B、C、および/またはD」は、「A、B、C、D、またはそれらの組み合わせ」を意味し、当該「それらの組み合わせ」は、A、B、C、およびDの任意のサブセット、例えば、単一のメンバーサブセット(例えば、AもしくはBもしくはCもしくはD)、2メンバーサブセット(例えば、AおよびB、AおよびC等)、または3メンバーサブセット(例えば、A、B、およびC、またはA、B、およびD等)、または4メンバー全て(例えば、A、B、C、およびD)を意味する。 The use of the singular can include the plural unless specifically stated otherwise. As used herein and in the appended claims, the singular forms "a," "an," and "the" can include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. The use of "or" can mean "and/or" unless specifically stated otherwise. As used herein, "and/or" means "and" or "or." For example, "A and/or B" means "A, B, or both A and B," and "A, B, C, and/or D" means "A, B, C, D, or combinations thereof," where "combinations thereof" refers to any subset of A, B, C, and D, such as a single member subset (e.g., A or B or C or D), a two-member subset (e.g., A and B, A and C, etc.), or a three-member subset (e.g., A, B, and C, or A, B, and D, etc.), or all four members (e.g., A, B, C, and D).

本明細書で使用される場合、用語「試料」および「生体試料」は、本発明によって提供される方法に好適な任意の試料を指す。細胞の試料は、例えば、非侵襲的または対象の生検等の侵襲的技法によって得られる腸試料または糞便試料を含む、任意の試料であり得る。一実施形態では、「試料」という用語は、対象の糞便または腸組織に由来する任意の調製物を指す。例えば、本明細書に記載の非侵襲的方法を使用して得られた細胞の試料を使用して、本発明の方法のための核酸分子またはタンパク質を単離することができる。 As used herein, the terms "sample" and "biological sample" refer to any sample suitable for the methods provided by the present invention. A sample of cells can be any sample, including, for example, an intestinal or fecal sample obtained by non-invasive or invasive techniques such as a biopsy of a subject. In one embodiment, the term "sample" refers to any preparation derived from a subject's feces or intestinal tissue. For example, a sample of cells obtained using the non-invasive methods described herein can be used to isolate nucleic acid molecules or proteins for the methods of the present invention.

実施形態では、解析は、DNA、RNA、cDNA、miRNA、mtDNA、一本鎖または二本鎖を含む任意の核酸のものであり得る。この核酸は、約5bpのオリゴのように短いものからメガ塩基のように長いもの、またはそれ以上の長さのものまで、任意の長さであり得る。本明細書で使用される場合、「核酸分子」という用語は、DNA、RNA、一本鎖、二本鎖または三本鎖、ならびにこれらの任意の化学修飾を意味する。事実上核酸の任意の修飾が企図される。「核酸分子」は、10、20、30、40、50、60、75、100、125、150、175、200、225、250、275、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000、10,000、15,000、20,000、30,000、40,000、50,000、75,000、100,000、150,000、200,000、500,000、1,000,000、1,500,000、2,000,000、5,000,000、またはそれ以上の長さの塩基あってもよく、全長染色体DNA分子まで、ほとんど任意の長さであり得る。遺伝子の発現を解析する方法については、試料から単離された核酸は通常RNAである。 In embodiments, the analysis can be of any nucleic acid, including DNA, RNA, cDNA, miRNA, mtDNA, single-stranded or double-stranded. The nucleic acid can be of any length, from as short as about 5 bp oligos to as long as megabases or longer. As used herein, the term "nucleic acid molecule" refers to DNA, RNA, single-stranded, double-stranded or triple-stranded, as well as any chemical modifications of these. Virtually any modification of a nucleic acid is contemplated. "Nucleic acid molecules" include 10, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 6000, 7000, 8000, 9000, 10,000, It may be 15,000, 20,000, 30,000, 40,000, 50,000, 75,000, 100,000, 150,000, 200,000, 500,000, 1,000,000, 1,500,000, 2,000,000, 5,000,000 or more bases in length, and can be almost any length up to a full-length chromosomal DNA molecule. For methods of analyzing gene expression, the nucleic acid isolated from the sample is usually RNA.

一本鎖核酸分子は、グアニン(G)がシトシン(C)と塩基対合しておよびアデニン(A)がチミン(T)またはウリジン(U)と塩基対合する能力に基づいて、他の核酸分子の全てまたは一部と塩基対合(ハイブリダイズ)して二重らせん(二本鎖核酸分子)を形成することができる場合、別の一本鎖核酸分子に「相補的」である。例えば、ヌクレオチド配列5’-TATAC-3’は、ヌクレオチド配列5’-GTATA-3’に相補的である。 A single-stranded nucleic acid molecule is "complementary" to another single-stranded nucleic acid molecule if it can base pair (hybridize) with all or a portion of the other nucleic acid molecule to form a double helix (double-stranded nucleic acid molecule) based on the ability of guanine (G) to base pair with cytosine (C) and adenine (A) to base pair with thymine (T) or uridine (U). For example, the nucleotide sequence 5'-TATAC-3' is complementary to the nucleotide sequence 5'-GTATA-3'.

本明細書で使用される場合、「ハイブリダイゼーション」とは、核酸鎖が塩基対合を介して相補鎖と結合するプロセスを指す。ハイブリダイゼーション反応は感受性かつ選択的であるため、対象となる特定の配列は、それが低濃度で存在する試料においても同定できる。インビトロ状況では、好適にストリンジェントな条件を、例えば、プレハイブリダイゼーションおよびハイブリダイゼーション溶液中の塩またはホルムアミドの濃度によって、またはハイブリダイゼーション温度によって定義することができ、当該技術分野で周知である。特に、塩の濃度を減少させること、ホルムアミドの濃度を増加させること、またはハイブリダイゼーション温度を上昇させることによって、ストリンジェンシーを増加させることができる。例えば、高ストリンジェンシー条件下でのハイブリダイゼーションは、約37℃~42℃で約50%のホルムアミド中で起こり得る。ハイブリダイゼーションは、約30℃~35℃で約35%~25%のホルムアミド中で低減されたストリンジェンシー条件下で起こり得る。特に、ハイブリダイゼーションは、50%ホルムアミド、5倍SSPE、0.3%SDS、ならびに200mg/mlの剪断および変性サーモン精子DNA中の42℃の高ストリンジェンシー条件下で起こり得る。ハイブリダイゼーションは、上述のように低減されたストリンジェンシー条件下で起こり得るが、35℃の下げられた温度で35%ホルムアミド中で起こり得る。特定のストリンジェンシーレベルに対応する温度範囲は、対象となる核酸のプリン対ピリミジン比を計算し、それに応じて温度を調整することによってさらに狭めることができる。上記の範囲および条件に関する変形は、当該技術分野において周知である。 As used herein, "hybridization" refers to the process by which a nucleic acid strand binds to a complementary strand through base pairing. Because the hybridization reaction is sensitive and selective, a particular sequence of interest can be identified even in samples in which it is present at low concentrations. In an in vitro situation, suitably stringent conditions can be defined, for example, by the concentration of salt or formamide in the prehybridization and hybridization solutions, or by the hybridization temperature, and are well known in the art. In particular, stringency can be increased by decreasing the concentration of salt, increasing the concentration of formamide, or increasing the hybridization temperature. For example, hybridization under high stringency conditions can occur in about 50% formamide at about 37°C to 42°C. Hybridization can occur under reduced stringency conditions in about 35% to 25% formamide at about 30°C to 35°C. In particular, hybridization can occur under high stringency conditions at 42° C. in 50% formamide, 5x SSPE, 0.3% SDS, and 200 mg/ml sheared and denatured salmon sperm DNA. Hybridization can occur under reduced stringency conditions as described above, but in 35% formamide at a reduced temperature of 35° C. The temperature range corresponding to a particular stringency level can be further narrowed by calculating the purine to pyrimidine ratio of the nucleic acid of interest and adjusting the temperature accordingly. Variations on the above ranges and conditions are well known in the art.

本明細書で使用される場合、「マイクロバイオーム」という用語は、対象の腸に生息する細菌、ウイルス、および真菌、古細菌、原生動物、アメーバ、または蠕虫を含む微生物を指す。 As used herein, the term "microbiome" refers to the microorganisms, including bacteria, viruses, and fungi, archaea, protozoa, amoebas, or helminths, that inhabit the gut of a subject.

本明細書で使用される場合、微生物(microbial)、微生物(microbe)、または微生物(microorganism)という用語は、原核生物または真核生物、胞子、細菌、古細菌、真菌、ウイルス、または原生動物、単細胞または多細胞を含む任意の微生物を指す。 As used herein, the terms microbial, microbe, or microorganism refer to any microorganism, including prokaryotes or eukaryotes, spores, bacteria, archaea, fungi, viruses, or protozoans, unicellular or multicellular.

本発明は、機能的構成要素および様々な処理ステップの観点から部分的に説明される。そのような機能的構成要素および処理ステップは、指定された機能を実行し、様々な結果を達成するように構成された任意の数の構成要素、動作、および技法によって実現され得る。例えば、本発明は、様々な生体試料、バイオマーカー、要素、材料、コンピュータ、データ源、記憶システムおよび媒体、情報収集技術およびプロセス、データ処理基準、統計解析、回帰解析等を用いることができ、これらは様々な機能を実行し得る。加えて、本発明は医学的診断の文脈で説明されているが、本発明は、任意の数のアプリケーション、環境、およびデータ解析と併せて実施されてもよく、本明細書に記載されるシステムは、本発明のための単なる例示的なアプリケーションである。 The present invention is described in part in terms of functional components and various processing steps. Such functional components and processing steps may be realized by any number of components, operations, and techniques configured to perform the specified functions and achieve various results. For example, the present invention may employ a variety of biological samples, biomarkers, elements, materials, computers, data sources, storage systems and media, information collection techniques and processes, data processing standards, statistical analyses, regression analyses, and the like, which may perform various functions. In addition, although the present invention is described in the context of medical diagnostics, the present invention may be implemented in conjunction with any number of applications, environments, and data analyses, and the systems described herein are merely exemplary applications for the present invention.

本発明の様々な態様によるデータ解析のための方法は、例えば、コンピュータシステム上で動作するコンピュータプログラムを使用して、任意の好適な方法で実装され得る。本発明の様々な態様に従った例示的な解析システムは、コンピュータシステム、例えば、プロセッサおよびランダムアクセスメモリ、例えば遠隔アクセス可能なアプリケーションサーバ、ネットワークサーバ、パーソナルコンピュータまたはワークステーション等を含む従来のコンピュータシステムと併せて実装され得る。コンピュータシステムはまた、追加のメモリデバイスまたは情報記憶システム、例えば、大量記憶システムおよびユーザインタフェース、例えば、従来のモニタ、キーボード、および追跡デバイスを好適に含む。しかしながら、コンピュータシステムは、任意の好適なコンピュータシステムおよび関連機器を含み得、任意の好適な様式で構成され得る。一実施形態では、コンピュータシステムはスタンドアロンシステムを含む。別の実施形態では、コンピュータシステムは、サーバおよびデータベースを含むコンピュータのネットワークの一部である。 The methods for data analysis according to various aspects of the invention may be implemented in any suitable manner, for example, using a computer program running on a computer system. An exemplary analysis system according to various aspects of the invention may be implemented in conjunction with a computer system, for example, a conventional computer system including a processor and random access memory, such as a remotely accessible application server, network server, personal computer or workstation, etc. The computer system also preferably includes additional memory devices or information storage systems, such as a mass storage system, and a user interface, such as a conventional monitor, keyboard, and tracking devices. However, the computer system may include any suitable computer system and associated equipment and may be configured in any suitable manner. In one embodiment, the computer system includes a stand-alone system. In another embodiment, the computer system is part of a network of computers including servers and databases.

遺伝子情報の受信、処理、および解析に必要なソフトウェアは、単一のデバイスに実装され得るか、または複数のデバイスに実装され得る。ソフトウェアは、情報の記憶および処理がユーザに関して遠隔で行われるように、ネットワークを介してアクセス可能であり得る。本発明の様々な態様による解析システムおよびその様々な要素は、データ収集、処理、解析、レポートおよび/または診断等のマイクロバイオーム解析を容易にするための機能および動作を提供する。本解析システムは、マイクロバイオームおよび試料に関する情報を維持し、解析および/または診断を容易にする。例えば、本実施形態では、コンピュータシステムは、マイクロバイオームに関する情報を受信、格納、検索、解析、およびレポートし得るコンピュータプログラムを実行する。コンピュータプログラムは、様々な機能または動作を実行する複数のモジュール、例えば、生データを処理し、補足データを生成するための処理モジュール、ならびに生データおよび補足データを解析してモデルおよび/または予測を生成するための解析モジュールを含んでもよい。 The software necessary to receive, process, and analyze the genetic information may be implemented on a single device or on multiple devices. The software may be accessible over a network such that storage and processing of the information is performed remotely with respect to the user. The analytical system and its various elements according to various aspects of the present invention provide functions and operations to facilitate microbiome analysis, such as data collection, processing, analysis, reporting, and/or diagnosis. The analytical system maintains information about the microbiome and samples to facilitate analysis and/or diagnosis. For example, in the present embodiment, the computer system executes a computer program that may receive, store, retrieve, analyze, and report information about the microbiome. The computer program may include multiple modules that perform various functions or operations, such as a processing module for processing raw data and generating supplemental data, and an analytical module for analyzing the raw data and supplemental data to generate models and/or predictions.

解析システムはまた、様々な追加のモジュールおよび/または個々の機能を提供し得る。例えば、解析システムはまた、例えば、処理および解析機能に関連する情報を提供するためのレポート機能を含んでもよい。解析システムはまた、アクセスを制御し、他の管理機能を実行する等の様々な管理機能および操作機能を提供してもよい。 The analysis system may also provide various additional modules and/or individual functions. For example, the analysis system may also include a reporting function to provide information related to the processing and analysis functions, for example. The analysis system may also provide various administrative and operational functions, such as controlling access and performing other administrative functions.

本発明の開示を理解または完了するために必要な範囲において、本明細書に言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、それぞれが個別にそのように組み込まれた場合と同程度に、参照により明示的に組み込まれる。 To the extent necessary to understand or complete the disclosure of the present invention, all publications, patents, and patent applications mentioned herein are expressly incorporated by reference to the same extent as if each were individually incorporated as such.

本発明は上記の例を参照して記載されているが、変更および変形は本発明の精神および範囲内に包含されることが理解されるであろう。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。 Although the invention has been described with reference to the above examples, it will be understood that modifications and variations are encompassed within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention is limited only by the scope of the following claims.

Claims (1)

a)試料を液体窒素溶液と混合することと、
b)第1の溶解液を添加することであって、前記第1の溶解液が、界面活性剤およびキレート剤を含む、前記添加することと、
c)第2の溶解液を添加することであって、前記第2の溶解液が、カオトロピック剤を含む、前記添加することと
を含む、方法。
a) mixing the sample with a liquid nitrogen solution;
b) adding a first solution, the first solution including a surfactant and a chelating agent;
and c) adding a second lysis solution, said second lysis solution comprising a chaotropic agent.
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