KR20240033008A - 집고양이의 다양한 질병 상태를 감지하기 위한 구강 면봉-기반 검사 - Google Patents
집고양이의 다양한 질병 상태를 감지하기 위한 구강 면봉-기반 검사 Download PDFInfo
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Abstract
집고양이의 피부 및/또는 호흡기 질환 상태를 스크리닝, 표시, 진단, 치료 및 확인하기 위한 시스템 및 방법.
Description
관련 출원의 인용
본 출원은 2021년 7월 14일에 출원된 미국 가출원 번호 63/221,559호의 이익과 우선권을 주장하며, 상기 문헌의 전문은 구체적인 인용에 의해 본원에 포함된다.
기술 분야
본 발명은 집고양이의 피부 및 호흡기 질환 상태를 스크리닝, 감지, 진단, 치료 및 확인하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 몇 년간, 다양한 신체 부위들의 미생물 조성 (마이크로바이옴 (microbiome))과 질환 간의 연관성은 생물의학 연구에서 더욱 중요해졌다. 마이크로바이옴이 질병 병리학의 원인이 되는 것인지 아니면 단순히 신체 상태에 대한 판독인 것인지에 대해서는 논쟁의 여지가 많다. 대개의 경우, 그 대답은 명확치 않다. 또한, 다양한 신체 부위들의 미생물군이 시너지 작용 효과를 발휘하거나 혹은 그와 반대로 작용을 하여 질병 병리를 유발하거나/질병 병리에 원인이 될 수도 있다. 결과적으로, 마이크로바이옴은 진단 및 치료 관점에서 모두 가능성을 가지고 있다.
구강은 미생물의 다양성 측면에서 볼 때 하부 위장관에 이어 두 번째가는 곳이어서, 이런 이유로 수많은 질병 상태들과 직접적으로 연관될 가능성이 있다는 것은 확립된 바 있다. 인간의 구강 마이크로바이옴의 중요성은 치과 질환 뿐만 아니라 전신 질환과도 관련되어 있다. 일부 예로는 염증성 장질환 (IBD), 류마티스 관절염, 세균성 심내막염, 죽상동맥경화증 등과 같은 만성 염증성 질환을 포함한다. 최근에, 아토피성 피부염을 비롯한 알레르기 질환이 있는 사람에게서도 구강 마이크로바이옴의 변화가 발견되었다.
인간의 구강 마이크로바이옴에 대한 연구는 최근 수년간 진전되었지만, 반려동물, 특히 고양이의 구강 마이크로바이옴의 경우에는 그렇지 않다. 고양이는 다양한 알레르기성 피부염 질환을 앓고 있으며, 구강 마이크로바이옴과 이러한 질환들 간의 연관성은 현재까지 연구되지 않았다.
예를 들어, 아토피성 피부염은 전체 고양이들 중 12.5%에 영향을 미치는 것으로 추산되며, 전체 고양이과 수의사 방문 중 약 1%는 음식 알레르기성 피부염과 관련이 있다. 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기는 증상이 유사한 경우가 많아서 구별하기가 어렵다. 증상에는 가려움증, 딱지 (scabbing) 및 탈모가 포함될 수 있지만, 사례마다 질병이 일관되게 나타나는 것은 아니다. 현재 어떠한 단일 임상 진단 시험도 상기 4가지의 피부 질환을 확실하게 구별할 수는 없다. 대부분의 항원 기반의 애완동물 알레르기원 시험은 제한적이고 신뢰할 수 없기 때문에, 정확한 진단에 도달하기 위한 철저한 접근 방식은 배제를 기반으로 하며 다양한 시험들의 성능에 의존하고 있다: 특정 음식들을 배제한 후 식단에 다시 도입하는 8~12주간의 음식 실험; 8주간의 벼룩 예방 치료; 및 진균류 감염을 배제하기 위한 피부 사상균 배양. 따라서, 대부분의 경우, 최종 진단에 도달하여 적절한 치료가 시행되기까지는 몇 달이 걸릴 수 있기 때문에, 동물의 고통은 계속되고 이들의 삶의 질도 저하된다. 또한, 이러한 문제는 고양이 주인이 해당 고양이가 한동안 질병을 앓고난 후에야 피부염의 증상을 알아차리는 경우가 많아서 일이 더 복잡해지는데, 이것은 경우에 따라서는 (흔히 박테리아 또는 효모 유래의) 2차 감염도 발생했음을 의미할 수 있어, 해당 질환이 더 지속되어 치료하기가 어려워진다.
따라서, 고양이과 동물의 피부 질환과 염증성/호흡기 질환을 감지하고 구별하기 위한 견실하고 정확하면서도, 안전하고 고통이 없으며 합리적인 비용의 수단이 필요한 실정이다.
본 발명의 실시형태에는 고양이의 피부 및/또는 호흡기의 질병 상태를 스크리닝, 감지, 진단, 치료 및/또는 확인하기 위한 컴퓨터 시스템, 시스템 및 방법이 포함된다. 수의과 건강 평가를 안내하고 보완하기 위해 이러한 도구를 사용하면, 수의사 방문에만 의존하는 것에 비해서 정확한 진단과 조기 치료 시행으로 이어져서, 피부, 호흡기 및 알레르기 건강 결과를 크게 향상시킬 수 있다. 개시된 발명 대상의 실시형태들은 고양이의 구강 마이크로바이옴을 조사하는 방법에 대하여 설명하고 있다. 개시된 방법은 고양이의 피부 질환 상태와 연관될 수 있는 미생물의 조성적 풍부도 경향을 감지하기 위해 구강 마이크로바이옴을 조사한다. 미생물의 조성적 풍부도 경향을 감지, 확인 및/또는 정량을 통해, 전문의는 고양이가 어떤 피부 및/또는 호흡기 질환이 있는지를 스크리닝 및/또는 표시할 수 있다. 피부 및/또는 호흡기 질환 상태를 감지하여 확인하게 되면, 전문의 및/또는 고양이의 보호자는 해당 피부 및/또는 호흡기 질환 상태를 치료 및/또는 예방할 수 있다.
일부 실시형태에서, 고양이의 피부 및/또는 호흡기 질환의 감지 및/또는 표시 방법이 개시된다. 본 방법은 고양이에게서 채취한 구강 면봉 샘플을 수취하는 단계; 상기 샘플을 조작하는 단계, 예컨대 상기 구강 샘플을 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 샘플로부터 미생물 데옥시리보핵산 (DNA)을 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 상기 미생물 DNA를 시퀀싱하여 해당 구강 샘플에 어떠한 하나 이상의 특정 미생물이 존재하는지 (및 어떤 상대적 비율로 존재하는지)를 확인하는 단계로서, 상기 하나 이상의 특정 미생물에 대한 확인을 통해 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성할 수 있는 것인, 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 방법은 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 확립된 미생물 프로파일들을 포함하는 참조 데이터베이스와 비교하는 단계로서, 상기 데이터베이스가 (i) 하나 이상의 미생물을 포함하는 프로파일과 (ii) 해당 피부 및/또는 호흡기 질환 간의 상관관계를 확인하고; 상기 구강 미생물 프로파일을 확립된 미생물 프로파일들의 데이터베이스와 비교한 결과에 기초하여, 해당 고양이가 특정 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓을 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 것인, 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 피부 및/또는 호흡기 질환 상태는 천식, 아토피성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염, 환경 알레르기성 피부염 및 음식 알레르기성 피부염으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 방법은 특정 피부 및/또는 호흡기 질환을 치료하는 단계 및/또는 치료적 처치를 실시하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치는 치료 화합물, 예컨대 고양이의 구강 마이크로바이옴에 존재하는 하나 이상의 특정 미생물들의 성장을 억제하거나 촉진하도록 고안된 화합물을 투여하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 치료 화합물은 프리-바이오틱, 포스트-바이오틱, 프로-바이오틱, 약제 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 치료 화합물은 항생제, 코르티코스테로이드, 기관지 확장제, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치에는 가려움증을 완화하고 피부의 치유를 촉진하기 위한 국소 치료 또는 목욕이 포함될 수 있다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치에는, 경우에 따라 알레르기원을 피할 목적일 수 있는 식이 요법이 포함될 수 있다.
일부 실시형태에서, 고양이의 피부 및/또는 호흡기 질환을 표시하는 방법은 고양이로부터 채취한 구강 면봉 샘플을 수취하여 상기 구강 샘플에 대해 열 처리를 수행하는 것을 포함한다. 또한, 상기 방법은 열처리된 구강 샘플에 대해 자성 비드 기반의 데옥시리보핵산 (DNA) 추출을 수행하여 상기 구강 면봉 샘플에 존재하는 미생물 DNA를 추출하는 단계, 및 상기 미생물 DNA를 시퀀싱하여 상기 구강 샘플에 어떠한 하나 이상의 특정 미생물(들)이 존재하는지 (및 어떠한 조성적 풍부도(들)로 존재하는지)를 확인하는 단계로서, 상기 하나 이상의 특정 미생물(들)에 대한 확인을 통해 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성할 수 있는 것인, 단계도 포함할 수 있다. 본 방법은 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 확립된 미생물 프로파일들의 데이터베이스와 비교하는 단계로서, 상기 데이터베이스가 (i) 하나 이상의 미생물 (및 이들의 조성적 풍부도)을 포함하는 프로파일과 (ii) 해당 피부 및/또는 호흡기 질환 간의 상관관계를 확인하고; 상기 구강 미생물 프로파일을 확립된 미생물 프로파일들의 데이터베이스와 비교한 결과에 기초하여, 해당 고양이가 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓을 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 것인, 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 방법은, 위험 점수를 생성하여 특정 피부 및/또는 호흡기 질환을 확인한 것에 응답해, 특정 피부 및/또는 호흡기 질환을 치료하도록 고안된 치료적 처치를 실시하는 단계, 수의사의 주의 또는 추적 검사를 권고하는 단계, 및/또는 특정 피부 및/또는 호흡기 질환에 대한 재택 관리를 권고하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 피부 및/또는 호흡기 질환은 천식, 아토피성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염, 환경 알레르기성 피부염 및 음식 알레르기성 피부염으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또한, 컴퓨터 시스템도 개시된다. 일부 실시형태에서, 컴퓨터 시스템은 고양이의 피부 및/또는 호흡기질환 상태를 표시하도록 설정되어 있고, 하나 이상의 프로세서 및 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 명령을 저장하는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능한 하드웨어 저장 장치를 포함한다. 상기 명령은, 고양이로부터 채취한 구강 면봉 샘플의 시퀀싱된 미생물 DNA 데이터를 수취하고; 상기 시퀀싱된 미생물 DNA를 매핑 (mapping)하여 상기 구강 샘플에 어떠한 하나 이상의 특정 미생물 종들이 존재하는지를 확인 - 상기 하나 이상의 특정 미생물 종들의 확인을 통해 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성함 - 하며; 서로 다른 미생물 종들의 상대적 풍부도를 계산하여 상기 구강 미생물 프로파일을 추가로 구축하고; 상기 구강 미생물 프로파일을 확립된 미생물 프로파일의 데이터베이스와 비교 - 상기 데이터베이스는 (i) 하나 이상의 미생물 종들 및 이들의 상대적 풍부도를 포함하는 프로파일과 (ii) 그에 상응하는 피부 및/또는 호흡기 질환 간의 상관관계를 확인시켜줌 - 하며; 상기 구강 미생물 프로파일을 확립된 미생물 프로파일들의 데이터베이스와 비교한 결과에 기초하여, 해당 고양이가 특정 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓을 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하도록 컴퓨터 시스템을 설정할 수 있다. 상기 명령은, 위험 점수 생성에 응답하여, 상기 위험 점수를 개략화하고/하거나 제공하여 특정 피부 및/또는 호흡기 질환을 해결 (예컨대, 치료, 저지 및/또는 방지)하는데 적절한 치료적 처치 및/또는 재택 치료 프로토콜을 처방하는 보고서를 생성하도록 컴퓨터 시스템을 추가로 설정할 수도 있다. 치료 프로토콜은 피부 및/또는 호흡기 질환 상태의 단계나 중증도 - 위험 점수로 나타나거나 위험 점수와 연관됨 - 에 따라 좌우될 수 있다. 상기 피부 및/또는 호흡기 질환 상태는 천식, 아토피성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염, 환경 알레르기성 피부염 및 음식 알레르기성 피부염으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
예를 들어, 일부 실시형태에서, 위험 점수는 생성된 위험/확률 점수에 기초하여 대략 하기의 3개의 위험 평가 카테고리를 포함하거나 이들과 연관시킬 수 있다: 0.0 - 0.33 그룹은 피부 질환에 대해 '저위험'으로 분류되고; >0.33 - 0.66은 피부 질환에 대해 '중위 위험'으로 분류되며; >0.66 - 1.0은 피부 질환에 대해 '고위험'으로 분류된다. 예를 들어, 위험 점수 0.34는 고양이를 피부 질환에 대하여 중위 위험으로 분류하는 임계값을 충족할 것이다. 해당 시스템과 방법에 더 많은 데이터들이 추가됨에 따라서 위험 점수의 구체화 정도 (granularity) 및/또는 카테고리의 수는 변경될 수 있다.
일부 실시형태에서, 치료적 처치 또는 재택 관리 프로토콜은 고양이의 구강 마이크로바이옴의 조성을 직접적으로 변화시키거나, 또는 고양이의 구강 마이크로바이옴의 조성을 특정 피부 및/또는 호흡기 질환에 대한 치료의 부차적인 결과로서 변화시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 고양이의 구강 마이크로바이옴 조성의 변경을 통해 특정 피부 및/또는 호흡기 질환을 치료 및/또는 해결한다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치는 고양이의 구강 마이크로바이옴을 복구시킨다. 일부 실시형태에서, 고양이의 구강 마이크로바이옴을 복구하면, 해당 고양이의 구강 마이크로바이옴이 건강한 고양이의 구강 마이크로바이옴 (또는 확립된 구강 마이크로바이옴)과 - 존재하는 하나 이상의 특정 미생물 종들과 이들의 상대적 풍부도 측면에서 모두 - 더 유사하게 된다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치 또는 재택 관리 프로토콜은 고양이의 구강 마이크로바이옴의 조성을 유지하도록 설계된다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치 프로토콜은 고양이의 구강 마이크로바이옴의 대사 생산량 (metabolic output)을 자극하도록 설계된다. 고양이의 구강 마이크로바이옴의 대사 생산량을 자극하는 것은, 공지된 효소 경로 분석 도구를 사용해 기존의 미생물 조성 데이터에 추가적인 관점을 제공하여 질병 시그니쳐를 더욱 특성화하여 예측 질병 모델을 개선하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들과 비제한적인 실시예들은 다음을 포함한다:
실시형태 1. 집고양이의 피부 및/또는 호흡기 질환을 스크리닝, 감지 및/또는 예방하는 방법으로서, 상기 방법이
고양이의 구강 미생물 프로파일을 얻는 단계로서, 상기 구강 미생물 프로파일이 해당 고양이의 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종과 상기 구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 양 또는 풍부도를 포함하는 것인, 단계;
상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
상기 고양이의 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓을 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및
상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 상기 고양이를 상기 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 발병하는 것으로 분류하고, 선택적으로 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 상기 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환의 발병, 진행 또는 재발을 치료, 완화 또는 예방하는데 적절한 치료적 처치 프로토콜을 처방하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
실시형태 2. 실시형태 1에 있어서, 고양이에게 치료적 처치 프로토콜을 실시하는 단계, 또는 상기 치료적 처치 프로토콜이 고양이에게 실시되었는지를 확인하는 단계를 추가로 포함하되, 이때 상기 치료적 처치 프로토콜이 고양이의 구강 미생물 프로파일을 변경하기에 충분한 것인, 방법.
실시형태 3. 실시형태 1에 있어서, 고양이의 구강 미생물 프로파일을 얻는 단계가
구강 샘플로부터 얻은 미생물 핵산에 상응하는 핵산 서열 데이터를 수득하는 작업;
상기 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 선택적으로 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 작업; 및
상기 확인되어 선택적으로 정량된 하나 이상의 미생물 종들에 기초하여 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 작업을 포함하는 것인, 방법.
실시형태 4. 실시형태 3에 있어서, 상기 미생물 핵산 서열 데이터를 얻는 단계가
상기 구강 샘플의 미생물 핵산을 시퀀싱하는 작업; 및 선택적으로,
상기 구강 샘플에서 미생물 핵산을 분리하는 작업을 포함하는 것인, 방법.
실시형태 5. 실시형태 4에 있어서, 상기 구강 샘플로부터 미생물 핵산을 분리하는 단계가
구강 샘플에 열처리를 수행하는 작업; 및
단백질 소화 시약과 계면활성제의 존재 또는 부재 하에, 상기 열처리된 구강 샘플에 대해 자성 SPRI 비드 기반의 핵산 추출을 수행하여, 상기 구강 샘플로부터 미생물 핵산을 추출하는 작업을 포함하는 것인, 방법.
실시형태 6. 실시형태 3에 있어서, 상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하는 단계가 하기 중 하나 이상의 작업을 포함하는 것인, 방법:
상기 핵산 서열 데이터를 디멀티플렉싱 (demultiplexing)하는 작업;
상기 핵산 서열 데이터를 트리밍 (trimming)하는 작업;
하나 이상의 매핑되지 않은 리드 (read)를 고양이의 참조 게놈 및/또는 기존의 미생물 참조 게놈에 매핑하는 작업;
매핑 후 핵산 서열 데이터로부터 하나 이상의 리드를 고양이과로 분류하는 작업;
매핑 후 핵산 서열 데이터로부터 하나 이상의 리드를 미생물로 분류하는 작업;
상기 하나 이상의 미생물 리드를 정량하는 작업;
서열 적용범위 편향 (sequence coverage bias)을 파악하기 위해 쌍별 로그 비율 변환 (pairwise log ratio transformation)과 같은 방법을 사용하여 상기 정량된 하나 이상의 미생물 리드를 변환시키는 작업; 및
상기 변환된 하나 이상의 미생물 리드의 조성적 풍부도 패턴을, 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓고 있지 않은 고양이의 샘플 뿐만 아니라 특정 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓고 있는 고양이의 샘플도 포함하는 참조 데이터베이스의 변환된 데이터의 조성적 풍부도 패턴에 대하여 비교하는 작업.
실시형태 7. 실시형태 1에 있어서, 상기 고양이의 구강 미생물 프로파일을 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계가 하기 중 하나 이상의 작업을 포함하는 것인, 방법:
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 풍부도를 계산하는 작업;
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들을 확인하는 작업; 및
상기 구강 샘플 내에서 확인된 하나 이상의 미생물 종들의 풍부도를, 상기 데이터베이스에 포함된 고양이의 구강 마이크로바이옴 내 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도와 비교하는 작업.
실시형태 8. 실시형태 1에 있어서, 상기 위험 점수를 생성하는 단계가 하기 중 하나 이상의 작업을 포함하는 것인, 방법:
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 조성적 풍부도(들)과 데이터베이스에 포함된 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 조성적 풍부도(들) 간의 하나 이상의 유사성을 확인하는 작업;
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 정체 (identity)와 데이터베이스에 포함된 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 간에 하나 이상의 일치를 확인하는 작업;
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 조성적 풍부도(들)과 데이터베이스에 포함된 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 하나 이상의 미생물 종들의 조성적 풍부도(들) 간에 확인된 하나 이상의 유사성을 정량하는 작업; 및
구강 샘플 내의 하나 이상의 예측 미생물 종들의 존재를 확인하는 작업.
실시형태 9. 실시형태 1에 있어서, 상기 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환은 천식, 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기성 피부염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
실시형태 10. 실시형태 1에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는, 방법:
(i) 위험 점수, (ii) 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 발병하는 것에 대한 표시, (iii) 시기 권고, (iv) 선택적으로, 피부 및/또는 호흡기 건강을 개선하기 위한 하나 이상의 재택 실천 방법, (v) 선택적으로, 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 진단하는 하나 이상의 진단 단계, 및 (vi) 선택적으로, 치료적 처치 프로토콜에 대한 처방을 제공하는 보고서를 생성하는 단계; 및 선택적으로,
상기 생성된 보고서를 고양이 소유자 및/또는 이들의 수의사에게 전자 문서로 전송하는 단계.
실시형태 11. 실시형태 1에 있어서, 상기 치료적 처치 프로토콜이 고양이의 구강 미생물 프로파일을 변경하기에 충분한 것인, 방법.
실시형태 12. 고양이의 피부 및/또는 호흡기 질환을 표시하거나 예측하도록 구성된 컴퓨터 시스템으로서,
하나 이상의 프로세서; 및
상기 컴퓨터 시스템을 아래와 같은 단계를 수행하도록 설정된, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 명령이 저장되어 있는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능한 하드웨어 저장 장치를 포함하는 것인, 컴퓨터 시스템:
- 고양이로부터 채취한 구강 샘플로부터 얻은 미생물 핵산에 상응하는 미생물 핵산 서열 데이터를 수취하는 단계;
- 상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 단계;
- 상기 확인된 하나 이상의 미생물 종들과 이들의 각 풍부도에 기초하여 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 단계;
- 상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
- 상기 구강 미생물 프로파일과 데이터베이스의 정보 간에 하나 이상의 일치를 확인하는 단계;
- 상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓을 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및 선택적으로,
- 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 해당 고양이가 상기 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 "발병"하는 것으로 진단하는 단계;
- 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 상기 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 치료 또는 예방하는데 적절한 치료적 처치 프로토콜을 처방하는 단계;
- (i) 위험 점수, (ii) 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 발병하는 것에 대한 표시, (iii) 시기 권고, (iv) 선택적으로, 피부 및/또는 호흡기 건강을 개선하기 위한 하나 이상의 재택 실천 방법, (v) 선택적으로, 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 진단하는 하나 이상의 진단 단계, 및 (vi) 치료적 처치 프로토콜에 대한 처방을 표시하는 보고서를 생성하는 단계; 및/또는
- 상기 생성된 보고서를 고양이 소유자 및/또는 이들의 수의사에게 전자 문서로 전송하는 단계.
실시형태 13. 실시형태 12에 있어서, 상기 명령이, 구강 샘플의 메타게놈 서열 데이터를 분석하여 하나 이상의 매핑되지 않은 서열 리드들을 고양이과 동물 참조 게놈에 매핑하고/하거나 하나 이상의 서열 리드들을 미생물 참조 게놈에 매핑하고, 선택적으로, 상기 리드들을 미생물 또는 고양이과로 분류하도록, 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
실시형태 14. 실시형태 13에 있어서, 상기 명령이, 메타게놈 서열 데이터 중 적어도 하나의 매핑되지 않은 서열 리드를 확인하고, 선택적으로 상기 적어도 하나의 매핑되지 않은 리드들을 분류하도록, 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
실시형태 15. 실시형태 13에 있어서, 확립된 미생물 프로파일의 데이터베이스에 대한 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일의 비교에서 10,000개 미만으로 분류된 미생물 리드 또는 500,000개 이상으로 분류된 미생물 리드를 갖는 고양이 구강 마이크로바이옴 샘플들은 제외되는 것인, 컴퓨터 시스템.
실시형태 16. 실시형태 12에 있어서, 상기 명령이, 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들의 풍부도를 계산하도록 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
실시형태 17. 실시형태 16에 있어서, 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 특정 미생물 종들의 풍부도가, 상기 하나 이상의 특정 미생물 종들이 특정 피부 및/또는 호흡기 질환 상태에 대한 예측 미생물 종인지의 여부와 상관관계가 있는 것인, 컴퓨터 시스템.
실시형태 18. 실시형태 16에 있어서, 상기 명령이, 해당 구강 샘플의 미생물 풍부도를 데이터베이스 내의 정보에 대해 쌍별 로그 비율 비교를 수행하도록 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
실시형태 19. 실시형태 18에 있어서, 상기 하나 이상의 특정 미생물 종은, 질병 코호트와 대조군 코호트를 비교했을 때, 해당 미생물과 관련하여 최대로 가능한 쌍별 로그 비율 비교 중 50% 이상이 유의미하게 다른 경우에 예측 미생물 종이 되는 것인, 컴퓨터 시스템.
실시형태 20. 고양이의 피부 및/또는 호흡기 질환의 발병을 예측하는 방법으로서, 상기 방법이
고양이로부터 하나 이상의 미생물 종을 포함하는 구강 샘플을 얻는 단계;
상기 구강 샘플에서 상기 하나 이상의 미생물 종의 미생물 핵산을 분리하는 단계;
상기 미생물 핵산에 상응하는 미생물 핵산 서열 데이터를 얻는 단계;
상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 선택적으로 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 단계;
상기 확인된 - 선택적으로, 정량된 - 하나 이상의 미생물 종들, 상기 하나 이상의 미생물 종들을 포함하는 구강 미생물 프로파일 및, 선택적으로, 구강 샘플 내의 상기 하나 이상의 미생물 종들의 양 또는 상대적 풍부도에 기초하여, 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 단계;
상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 발병할 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및
상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 해당 고양이가 상기 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 발병하는 것으로 표시하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
실시형태 21. 고양이의 피부 및/또는 호흡기 질환을 진단하는 방법으로서, 상기 방법이
고양이로부터 하나 이상의 미생물 종을 포함하는 구강 샘플을 얻는 단계;
상기 구강 샘플에서 상기 하나 이상의 미생물 종의 미생물 핵산을 분리하는 단계;
상기 미생물 핵산에 상응하는 미생물 핵산 서열 데이터를 얻는 단계;
상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 선택적으로 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 단계;
상기 확인된 - 선택적으로, 정량된 - 하나 이상의 미생물 종들, 상기 하나 이상의 미생물 종들을 포함하는 구강 미생물 프로파일 및, 선택적으로, 구강 샘플 내의 상기 하나 이상의 미생물 종들의 양 또는 상대적 풍부도에 기초하여, 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 단계;
상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 발병할 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및
상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 해당 고양이가 상기 하나 이상의 피부 및/또는 호흡기 질환을 발병하는 것으로 진단하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
실시형태 22. 고양이의 피부 또는 호흡기 질환을 치료하는 방법으로서, 상기 방법이
고양이로부터 하나 이상의 미생물 종을 포함하는 구강 샘플을 얻는 단계;
상기 구강 샘플에서 상기 하나 이상의 미생물 종의 미생물 핵산을 분리하는 단계;
상기 미생물 핵산에 상응하는 미생물 핵산 서열 데이터를 얻는 단계;
상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 선택적으로 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 단계;
상기 확인된 - 선택적으로, 정량된 - 하나 이상의 미생물 종들, 상기 하나 이상의 미생물 종들을 포함하는 구강 미생물 프로파일 및, 선택적으로, 구강 샘플 내의 상기 하나 이상의 미생물 종들의 양 또는 상대적 풍부도에 기초하여, 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 단계;
상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환을 발병할 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계;
상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 해당 고양이가 상기 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환을 발병하는 것으로 진단하는 단계; 및
상기 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환을 치료하기에 충분한 치료적 처치를 실시하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
실시형태 23. 실시형태 22에 있어서, 상기 피부 및/또는 호흡기 질환은 천식, 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기성 피부염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
본 요약은 본 발명의 개념들을 간략한 형태로 소개하기 위해 제공한 것이고, 이에 대해서는 하기 상세한 설명에서 보다 상세하게 설명할 것이다. 본 요약은 본 발명에서 청구하는 발명 대상의 중요한 특징 또는 필수적인 특징들을 확인하기 위한 것도 아니고, 청구하는 발명 대상의 범위를 표시하기 위해 사용하려한 것도 아니다.
본 발명의 다양한 목적, 특징, 특성 및 이점들은, 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면 및 청구범위와 함께, 실시형태들에 대한 하기의 설명을 본다면 명백해지고 보다 쉽게 이해될 것이다. 도면에서, 유사한 참조 번호는 여러 도면들에서 상응하거나 유사한 부분을 지칭하는데 사용될 수 있으며, 도시된 다양한 구성요소들이 반드시 일정한 비율로 그려지는 것은 아니다.
도 1a-1b는 피부 건강 검사 작업흐름과 구강 마이크로바이옴 참조 데이터베이스 구축을 도시한 것이다.
도 2a-2d는 건강한 코호트와 (A) 아토피성 피부염, (B) 음식 알레르기성 피부염, (C) 벼룩 알레르기성 피부염, (D) 환경 알레르기성 피부염과 관련된 쌍별 미생물 상호작용 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포를 나타낸 것이다.
도 3a-3d는 2-성분 가우스 혼합 모델을 기반으로 한 고양이과 동물의 피부 건강 검사의 민감도와 특이성을 도시한 것이다. 민감도는 피부 질환을 앓고 있는 것으로 알려진 고양이를 탐지하는 개시된 실시형태들의 능력을 의미한다. 특이성이란 건강한 대조군 코호트의 고양이를 피부 질환을 앓고 있지 않는 것으로 탐지하는 개시된 실시형태의 능력을 의미한다.
도 4는 고양이과 동물의 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 또는 환경 알레르기성 피부염의 특징인 구강 마이크로바이옴 예측 미생물의 공통부분을 도시한 것이다.
도 5는 시퀀싱 리드 수의 함수로서 미생물 종의 풍부도를 도시한 것으로, 여기서 시퀀싱 리드 수는 서로 다른 두 종류의 메타게놈 전체 게놈 시퀀싱 (WGS) 라이브러리 제작 - 결찰 기반의 접근 방식 vs. 태그먼테이션 기반의 접근 방식 (예컨대, Illumina Nextera DNA Flex 라이브러리 제조 키트) - 의 데이터가 비교되어 있다.
도 6은 건강한 코호트 및 천식 코호트와 관련된 쌍별 미생물 상호작용 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포를 도시한 것이다.
도 7은 2-성분 가우스 혼합 모델을 기반으로 한, 천식 및 건강한 코호트에 대한 고양이과 동물의 건강 검사의 민감도와 특이성을 도시한 것이다.
도 1a-1b는 피부 건강 검사 작업흐름과 구강 마이크로바이옴 참조 데이터베이스 구축을 도시한 것이다.
도 2a-2d는 건강한 코호트와 (A) 아토피성 피부염, (B) 음식 알레르기성 피부염, (C) 벼룩 알레르기성 피부염, (D) 환경 알레르기성 피부염과 관련된 쌍별 미생물 상호작용 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포를 나타낸 것이다.
도 3a-3d는 2-성분 가우스 혼합 모델을 기반으로 한 고양이과 동물의 피부 건강 검사의 민감도와 특이성을 도시한 것이다. 민감도는 피부 질환을 앓고 있는 것으로 알려진 고양이를 탐지하는 개시된 실시형태들의 능력을 의미한다. 특이성이란 건강한 대조군 코호트의 고양이를 피부 질환을 앓고 있지 않는 것으로 탐지하는 개시된 실시형태의 능력을 의미한다.
도 4는 고양이과 동물의 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 또는 환경 알레르기성 피부염의 특징인 구강 마이크로바이옴 예측 미생물의 공통부분을 도시한 것이다.
도 5는 시퀀싱 리드 수의 함수로서 미생물 종의 풍부도를 도시한 것으로, 여기서 시퀀싱 리드 수는 서로 다른 두 종류의 메타게놈 전체 게놈 시퀀싱 (WGS) 라이브러리 제작 - 결찰 기반의 접근 방식 vs. 태그먼테이션 기반의 접근 방식 (예컨대, Illumina Nextera DNA Flex 라이브러리 제조 키트) - 의 데이터가 비교되어 있다.
도 6은 건강한 코호트 및 천식 코호트와 관련된 쌍별 미생물 상호작용 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포를 도시한 것이다.
도 7은 2-성분 가우스 혼합 모델을 기반으로 한, 천식 및 건강한 코호트에 대한 고양이과 동물의 건강 검사의 민감도와 특이성을 도시한 것이다.
입의 미생물 조성 (즉, 구강 마이크로바이옴)의 변화는 어떤 치과 질환 및 전신성 질환과 관련이 있을 수 있다. 본 연구 분야는 아직 초기 단계라서, 이러한 연관성을 포괄적으로 입증하는 인간 대상체에 대한 연구들도 과거 10년 내에 발표되었던 것이 전부이다. 고양이나 개와 같은 반려동물을 대상으로 한 본 주제에 관한 연구들도 제한적이었다. 현재 질환 상태 뿐 아니라 영양적 및 환경적 요인들은 고양이의 구강의 역학적인 미생물 조성 (즉, 이들의 구강 마이크로바이옴)에 중요하게 작용할 수 있다. 입은 외부 미생물들의 끊임없는 노출에 대한 1차적인 방어선이기 때문에, 구강 마이크로바이옴은 경쟁적으로 세력권을 지키려는 방향으로 진화해 왔다. 구강 마이크로바이옴은 자신들의 영역을 방어하는데 탁월한 미생물들로 구성되어서, 일반적으로 병원균을 비롯한 외부 침입자들에 의해 대체되는 것을 회피한다.
그러나, 부적절한 식단, 청결치 못한 치아 위생, 전신성 질환의 발병 또는 환경 변화와 같은 장내세균불균형 (dysbiosis)을 유발하는 사건들로 인해, 병원성 미생물들이 구강의 많은 부분에 서식하게 될 수 있다 (이에 따라, 구강 마이크로바이옴에 변화를 가져옴). 이러한 집락 형성은 병리학적 질병 상태와 연관될 수 있다. 구강 마이크로바이옴의 조성을 이해하면, 구강 조직의 건강에 대해서 뿐만 아니라 동물이나 인간의 전반적인 건강에 대한 정보도 얻을 수 있다. 예를 들어, 구강 마이크로바이옴 특성은 특히 염증성 장질환 (IBD), 다양한 암, 및 아토피성 피부염과 같은 질병들과 관련되어 있다. 구강 마이크로바이옴의 특징은 또 다른 염증성 및 알레르기성 질환인 천식과 연관될 수도 있다. 구강 마이크로바이옴의 상태가 제공하는 정보는 반려동물의 건강과 행복감을 관리하는 데에도 활용될 수 있다.
반려동물의 구강 마이크로바이옴 연구 분야는 거의 조명을 받지 못했고 아직은 초기 단계이다. 기존 연구들은 소규모의 표본 크기와 마이크로바이옴의 진위를 확인하는 오래된 배양 기반 기술을 기반으로 해서 결론을 내렸었다. 현존하는 모든 박테리아의 약 2%만이 실험실에서 배양될 수 있는 것으로 추정된다. 이는 미생물 분류를 위해 상기 방법에 의존하는 연구들이 중요한 여러 미생물 유기체들을 놓칠 수 있음을 의미한다. 추가로, 단순히 어떤 특정 종들이 배양되고 측정될 수 있다는 이유만으로 자칫 이들에 대해 잘못하여 중점을 둘 수도 있다. 실험실 배양이 마이크로바이옴에 대해서 매우 박테리아 중심적인 관점을 제공하여, 다른 미생물들, 예컨대 진균류, 원생동물, 고세균 및 바이러스이 무시되는 경우가 많다는 사실 때문에 이러한 문제점은 더 심각해진다.
고양이의 구강 마이크로바이옴에 대한 조사는 구강 (타액) 샘플을 사용하여 수행될 수 있다. 타액 샘플링 키트는 계통 (ancestry) 및 미생물 감염에 대한 검사가 더욱 보편화되면서 최근 수년간 인기를 얻었다. 소비자들이 직접 이용가능한 마이크로바이옴 검사는 일반적으로 차세대 시퀀싱 (NGS, Next Generation Sequencing)을 활용하는 '16S rRNA 유전자 시퀀싱'이라는 기술에 의존한다. 이 기술은 초기의 박테리아 배양 노력들보다는 사실상 더 많은 정보를 제공해 주지만, 해당 마이크로바이옴에 존재하는 박테리아 종들 (및 일부 고세균)을 확인하는 데에만 사용할 수 있다. 대부분의 경우, 이러한 검사들은 분류학적 분류의 속 수준을 넘어서는 박테리아를 견실하고 일관되게 확인하는데 충분한 해답을 제공하지 않는다. 따라서, 대부분의 경우, 검사 결과는 마이크로바이옴을 포함하는 박테리아의 정확한 종이나 종류를 제공하지 않는다. 이러한 이유로, 이러한 결과들을 사용한 데이터 기반 결론은 모호하며 근사치에 의존한다. 더욱이, 신체의 다양한 부위의 마이크로바이옴은 박테리아와 고세균 외에도 바이러스, 원생동물, 진균류 종들로 구성될 수 있다는 것은 익히 알려져 있다. 이것은 16S rRNA 유전자 시퀀싱 접근법이 마이크로바이옴의 한 부분에 대해서만 확대하고 나머지 부분은 무시된다는 것을 의미한다.
본 발명의 다양한 실시형태들을 상세히 설명하기 전에, 본 발명이 특정 매개변수, 용어, 및 실시형태마다 다양할 수 있는 구체적으로 예시된 시스템, 방법 및/또는 제품에 대한 설명에만 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 특정 실시형태들을 구체적인 특징 (예컨대, 구성, 매개변수, 특성, 단계, 구성요소, 성분, 부재, 요소, 부품 및/또는 일부 등)을 참조하여 상세히 설명할 것이나, 이 설명은 예시적인 것일 뿐 본 발명 및/또는 청구된 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본원에서 사용한 용어는 실시형태들을 설명하기 위해 사용된 것이지, 본 발명 및/또는 청구된 발명의 범위를 한정하려고 한 것은 아니다.
본원에서는 고양이의 피부 및/또는 호흡기 질환 상태의 확인, 스크리닝, 표시, 진단 및/또는 치료를 위한 컴퓨터 시스템, 시스템 및 방법이 개시된다. 개시된 발명 대상의 실시형태들은 고양이의 피부 및/또는 호흡기 질환과 관련된 미생물의 조성적 풍부도 경향을 감지할 목적으로 집고양이의 구강 마이크로바이옴을 조사하는 방법을 기술하고 있다. 미생물의 조성적 풍부도 경향을 감지, 확인 및/또는 정량을 통해, 전문의는 고양이가 어떤 피부 및/또는 호흡기 질환 상태가 있는지를 스크리닝 및/또는 표시할 수 있다. 피부 및/또는 호흡기 질환 상태를 감지하여 확인하면, 전문의와 애완동물 주인이 해당 질병을 치료하고/하거나 그 진행을 지연시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 심지어 잠재적으로 피부 및/또는 호흡기 질환 상태의 향후 재발을 방지할 수도 있다.
개시된 방법은, 예를 들어 어떤 고양이의 구강 마이크로바이옴을, 고양이 주인 및/또는 수의사가 천식, 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 또는 환경 알레르기성 피부염으로 진단받았다고 보고한 고양이의 구강 마이크로바이옴과 비교할 수 있다. 상기 비교는 확립된 미생물 프로파일이 포함된 참조 데이터베이스를 이용해 수행하여, 하나 이상의 미생물 종들과 이들의 각 조성적 풍부도(들)을 하나 이상의 피부 질환과 연관짓는다.
개시된 시스템과 방법은 무통증의 구강 면봉 샘플 수집을 포함할 수 있다. 이에 따르면, 구강 마이크로바이옴은 협측, 치은연상 또는 치은연하 샘플링을 통해 조사할 수 있다. 이러한 샘플링은 해당 동물 마취가 필요치 않으며, 집에 있는 애완동물 주인이나 진료소의 수의사가 수행할 수 있다. 개시된 시스템과 방법은 잠재적으로는, 아직 공식적으로 진단되지 않은 피부 질환 관련 과정에 대한 초기 표지자 역할을 할 수 있다. 정기적으로 사용하면, 초기 단계의 피부 질환을 확인할 수 있어서, 더 많은 고양이들을 조기에 수의사 진료소로 데려갈 수 있고, 동물의 고통도 줄일 수 있다. 피부 질환 상태를 조기에 확인하면, 비용을 절감하고 고양이의 삶의 질을 향상시키는데 도움이 된다. 조기에 피부 및 호흡기 질병 상태를 확인하는 것은, 상기 피부 및 호흡기 질병이 진단되어 확인되는 경우에 더 많은 치료 선택지를 활용할 수 있음에도 의미가 있다.
참조 데이터베이스에 포함된 확립된 미생물 프로파일
입은 외부 미생물들의 끊임없는 노출에 대한 1차적인 방어선이기 때문에, 구강 마이크로바이옴은 경쟁적으로 세력권을 지키려는 방향으로 진화해 왔다. 구강 마이크로바이옴은 자신들의 영역을 방어하는데 탁월한 미생물들로 구성되어서, 일반적으로 병원균을 비롯한 외부 침입자들에 의해 대체되는 것을 저지할 수 있다. 이러한 미생물들은 일반적으로 고양이가 건강할 때 존재하며, 구강 마이크로바이옴의 건강한 미생물 프로파일을 나타낸다. 고양이가 피부 또는 호흡기 질환을 앓고 있는 경우, 구강 마이크로바이옴의 조성은 외래 또는 병원성 미생물 종의 존재 및/또는 다양한 미생물들 간의 풍부도 비율 변화로 인해 변경될 수 있다. 이러한 구강 마이크로바이옴 조성의 변화는 병원성 프로파일로 나타날 수 있다. 경우에 따라서는, 특정 외래 미생물 종 및/또는 병원성 미생물 종들의 존재와 구강 내 다른 미생물에 대한 이들의 풍부도는, 특정 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓고 있는 고양이와 상관관계가 있다.
특정 피부 및/또는 호흡기 질환 상태와 상관관계가 있는 특정한 (하나 이상의) 미생물 종들 (및 이들의 각 상대적인 풍부도)을 확인을 통해, 상기 확인된 (하나 이상의) 미생물 종들의 존재를 나타내는 고양이에 있어서 피부 및/또는 호흡기 질환 상태에 대한 사전 진단 스크리닝이 가능하다. 다시 말해, 피부 및/또는 호흡기 질환 상태의 확인 및/또는 표시는 특정 병원성 프로파일을 나타내는 고양이와 연관지을 수 있다.
마이크로바이옴에 대한 포괄적인 연구를 위한 최적 표준은, 박테리아와 고세균뿐만 아니라 모든 생명체 영역에 걸쳐 유기체들의 전체 게놈 또는 거의 완전한 게놈을 포획할 수 있는 샷건 메타게놈 시퀀싱 (shotgun metagenomic sequencing)이다. 메타게놈 DNA 추출에 대한 최적 표준에는 비드-비팅 (bead-beating)이라는 과정이 포함된다. 이 과정은 마이크로바이옴의 풍부도와 조성 연구시, 완전한 미생물 세포 용해를 위해 권고된다. 이 과정은 그람 양성 박테리아의 세포벽과 같이 두꺼운 세포벽을 분쇄하는 데 도움이 된다. 이 과정은 비드 비터 (bead beater)에서 분쇄 매체 (볼 또는 비드)를 사용하여 샘플을 빠르게 교반하여 수행된다.
일부 예시적인 실시형태에서, 개시된 시스템과 방법은 메타게놈 DNA 추출을 위해 비드-비팅을 사용하지 않으며, 의도적으로 그러한 과정을 포기하였다. 그 이유는, 비드-비팅 역시 다운스트림 샘플 처리과정을 방해하는 DNA 분해를 상당 부분 도입하므로, 생성된 메타게놈 시퀀싱 라이브러리의 품질을 저하시킬 수 있기 때문이다. 한 실시형태에 따르면, 개시된 시스템과 방법은 비드-비팅을 사용하지 않기 때문에, 결과 분석에서 구강 마이크로바이옴 데이터는 그람 양성 박테리아가 과소 평가되는 문제를 겪을 가능성이 있다. 그렇기는 하지만, 질병의 특징적인 패턴을 인식할 수는 있다. 개시된 시스템과 방법은 16S rRNA 유전자 시퀀싱과는 달리, 미생물 확인과 분류를 종의 수준까지, 또는 경우에 따라서는, 균주의 수준까지 가능케 한다.
인간의 구강 마이크로바이옴 연구의 일부 결과들은 다양한 알레르기 관련 질환들이 구강 마이크로바이옴에서의 유사한 변화들을 특징으로 할 수 있음을 시사하고 있다. 이러한 견해는, 고양이과의 각 관심대상 피부 질환 (아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염, 환경 알레르기성 피부염)에 중요한 미생물 종들에서 일부 공통부분이 관찰된다는 사실 때문에, 고양이에서도 유사하다. 그러나, 구강 마이크로바이옴의 조성적 풍부도가 특히 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 또는 환경 알레르기성 피부염을 예측하는 미생물들도 확인되었다. 이러한 사실은 일반적으로 아토피 및 알레르기성 피부염 관련 질환들과 관련된 핵심 미생물 세트의 존재 이외에도, 특정한 피부 병리와 관련된 미생물 프로파일들이 존재함을 시사하는 것이다. 또한, 이것은 천식과 같은 특정 호흡기 병리와 관련된 미생물 프로파일이 있을 수 있음도 시사하는 것이다.
38,000마리의 집고양이에 대한 샷건 메타게놈 구강 마이크로바이옴 시퀀싱과 조성 데이터 분석 기술을 사용하여, 고양이과 동물 구강 마이크로바이옴에 대한 포괄적인 조사를 실시해 고양이과 동물 구강 마이크로바이옴에 존재하는 8,344개의 미생물 종들을 확인하였다. 샷건 메타게놈 시퀀싱에 포함된 집고양이가 특정 피부 또는 호흡기 질환을 앓았는지의 여부는, 해당 고양이가 수의사에 의해서 특정 피부 또는 호흡기 (예컨대, 천식, 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염, 환경 알레르기성 피부염 등)을 앓고 있는 것으로 공식적으로 진단되었던 적이 있었는지를 해당 고양이 소유자에게 설문을 통해 질의하여 결정하였다.
참조 데이터베이스는 가중 상관관계 데이터베이스로서, 고양이과 동물 구강 마이크로바이옴에 존재하는, 적어도 상기 확인된 8,344개의 미생물 종들을 포함하고 있다. 평균적으로 고양이당 606개의 미생물 종이 확인되었으며, 그 중 97%는 박테리아와 고세균으로 분류되었고, 0.27%는 DNA 바이러스 (RNA 바이러스는 샷건 메타게놈 시퀀싱으로 감지할 수 없음)로, 0.02%는 파지로, <2%는 진균류로 분류되었다. 특정 피부 또는 호흡기 질환에 관여하여 그에 기여하는 것으로 확인된 다양한 미생물 종들을 "확립된 미생물 프로파일"로 정리한다. 상기 확립된 미생물 프로파일은, 특정 피부 또는 호흡기 질환 상태에 기여하고/하거나 관여하는 것으로 알려진, 확인된 하나 이상의 미생물 종들과 이들의 각 상대적 풍부도에 대한 목록 또는 수집본이다. 일부 실시형태에서, 확립된 미생물 프로파일은 미생물들의 정체 (즉, 속과 종) 이외에, 그람 양성 미생물의 백분율과 그람 양성 미생물 : 그람 음성 미생물의 비율을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 확립된 미생물 프로파일은 하나 이상의 미생물 종들의 상대적 풍부도 (증가 또는 감소)를 나타낼 수 있다. (하기 표 1 내지 12를 참조한다).
예를 들어, 확립된 미생물 프로파일에는 4가지의 피부 질환 (아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염, 또는 환경 알레르기성 피부염)을 예측하는 70개의 미생물 뿐만 아니라, 4가지의 피부 질환 (아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염, 환경 알레르기성 피부염) 중 하나를 특별히 예측하는 미생물의 세트가 포함될 수 있다. 확립된 미생물 프로파일은 천식과 같은 호흡기 질환에 대해서도 수집될 수 있다. "예측 미생물"에 대해서는 아래에서 더 자세히 설명한다. 상기 확립된 미생물 프로파일은, 참조 데이터베이스를 참조하여 추론시, 특정 피부 또는 호흡기 질환을 앓고 있는 동물에서 특정 미생물이 얼마나 빈번하게 어떤 비율로 관찰되는지에 따라서 포함된 각 미생물 종들의 순위를 매기고/매기거나 그에 가중치를 부여할 수 있다. 임의의 한 미생물 종이 특정 피부 및/또는 호흡기 질환 상태에 기여하는 정도는 동물이 특정 피부 및/또는 호흡기 질환 상태를 앓고 있는 동안 구강 마이크로바이옴에 미생물 종들이 얼마나 자주 나타나는지 (또는 존재하는지)와 상관관계가 있다. 또한, 임의의 한 미생물 종이 특정 피부 및/또는 호흡기 질환 상태에 기여하는 정도는 그러한 미생물 종들이 건강한 대조군 샘플과 비교하였을 때 다른 구강 미생물들과 얼마나 일관되고 유의하게 다른 상대적 풍부도를 나타내는지와도 상관관계가 있다.
참조 데이터베이스에 포함된 확립된 미생물 프로파일에는 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓고 있지 않은 건강한 고양이의 확립된 미생물 프로파일도 포함된다. 예를 들어, 건강한 고양이의 확립된 미생물 프로파일은, 피부 및/또는 호흡기 질환이 없을 경우에 구강 마이크로바이옴에 존재하는 미생물 종들과 이들의 상대적 풍부도를 나열하여 확인시켜 준다. 확립된 건강한 미생물 프로파일은 존재하는 미생물 종들과 이들의 상대적 풍부도에 대한 기준이나 대조군을 확립할 수 있다. 이 프로파일과의 편차를 통해, 전문의라면 예를 들어 고양이가 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓을 가능성을 예측 및/또는 표시할 수 있다. 이와 유사하게, 확립된 건강한 미생물 프로파일과의 편차를 통해, 전문의라면 피부 및/또는 호흡기 질환에 대한 증상이 시작되기 전에 고양이가 해당 피부 및/또는 호흡기 질환을 앓고 있는 것으로 진단할 수 있다.
각각의 피부 및/또는 호흡기 질환 상태에 대해 확립된 미생물 프로파일을 건강한 고양이에 대해 확립된 미생물 프로파일과 비교하여 해당 피부 및/또는 호흡기 질환 상태와 건강한 상태 간의 차이를 확인한다. 일부 실시형태에서, 상기 비교는 쌍별 로그 비율 비교이다. 예를 들어, 건강한 고양이와 아토피성 피부염을 앓고 있는 고양이의 구강 마이크로바이옴에는 일부 중복이 있을 수 있다. 확립된 건강한 미생물 프로파일과 확립된 아토피성 피부염 미생물 프로파일을 비교하면 둘 사이에 비슷한 풍부도로 나타나는 공통의 미생물 종들을 확인할 수 있다. 두 미생물 프로파일 간에 공통되지 않은 임의의 미생물 종, 또는 두 프로파일 간에 상당히 다른 비율로 나타나는 미생물 종들이 있다면, 그 미생물 종들이 아토피성 피부염의 발병에 관여함을 확인할 수 있다. 고양이의 구강 마이크로바이옴에서 그러한 미생물 종들에 대한 확인은 해당 고양이가 아토피성 피부염을 앓고 있음을 보여주는 것이다.
도 1a-1b는 피부 건강 검사 작업흐름과 고양이과 동물 대상체를 사용한 구강 마이크로바이옴 참조 데이터베이스의 구축을 도시한 것이다. 도 1a에서, 고양이 피부 건강 검사 작업흐름에는 DNA 보존 용액에 고양이의 구강 면봉을 수집하는 단계, 샷건 메타게놈 차세대 시퀀싱 (NGS)을 위한 DNA 추출 및 준비 단계, 상기 DNA를 시퀀싱하는 단계, 데이터 분석 단계, 및 구강 마이크로바이옴의 상태를 기초로 다양한 피부 질환에 대한 위험 평가를 제공하는 보고서를 생성하는 단계가 포함된다. 상기 보고서에는 해당 결과에 맞춘 치료 권고 사항이 수반될 수 있다. 도 1b에서, 고양이 38,000마리의 초기 데이터베이스에 순차적 필터를 적용하여 고양이과 구강 마이크로바이옴 참조 데이터베이스를 구축하였다. 먼저, 태그먼테이션 기반의 NGS 라이브러리 제작 샘플들의 모든 데이터들을 제거하였다. 이 작업은 미생물 종 풍부도에 대한 라이브러리 제작 방법의 관찰된 효과 때문에 수행하였다 (도 5 참조). 샘플당 시퀀싱 리드 수는 감지된 미생물 종들의 수에 대해서 최소한으로 영향은 미치기 때문에, 결찰 기반 방법이 선호되었다. 또한, Tn5 유전자전이효소 (transposase) 보조 태그먼테이션은, 특히 메타게놈 연구 당업계에서는 GC 시퀀싱 편향을 도입하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 일부 실시형태에서는, 태그먼테이션 기반의 NGS 라이브러리 제작이 포함될 수 있다.
다음으로, 고양이의 표현형/건강 이력 기록이 수반되지 않은 샘플들은 제외하였다. 샘플의 미생물 서열 데이터를 확인하고, 분류하여 매핑한다. KRAKEN2와 Bracken을 사용하여 각 샘플에서 미생물 리드들을 분류한 후, 분류된 미생물 리드가 10,000개 미만인 샘플과 500,000개 이상인 샘플들을 제거하였다. 나머지 고양이/샘플들을 코호트로 배치하였다. 이렇게 하여, 아토피성 피부염 코호트 (AD; n=101), 음식 알레르기성 피부염 코호트 (FAD; n=437), 벼룩 알레르기성 피부염 코호트 (FLAD; n=140) 및 환경 알레르기성 피부염 코호트 (EAD; n=403)가 만들어졌다.
도 1a-1b는 피부 건강 검사 작업흐름과 구강 마이크로바이옴 참조 데이터베이스의 구축을 도시하고 있지만, 동일한 건강 검사 작업흐름을 호흡기 질환 (예: 천식)에 대해서도 수행하였다는 점을 이해해야 한다. 이에 따라, 천식 코호트 (n=336)를 얻고, 분류하여 매핑하고, 마찬가지로 구강 마이크로바이옴 참조 데이터베이스에 추가하였다. 개시된 컴퓨터 시스템, 시스템 및 방법과 함께 구강 마이크로바이옴 참조 데이터베이스를 사용을 통해, 전문의라면 고양이의 질병 상태를 스크리닝, 표시, 확인, 진단 및/또는 치료할 수 있다. 질병 상태에는, 적어도 AD, FAD, FLAD, EAD 및 천식이 포함된다.
예측 미생물 확인
각각의 피부 및/또는 호흡기 질환과 유의미한 상관관계가 있는 미생물을 확인하기 위한 첫 단계로, Bracken이 출력한 종 수준의 리드 총수에 대해 쌍별 로그-비율 (PLR) 변환을 수행하였다. 다음으로, z-검사를 수행하여 대조군과 질환군 사이의 유의미한 PLR 비교 (p-값 < 0.01)를 확인하였다. 건강한 코호트를 AD, FAD, FLAD 및 EAD 코호트와 비교했다. 건강한 코호트를 천식 코호트와도 비교하였다. (도 6-7 참조).
유의미한 모든 PLR 중에서 각 미생물 종들의 빈도를 평가하였다. 다른 종들과의 최대로 가능한 비교 중 50% 이상이 유의미했던 미생물 종들만 유지하였다. 이 척도는 관심대상인 4가지의 피부 질환과 1가지의 호흡기 질환에서 다양한 미생물 종들의 중요성에 대한 대용물로서 사용하였다. 이러한 미생물 종들은 각 피부 및 호흡기 질환에 대한 "예측 미생물 종"이다.
아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기성 피부염의 특징적인 개체군 전반에 걸친 미생물의 조성적 풍부도 패턴을 확인하기 위해, 각 샘플의 예측형 쌍별 로그 비율 (pPLR)을 대조군의 평균 pPLR과 비교함으로써 점수를 매겨, 그 차이의 방향과 크기를 고려해 넣었다. 도 2a-2d는 건강한 코호트와 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염, 환경 알레르기성 피부염과 관련된 쌍별 미생물 상호작용 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포를 나타낸 것이다. 도 6은 건강한 코호트 및 천식 코호트와 관련된 쌍별 미생물 상호작용 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포를 도시한 것이다.
다음으로, 우리는 각각 두 성분 - 건강한 코호트와 피부 질환 코호트 - 을 포함하는 4개의 가우스 혼합 모델 (각 피부 질환당 한 모델)을 쌍별 미생물 상호작용들 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포에 피팅하였다. 이 모델링 접근법은 각 샘플에 대해 0 내지 1의 점수를 생성하는데, 이는 해당 샘플이 대조군 코호트에 속할 확률 또는 각 피부 질환 코호트에 속할 확률을 나타낸다. 도 3a-3d는 4가지의 피부 질환 코호트 (아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염, 환경 알레르기성 피부염)에 속하는 샘플들과 대조군 샘플들이 각 샘플의 예측 미생물에 대한 조성적 풍부도를 기준으로 이들의 각 코호트에 속하는 것으로 분류될 가능성을 그래프로 나타낸 것이다. 모든 경우에서, 피부 질환과 대조군 간에 샘플 정체성과 일치하는 이원성 확률 분포가 관찰되었다. 0에 가까운 작은 피크를 형성하는 소수의 질병 샘플과 1에 가까운 약간의 피크를 형성하는 작은 세트의 대조군 샘플이 존재하였다. 도 7은 천식 코호트에 속하는 샘플들과 대조군 샘플들이 각 샘플의 예측 미생물에 대한 조성적 풍부도를 기준으로 이들의 각 코호트에 속하는 것으로 분류될 가능성을 그래프로 나타낸 것이다.
각각의 피부 및/또는 호흡기 질환 상태 (천식, 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염, 및 환경 알레르기성 피부염)에 대해 확립된 미생물 프로파일을 건강한 고양이에 대해 확립된 미생물 프로파일과 비교하여, 미생물 종의 차이점과 공통점, 및 피부 질환 상태와 건강한 상태에서의 이들의 풍부도를 측정하여 정량한다. 또한, 각 피부 질환 상태에 대해 확립된 미생물 프로파일들도 서로 비교하여 각 피부 질환 상태에 공통적으로 나타나는 중복되는 미생물 종들도 확인한다. 천식에 대해 확립된 미생물 프로파일들은 유사한 비교를 거쳐 미생물 종들의 차이점과 공통점, 및 천식과 건강한 상태에서의 이들의 풍부도를 측정하여 정량하고, 각 질병 상태에 공통적으로 중복되는 미생물 종들도 확인하였다.
각 피부 또는 호흡기 질병 상태와 건강한 대조군 상태에 대해 확립된 미생물 프로파일들은 쌍별 로그 비율 (PLR) 변환을 거치도록 한다. 상기 PLR 변환은 일정한 환산 계수 (scaling factor) 대신에 각 미생물에 대한 미생물 풍부도를 스케일링 (scaling)하여 샘플들 간의 잠재적인 시퀀싱 적용범위 차이를 보정한다. 다음으로, 각 질병 상태와 대조군 상태의 PLR 간에 z-검사를 수행한다. 약 0.01 미만의 p-값은 유의미한 PLR 비교를 위한 임계값 기능을 한다. 피부 또는 호흡기 질환 상태에 대해 확립된 미생물 프로파일에서 확인된 각 미생물 종들의 경우, 그 미생물 종들이 나타나는 유의미한 PLR 비교의 수 (p-값으로 정의됨)를 계수한다. 유의미한 PLR 비교의 수가 해당 미생물의 경우에 가능한 모든 PLR 비교의 적어도 50%인 경우라면, 해당 미생물 종을 "예측 미생물"로 간주한다. 이 과정을 관심대상인 각 피부 또는 호흡기 질환 상태에 대해 반복할 수 있다. 다시 말해, 유의미한 PLR 비교에 대한 z-검사 확인을 통해, 천식, 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및/또는 환경 알레르기성 피부염에 대한 예측 미생물을 확인할 수 있다. 표 1은 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기성 피부염에 대해 확인된 예측 미생물들의 예를 제공하고 있다. 표 2는 천식에 대해 확인된 예측 미생물들의 예를 제공하고 있다.
표 1에 개괄된 바와 같이, 아토피성 피부염을 예측하는 미생물은 86개, 음식 알레르기성 피부염의 경우는 122개, 벼룩 알레르기성 피부염의 경우는 99개, 환경 알레르기성 피부염의 경우는 110개로 확인되었다. 각 피부 질환에 대한 예측 미생물은, 건강한 대조군으로 확립된 미생물 프로파일과 4가지의 피부 질환 중 하나를 앓고 있는 고양이의 확립된 미생물 프로파일 간의 PLR 미생물 풍부도 비교를 기반으로 확인되었다 (도 4 참조). 70개의 미생물들이 4가지의 피부 질환 (아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기성 피부염)을 예측하는 것으로 확인되었지만, 각 질환에는 고유한 특정 예측 미생물 세트가 있어서, 다른 질환들과 구별하게 해준다. 피부 또는 호흡기 질환 샘플과 대조군 샘플에서 유의미한 쌍별 미생물 상호작용들 간의 평균 로그 비율 차이를 플롯팅하였더니, 이들의 피부 또는 호흡기 질환 상태를 기초로 샘플 개체군을 분리할 수 있었다. (도 2a-2d 및 도 6 참조). 그러나, 개체군들 간에 일부 중복이 관찰되었는데, 이는 특정 샘플 세트의 경우, 예측 미생물들의 조성적 풍부도가 대조군 개체군 또는 각 피부 질환 개체군과 일치하는 것으로 해석될 수 있음을 의미하는 것이다.
표 3-7에는 관심대상인 피부 또는 호흡기 질환 상태 (예: 천식, 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기 피부염)로 확인되거나 이와 관련이 있는 미생물들의 비율을 개괄한 것이다. 표 8 내지 12는 관심대상인 각 피부 및/또는 호흡기 질병 상태에 대한 각 예측 미생물의 상대적으로 증가 또는 감소된 풍부도를 개괄한 것이다. (존재하는 그람 양성 박테리아의 상대적 풍부도, 백분율 및 비율에 관한) 이 데이터들도 각 피부 및/또는 호흡기 질병 상태에 대해 확립된 미생물 프로파일에 포함될 수 있다. 고양이의 구강 마이크로바이옴에서 하나 이상의 그람 양성 박테리아의 검출 (또는, 하나 이상의 이러한 그람 양성 박테리아의 비율 또는 백분율의 수득)을 통해, 본 시스템 및 방법은 해당 고양이가 피부 또는 호흡기 질환을 앓고 있는 것으로 표시 또는 진단할 수 있다.
천식 코호트에 대해서도 동일한 절차 (건강한 코호트와의 비교, PLR 변환, z-검사 등)를 수행하였다. 도 6은 건강한 코호트 및 천식 코호트와 관련된 쌍별 미생물 상호작용 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포를 도시한 것이다. 도 7은 2-성분 가우스 혼합 모델을 기반으로 한 고양이과 동물의 호흡기 건강 검사의 민감도와 특이성을 도시한 것이다.
'(~을) 예측(하는) (predictive)'이라는 단어의 사용은 '~의 원인이 되는'으로 해석할 것이 아니라, 단순히 어떤 미생물이 대조군과 비교하였을 때 특정한 피부 또는 호흡기 질환에 있어서 유의미하게 다른 조성적 풍부도를 가진다라는 사실을 반영한다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 이는 해당 미생물이 질병의 병리에서 적극적인 역할을 하거나, 또는 해당 미생물의 조성적 풍부도의 변화가 병리의 부산물이라는 것도 의미할 수 있다. 어떤 시나리오에서건, 다른 미생물에 비해 특정한 풍부도로 미생물이 존재하는 것은 피부 또는 호흡기 질환 상태와 직접적인 상관관계가 있는 것이다.
예측 미생물들을 확인하는 알고리즘과 개시된 방법들은 지속적으로 발전할 수 있다. 확인된 예측 미생물들의 세트 또는 그룹화는 코호트 (건강한 고양이와 피부 질환을 앓고 있는 고양이)의 개체군이 변화하고 진화함에 따라 조금씩 변화되고 진화할 수 있다. 미생물들과 이들의 피부 또는 호흡기 질환 상태에 대한 존재 또는 기여와 관련한 더 많은 정보를 활용하는 것이 가능해짐에 따라, 확인된 예측 미생물들의 세트도 변화되고 진화할 것이다. 확인된 새로운 예측 미생물 세트는 초기 세트와 100% 다르지 않을 수 있으며, 오히려 약 25% 내지 85%의 차이가 예상될 수 있다. 예를 들어, 확인된 새로운 예측 미생물 세트는 확인된 초기 예측 미생물 세트와 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 또는 80% 다를 수 있거나, 또는 상기 값들 중 임의의 두 값으로 정의된 차이만큼 다를 수 있다. 더 많은 고양이들을 코호트에 추가함에 따라, 확인된 예측 미생물 세트는 변화되고 진화할 것이다.
시퀀싱 및 추출 프로토콜
적어도 하나의 고양이 구강 면봉을 채취하여 검사용 샘플을 제공할 수 있다. 구강 면봉은 동물의 잇몸선 (상부 및 하부)을 표적으로 삼을 수 있고/있거나, 동물의 입 전체를 표적으로 할 수도 있다. 구강 면봉 샘플에서 미생물 DNA를 추출하여 고양이의 구강 마이크로바이옴에 어떤 미생물 종들이 어느 정도의 상대적인 풍부도로 존재하는지를 확인할 수 있다.
메타게놈 DNA는 비드-비팅을 하거나 하지 않고, 또는 단백질분해효소 K와 같은 단백질 분해 시약 및 계면활성제를 첨가하거나 첨가하지 않으면서, 진탕기에서 대략 1시간 동안 열 처리를 통해 구강 샘플로부터 추출될 수 있다.일부 실시형태에서, 구강 샘플은 대략 45℃ 내지 75℃, 예컨대 50℃, 55℃, 60℃, 65℃, 70℃ 또는 상기 값들 중 임의의 2개의 값으로 정의된 범위 내에서 열 처리한다.
마이크로바이옴에 대한 포괄적인 연구를 위한 최적 표준은, 박테리아와 고세균뿐만 아니라 모든 생명체 영역에 걸쳐 유기체들의 전체 게놈 또는 거의 완전한 게놈을 포획할 수 있는 샷건 메타게놈 시퀀싱 (shotgun metagenomic sequencing)이다. 메타게놈 DNA 추출에 대한 최적 표준에는 비드-비팅 (bead-beating)이라는 과정이 포함된다. 이 과정은 마이크로바이옴의 풍부도와 조성 연구시, 완전한 미생물 세포 용해를 위해 권고된다. 이 과정은 그람 양성 박테리아의 세포벽과 같이 두꺼운 세포벽을 분쇄하는 데 도움이 된다. 이 과정은 비드 비터 (bead beater)에서 분쇄 매체 (볼 또는 비드)를 사용하여 샘플을 빠르게 교반하여 수행된다.
일부 예시적인 실시형태에서, 개시된 시스템과 방법은 메타게놈 DNA 추출을 위해 비드-비팅을 사용하지 않으며, 의도적으로 그러한 과정을 포기하였다. 그 이유는, 비드-비팅 역시 다운스트림 샘플 처리과정을 방해하는 DNA 분해를 상당 부분 도입하므로, 생성된 메타게놈 시퀀싱 라이브러리의 품질을 저하시킬 수 있기 때문이다. 한 실시형태에 따르면, 개시된 시스템과 방법은 비드-비팅을 사용하지 않기 때문에, 결과 분석에서 구강 마이크로바이옴 데이터는 그람 양성 박테리아가 과소 평가되는 문제를 겪을 가능성이 있다. 그렇기는 하지만, 질병의 특징적인 패턴을 인식할 수는 있다.
구강 샘플을 열처리한 후, 정제용 80% 에탄올을 사용하는 SPRI 자기 비드 기반 DNA 추출 (MCLAB, MBC-200)을 통해 메타게놈 DNA를 추출할 수 있다. 상기 DNA를 GloMax 플레이트 판독기 (Promega)를 사용하여 정량할 수 있다. 메타게놈 DNA를 추출 및 정량한 후, 제조업체의 설명에 따라, LOTUS DNA 라이브러리 제조 키트 (IDT), Next Ultra II FS DNA 라이브러리 제작 키트 (NEB) 또는 또 다른 결찰 또는 태그먼테이션 기반의 DNA 라이브러리 제작 키트를 사용하여 NGS를 위한 구강 샘플을 제작할 수 있다. 구강 샘플에는 iTRU 색인을 사용한 이중 바코드를 표시할 수 있다. 준비된 시퀀싱 라이브러리는 GloMax 플레이트 판독기 (Promega)를 사용하여 정량하여 동질량으로 96개의 샘플 풀 (pool)에 모을 수 있다. 그런 다음, 상기 풀을 시각화하여 (단편 크기 분포를 평가하고) 2100 Bioanalyzer 기기 (Agilent)를 사용하여 정량할 수 있다. 표준 QC 단계에 따라, 상기 96개의 샘플 풀을 Illumina HiSeq X 또는 NovaSeq 6000 차세대 시퀀싱 기계에 로딩할 수 있다.
원시 시퀀싱 데이터는, 예를 들어 Trimmomatic 0.32 프로그램을 사용하여 디멀티플렉싱하고 트리밍하여 저품질 데이터를 제거할 수 있다. 그런 다음, 상기 데이터를, 예를 들어 고양이과 게놈 Felis_catus_9.0의 가장 최신 버전에 매핑할 수 있다. 모든 구강 샘플에 있어서, 고양이과 게놈에 매핑되지 않는 약 5-7%의 시퀀싱 리드들이 있을 수 있다. 상기 매핑되지 않은 리드들은, 각 샘플에 존재하는 미생물 유기체를 확인하는 KRAKEN2 메타게놈 서열 분류기 (또는 적절한 대안)를 사용하여 분류될 수 있다. 메타게놈 샘플의 DNA 서열 분석 데이터에서 종 풍부도를 계산하기 위한 통계적 방법인 Bracken을 KRAKEN2 분석과 함께 시퀀싱된 데이터에 대하여 사용할 수 있다. Bracken은 종 수준의 리드 총수를 출력할 수 있다. KRAKEN2 메타게놈 서열 분류기 및 Bracken 계산의 결과를 기초로, 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성할 수 있다. 상기 생성된 구강 미생물 프로파일에는 존재하는 미생물 종들의 정체성과 이들의 상대적 풍부도에 관한 데이터가 포함될 수 있다. 생성된 경구 미생물 프로파일에는 존재하는 미생물 종들의 (증가 또는 감소된) 상대적 풍부도 뿐만 아니라, 존재하는 그람 양성 박테리아의 백분율에 관한 데이터도 포함될 수 있다.
약 0.1 (예컨대, 0.08 내지 0.15)의 신뢰도 점수가 KRAKEN2 분류 알고리즘에 대한 컷오프 (또는 임계값)로서 사용될 수 있다. 분류된 미생물 리드가 10,000개 미만이거나 500,000개를 초과하는 모든 샘플들은 필터링되어 제거될 수 있다. 0이 아닌 평균 10개 미만의 리드를 갖는 미생물 종에 대한 리드들도 필터링되어 제거될 수 있다.
표시 및 비교 방법
어떤 고양이가 피부 또는 호흡기 질환을 앓고 있는지의 여부에 대한 표시는, 해당 고양이의 현재 구강 마이크로바이옴 상태를, 수의사에 의해 천식, 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 또는 환경 알레르기성 피부염으로 진단받았은 것으로 애완동물 주인이 보고한 고양이의 구강 마이크로바이옴과 비교하는 것에 의한다. 이러한 비교는 각 피부 또는 호흡기 질환을 예측할 수 있는 분석에 의해 측정된 미생물의 조성적 풍부도를 기초로 한다.
구강 마이크로바이옴에 존재하는 다양한 미생물들의 조성적 풍부도에 대한 컴퓨터 분석에는, 다양한 피부 또는 호흡기 질환들을 앓고 있는 것으로 알려진 고양이들 뿐만 아니라, 알려진 임의의 피부 또는 호흡기 질환을 앓고 있지 않은 고양이들의 샘플 데이터베이스와 해당 구강 샘플을 비교하는 작업이 수반된다. 다시 말해, 컴퓨터 분석은 구강 면봉 샘플에서 확인/수득된 구강 마이크로바이옴을 참조 데이터베이스에 포함된 확립된 미생물 프로파일과 비교한다 (위에서 자세히 논의됨).
일부 실시형태에서, 고양이의 피부 또는 호흡기 질환을 표시하는 방법은 고양이로부터 채취한 구강 면봉 샘플을 수취하는 단계; 상기 구강 샘플을 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 구강 샘플에 대해 자기 비드 기반의 데옥시리보핵산 (DNA) 추출을 수행하여 구강 면봉 샘플에 존재하는 미생물 DNA를 추출하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 미생물 DNA를 시퀀싱하여 어떤 특정한 하나 이상의 미생물들이 상기 구강 샘플 중에 존재하는지와 어떤 비율(즉, 풍부도)로 존재하는지를 확인하는 단계로서, 상기 특정한 하나 이상의 미생물들과 이들의 풍부도에 대한 확인으로 해당 고양이의 미생물 프로파일을 생성하는 것인, 단계; 및 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 확립된 미생물 프로파일의 데이터베이스와 비교하는 단계로서, 상기 데이터베이스가 (i) 하나 이상의 미생물을 포함하는 프로파일과 (ii) 그에 상응하는 피부 또는 호흡기 질환 간의 상관관계를 확인하는 것인, 단계도 포함한다.
상기 고양이의 구강 미생물 프로파일을 확립된 미생물 프로파일의 데이터베이스와 비교한 결과에 기초하여, 상기 방법은 고양이가 특정 피부 또는 호흡기 질환을 가질 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 위험 점수는 해당 질병 상태의 단계나 중증도와 상관관계가 있을 수 있다.
일부 실시형태에서, 고양이의 피부 또는 호흡기 질환을 표시하는 방법은 고양이로부터 채취한 구강 면봉 샘플을 수취하는 단계; 상기 구강 샘플을 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 구강 샘플에 대해 자기 비드 기반의 데옥시리보핵산 (DNA) 추출을 수행하여 구강 면봉 샘플에 존재하는 미생물 DNA를 추출하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 상기 미생물 DNA를 시퀀싱하여 해당 구강 샘플에 어떠한 하나 이상의 특정 미생물이 존재하는지를 확인하는 단계로서, 상기 하나 이상의 특정 미생물 및 이들의 풍부도에 대한 확인을 통해 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 것인, 단계도 포함할 수 있다.
본 방법은 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 확립된 미생물 프로파일들의 데이터베이스와 비교하는 단계로서, 상기 데이터베이스가 (i) 하나 이상의 미생물을 포함하는 프로파일과 (ii) 그에 상응하는 피부 또는 호흡기 질환 간의 상관관계를 확인하는 것인, 단계; 상기 구강 미생물 프로파일을 확립된 미생물 프로파일들의 데이터베이스와 비교한 결과에 기초하여, 해당 고양이가 특정 피부 또는 호흡기 질환을 앓을 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및 상기 위험 점수를 생성하여 특정 피부 또는 호흡기 질환을 확인한 것에 따라, 상기 특정 피부 또는 호흡기 질환을 치료하도록 설계된 치료적 처치를 실시하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치는 재택 프로토콜일 수 있다.
일부 실시형태에서, 치료적 처치는 치료 화합물, 예컨대 고양이의 구강 마이크로바이옴에 존재하는 하나 이상의 특정 미생물 종들의 성장을 억제하거나 촉진하도록 고안된 화합물을 투여하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 치료 화합물은 프리-바이오틱, 포스트-바이오틱, 프로-바이오틱, 약제 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 치료 화합물은 항생제, 코르티코스테로이드, 기관지 확장제, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치에는 가려움증을 완화하고 피부의 치유 촉진에 도움을 주는 국소 치료 또는 목욕이 포함된다.
일부 실시형태에서, 치료적 처치 또는 재택 관리 프로토콜은 고양이의 구강 마이크로바이옴의 조성을 직접적으로 변화시키거나, 또는 고양이의 구강 마이크로바이옴의 조성을 특정 피부 또는 호흡기 질환에 대한 치료의 부차적인 결과로서 변화시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 고양이의 구강 마이크로바이옴 조성의 변경을 통해 특정 피부 또는 호흡기 질환을 치료 및/또는 해결한다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치는 고양이의 구강 마이크로바이옴을 복구시킨다. 일부 실시형태에서, 고양이의 구강 마이크로바이옴을 복구하면, 해당 고양이의 구강 마이크로바이옴이 건강한 고양이의 구강 마이크로바이옴 (또는 확립된 구강 마이크로바이옴)과 - 존재하는 하나 이상의 특정 미생물 종들과 이들의 상대적 풍부도 측면에서 모두 - 더 유사하게 된다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치 프로토콜은 고양이의 구강 마이크로바이옴의 조성을 유지하도록 설계된다. 일부 실시형태에서, 치료적 처치 프로토콜은 고양이의 구강 마이크로바이옴의 대사 생산량 (metabolic output)을 자극하도록 설계된다. 고양이의 구강 마이크로바이옴의 대사 생산량을 자극하는 것은, 공지된 효소 경로 분석 도구를 사용해 기존의 미생물 조성 데이터에 추가적인 관점을 제공하여 질병 시그니쳐를 더욱 특성화하여 예측 질병 모델을 개선하는 것을 포함할 수 있다.
실시예
컴퓨터를 사용한 피부 또는 호흡기 질환 분류 알고리즘 구축을 시작하기 위해, Bracken이 출력한 종 수준의 리드 총수에 대해 쌍별 로그 비율 (PLR) 변환을 수행하였다. 다음으로, z-검사를 수행하여 대조군과 질환군 사이의 유의미한 PLR 비교 (임계값 p-값 < 0.01)를 확인하였다. 변환된 데이터들은 참조 데이터베이스에 저장될 수 있다. 건강한 코호트를 AD, FAD, FLAD 및 EAD 코호트와 비교했다. 건강한 코호트도 천식 코호트와 비교하였다. (도 6-7 참조).
유의미한 모든 PLR 중에서 각 미생물 종들의 빈도를 평가하였다. 다른 종들과의 최대로 가능한 비교 중 50% 이상이 유의미했던 미생물 종들만 유지하였다. 이 척도는 관심대상인 4가지의 피부 질환과 1가지의 호흡기 질환에서 다양한 미생물 종들의 중요성에 대한 대용물로서 사용하였다. 이러한 미생물 종들은 각 피부 또는 호흡기 질환에 대한 "예측 미생물 종"이다.
각각의 질환들에 있어서, 천식, 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기성 피부염의 특징적인 개체군 전반에 걸친 미생물의 조성적 풍부도 패턴을 확인하기 위해, 각 샘플의 예측형 쌍별 로그 비율 (pPLR)을 대조군의 평균 pPLR과 비교함으로써 점수를 매겨, 그 차이의 방향과 크기를 고려해 넣었다. 도 2a-2d는 아토피성 피부염과 건강한 대조군, 음식 알레르기성 피부염과 건강한 대조군, 벼룩 알레르기성 피부염과 건강한 대조군, 및 환경 알레르기성 피부염과 건강한 대조군과 관련된 쌍별 미생물 상호작용 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포를 도시한 것이다. 도 6은 천식 코호트와 건강한 코호트와 관련된 쌍별 미생물 상호작용 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포를 도시한 것이다.
다음으로, 우리는 각각 두 성분 - 건강한 코호트와 피부 또는 호흡기 질환 코호트 - 을 포함하는 5개의 가우스 혼합 모델 (각 피부 및 호흡기 질환당 한 모델)을 쌍별 미생물 상호작용들 간의 평균 로그 비율 차이 점수의 분포에 피팅하였다. 이 모델링 접근법은 각 샘플에 대해 0 내지 1의 점수를 생성하는데, 이는 해당 샘플이 대조군 코호트에 속할 확률 또는 각 피부 질환 코호트에 속할 확률을 나타낸다. 도 3a-3d는 4가지의 피부 질환 코호트에 속하는 샘플들과 대조군 샘플들이 각 샘플의 예측 미생물에 대한 조성적 풍부도를 기준으로 이들의 각 코호트에 속하는 것으로 분류될 가능성을 그래프로 나타낸 것이다. 모든 경우에서, 피부 질환과 대조군 간에 샘플 정체성과 일치하는 이원성 확률 분포가 관찰되었다. 4가지의 경우 모두에서, 0에 가까운 작은 피크를 형성하는 소수의 질병 샘플과 1에 가까운 약간의 피크를 형성하는 작은 세트의 대조군 샘플이 존재하였다. 도 7은 호흡기 질환 코호트에 속하는 샘플들과 대조군 샘플들이 각 샘플의 예측 미생물에 대한 조성적 풍부도를 기준으로 이들의 각 코호트에 속하는 것으로 분류될 가능성을 그래프로 나타낸 것이다.
이 그래프는 피부 또는 호흡기 질환 코호트의 고양이들 중 소수는 (애완동물 소유자가 제공한, 오래되었거나 잘못되었거나 불완전한 건강 정보로 인해서) 실제로는 건강한 상태에 있거나 차도가 있을 수 있음이 가능한 반면, 대조군 코호트의 일부 고양이들은 아직 진단 또는 발견되지 않은 피부 또는 호흡기 질환을 앓고 있을 수 있음을 시사하고 있다. 각 피부 또는 호흡기 질환에 대한 위험 분류 방법의 민감도 (피부 또는 호흡기 질병에 걸린 것으로 알려진 고양이를 감지하는 능력)와 특이성 (대조군 코호트의 고양이를 피부 또는 호흡기 질병에 걸리지 않은 것으로 감지하는 능력)을 시험하였다 (도 3a-3d 및 도 7 참조). 본 방법의 민감도는 벼룩 알레르기성 피부염의 경우에 가장 높고, 환경 알레르기성 피부염의 경우에 가장 낮은 반면, 특이성은 천식과 아토피 피부염의 경우에 가장 높고, 음식 알레르기성 피부염의 경우에 가장 낮다.
상당한 규모의 집고양이 코호트 (n=4,162)를 사용하여 참조 데이터베이스를 개발하였으나, 이러한 고양이들의 건강 이력 데이터는 애완동물 소유자에 의해 제공된 것이었다. 애완동물 소유자들에게 자신의 고양이가 수의사로부터 천식, 아토피성 피부염, 식품 알레르기성 피부염, 환경 알레르기성 피부염, 또는 벼룩 알레르기성 피부염 진단을 받았던 적이 있는지를 물었다고는 하지만, 진단 정밀도 중 일부는 애완동물 소유자에 의해 전달되었기 때문에, 진단 정확도 중 일부는 틀림없이 손상되었을 것이다. 이런 문제점을 완화하고 애완동물 주인이 건강한 것 (즉, 알려진 전신성 또는 피부 또는 호흡기 질환을 앓고 있지 않음)으로 보고한 고양이가 아직 진단되지 않은 질병을 실제로 발병하기 시작한 사례를 제한하기 위해, 대조군인 건강한 코호트에 1-3세의 연령 제한을 두었다. 이 제한은 연령과 피부, 호흡기 및 전신성 질환 사이의 잘 확립되어 있는 연관성 때문에 설정하였다. 새끼고양이 특유의 임의의 잠재적인 구강 마이크로바이옴 편향을 피하기 위한 목적으로, 1세 미만의 고양이들은 의도적으로 이 그룹에서 제외시켰다. 이러한 분할 접근 방식은 건강한 대조군 코호트가 잠재적으로는 어린 고양이의 구강 마이크로바이옴에 편향될 수 있고, 피부병, 호흡기 질환 또는 전신 질환이 없는 나이든 고양이를 모두 대표하지 못할 수도 있다는 주의사항과 함께 제공된다.
대조군인 건강한 코호트에는 연령 제한을 설정하였지만, 본 발명의 일부 실시형태에서는 연령 제한을 설정하지 않는다. 일부 실시형태에서, 고양이의 연령은 해당 고양이가 피부 또는 호흡기 질환 상태를 갖거나 발병할 위험을 식별하는 인자로서 포함된다. 일부 실시형태에서, 연령은 해당 코호트들의 그룹화에 영향을 미칠 수 있어서, 나이든 고양이들은 동일한 피부 또는 호흡기 질환의 경우에도 어린 고양이들과 별도의 코호트에 속할 수 있다. 일부 실시형태에서, 연령은, 고양이의 구강 미생물 프로파일을 (건강한 및 병리적) 코호트들과 비교한 후에 고양이의 위험 평가에 적용되는 인자이다. 일부 실시형태에서, 연령은 해당 고양이에 대해 수득되고 생성된 구강 미생물 프로파일에 포함된다.
전술한 것 외에도, 피부 질환과 관련이 있거나 피부 질환을 예측하는 것으로 확인된 미생물들은 해당 피부 또는 호흡기 질환의 단계나 등급도 추가로 예측할 수 있다.
본원에 개시된 위험 점수 생성 방법론은 구강 마이크로바이옴의 조성적 분석에 기초한다. 또한, 개시된 방법의 다른 실시형태들은 피부 또는 호흡기 질환의 위험을 예측할 목적에서 구강 마이크로바이옴의 조성적 풍부도 분석과 함께, 구강 마이크로바이옴의 대사 생산량 (효소적 경로 분석 도구 또는 대사체학에 의해 생성됨)에 대한 예측을 통합하는 것을 포함할 수도 있다.
추가의 용어 및 정의
달리 정의하지 않는 한, 본원에 사용된 모든 과학 기술 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
시스템, 방법 및/또는 제품을 포함하는, 본 발명의 다양한 "측면들"은 성질상 대표적인 하나 이상의 "실시형태"를 참조하여 설명될 수 있다. 본원에서 사용된 "측면" 및 "실시형태"라는 용어들은 서로 교환하여 사용할 수 있다. "실시형태"라는 용어는 "예, 실례 또는 예시로서의 역할을 하는 것"을 의미할 수도 있으며, 반드시 본원에 개시된 다른 측면들보다 바람직하거나 유리한 것으로만 해석될 필요는 없다. 또한, 본 개시내용 또는 발명의 "실시형태"에 대한 언급은 첨부된 청구범위에 의해 나타나는 본 발명의 범위를 제한하지 않으면서 예시적인 실시예를 제공하고자 한 것이다.
본 명세서와 첨부된 청구범위에 사용된 단수형들 ("a", "an" 및 "the")은 각각, 문맥상 명백하게 달리 의미하지 않는 한, 해당 단수형과 복수형을 모두 고려하고, 포함하며, 구체적으로 개시한다. 예를 들어, "단백질"에 대한 언급은 하나의 단백질 뿐만 아니라 다수(예컨대, 2개 이상, 3개 이상 등)의 단백질을 고려하여 구체적으로 개시하는 것이다. 이와 유사하게, 복수의 지시대상의 사용은 그러한 지시대상의 복수를 꼭 필요로 하는 것은 아니지만, 문맥상 명백히 달리 의미하지 않는 한, 단일 지시대상 뿐만 아니라 복수의 그러한 지시대상을 고려하고, 포함하며, 구체적으로 개시하고/하거나 그를 뒷받침한다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 "~할 수 있다 (can 및 may)"라는 말은 의무적인 의미 (즉, 반드시 해야한다는 의미)보다는 허용적인 의미 (즉, ~할 가능성이 있다는 의미)로 사용된다. 추가로, "~를 포함하는", "~를 갖는", "~를 수반하는", "~를 함유하는", "~을 특징으로 하는"이라는 용어들과 이들의 변형태 (예: "~를 포함하다", "~을 가지다" 및 "~을 수반하다", "~을 포함하다" 등), 및 청구범위를 비롯하여 본원에 사용된 이와 유사한 용어들은 포괄적이고/이거나 개방형으로, "~을 포함하는" 및 그 변형태 (예컨대 "~을 포함하다")와 동일한 의미를 가지며, 예시로 언급하지 않은 추가의 구성요소 또는 방법 단계들을 배제하지 않는다.
"질환"이라는 용어는 당업자가 이해하는 바와 같이, 환자에게서 나타나거나 예상되는 임의의 장애, 질환, 손상 또는 병을 지칭한다. 이러한 질환의 징후는 질환전 증상, 징후 또는 마커를 비롯하여, 당업계에 공지된 바와 같은 초기, 중기 또는 말기 징후일 수 있다. 이러한 질환의 예상은, 과학적 또는 의학적 증거, 위험 평가 또는 단순한 우려나 두려움에 기초하였는지의 여부에 관계없이, 해당 질환에 대한 예측, 예상, 상정, 추정, 가정 및/또는 추측된 발병일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다.
본원에 사용된 "환자"라는 용어는 "대상체"라는 용어와 동의어로서, 일반적으로 의료 전문가의 보살핌 하에 있는 임의의 동물을 가리키며, 상기 용어는 본원에 정의된 바와 같이, 특히 (i) (의사, 간호사 또는 의료 보조원 또는 자원봉사자의 관리 하에 있는) 인간 및 (ii) (수의사 또는 기타 수의학 전문가, 보조원 또는 자원봉사자의 관리 하에 있는) 인간이 아닌 동물, 예컨대 인간이 아닌 포유동물을 지칭한다.
본원에 사용된 "~을 치료하는" 또는 "치료(처치)"는 관심대상인 질병 또는 질환이 있는 고양이의 관심대상인 질병 또는 질환의 치료를 망라하며, (i) 특히 고양이가 실제로 해당 질환을 발병하기는 시작했지만 아직 해당 질환에 걸린 것으로 진단되지 않은 경우에, 그러한 고양이에서 질병 또는 상태가 발생하는 것을 예방하는 것; (ii) 상기 질병 또는 질환을 억제하는 것, 즉 그의 발병을 저지하는 것; (iii) 상기 질병 또는 질환을 완화시키는 것, 즉 상기 질병 또는 질환의 퇴행을 유발하는 것; 또는 (iv) 상기 질병 또는 질환으로 인해 발생하는 증상을 완화하는 것, 즉 근본적인 질병 또는 질환에 대한 해결없이 통증을 완화하는 것을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 "질병" 및 "질환"이라는 용어들은 서로 교환하여 사용될 수 있거나, 또는 특정 질병 또는 상태가 공지된 원인 물질을 갖지 않아서 (그래서 병인학이 아직 해결되지 않음), 그에 따라 하나의 질병으로 인식되지는 않지만, 임상의에 의해 정도의 차이는 있더라도 구체적인 일련의 증상들이 확인된 바 있는 바람직하지 않은 질환 또는 증후군으로만 인식된다는 점에서는 다를 수 있다.
번잡함을 피하기 위해, 본 발명은 수치 값의 목록 또는 범위를 언급할 수 있다. 그러나, 이러한 수치 값의 목록이나 범위 (예컨대, ~ 초과, ~ 미만, 최대 ~, 적어도 ~, 및/또는 약 특정값 및/또는 언급된 두값 사이)가 개시 또는 언급되는 경우, 개시된 값 또는 해당 값의 목록 또는 범위 내에 속하는 임의의 특정 값 또는 해당 값의 범위도 마찬가지로 본원에 구체적으로 개시되어 고려된다.
더 쉽게 이해할 수 있도록, 가능한 경우라면, 유사한 참조부호 (즉, 성분 및/또는 구성요소의 유사한 명칭)를 사용하여 본 발명의 서로 다른 실시형태에 공통적인 유사한 구성요소들을 지정하였다. 이와 유사하게, 유사한 구성요소 또는 유사한 기능을 갖는 성분들은 가능한 경우라면 유사한 참조 지정부호가 제공될 것이다. 본원에서는 예시적인 실시형태를 설명하기 위해 구체적인 언어가 사용될 것이다. 그렇지만, 그로써 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 오히려, 예시적인 실시형태들을 설명하기 위해 사용된 언어는 단지 예시적인 것일 뿐이지, (이러한 언어가 본원에서 필수적인 것으로 명백하게 기재되지 않는 한) 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
상세한 설명을 섹션별로 분리하였으나, 각 섹션 내의 섹션 제목과 목차들은 구성 목적만을 위한 것일 뿐이지, 독립적으로 된 상세한 설명 및 실시형태이고자 한 것이거나, 또는 상세한 설명이나 청구항의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 오히려, 상세한 설명 내의 각 섹션의 내용들은, 한 섹션의 구성요소들이 다른 섹션과 관련이 있고/있거나 다른 섹션에 정보를 제공할 수 있는, 집합적인 전체로서 읽어서 이해시키고자 한다. 따라서, 한 섹션 내에서 구체적으로 개시된 실시형태들은 동일 및/또는 유사한 제품, 방법 및/또는 용어를 갖는 또 다른 섹션의 추가적 및/또는 대안적 실시형태들과 관련될 수 있고/있거나 그의 역할을 할 수도 있다.
본 발명의 특정 실시형태들을 구체적인 구성, 매개변수, 성분, 구성요소 등을 참조하여 상세히 설명할 것이나, 이 설명은 예시적인 것일 뿐이지 청구된 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
더욱이, 설명된 실시형태의 성분의 임의의 주어진 구성요소에 있어서, 해당 구성요소 또는 성분에 대하여 나열된 임의의 가능한 대안물들은, 묵시적으로 또는 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 일반적으로는 각기 따로 사용하거나, 또는 서로 조합하여 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 달리 명시하지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 수량, 성분, 거리 또는 기타 측정값들을 나타내는 숫자들은 선택적으로 "약"이라는 용어 또는 그의 동의어들에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. "약", "대략", "실질적으로" 등의 용어들이 언급된 양, 값 또는 조건과 함께 사용되는 경우, 이것은 상기 언급된 양, 값 또는 조건의 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만, 1% 미만, 0.1% 미만 또는 0.01% 미만으로 벗어나는 양, 값 또는 조건을 의미하는 것으로 간주될 수 있다. 최소한, 균등론의 적용을 청구항의 범위로 제한하려는 시도가 아니라, 각 수치 매개변수는 기록된 유효 숫자의 자리수를 고려하여 통상적인 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다.
본원에 사용된 임의의 제목과 부제목은 구성적인 목적으로만 사용한 것이지, 상세한 설명이나 청구항의 범위를 제한하려 사용한 것이 아니다.
또한, 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 사용된 단수 형태 ("a", "an" 및 "the")들은, 문맥상 명백하게 달리 언급하지 않는 한, 복수의 지시대상도 배제하지 않는다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 예를 들어, 단일 지시대상 (예: "위젯")을 언급하는 실시형태는 2개 이상의 그러한 지시대상을 포함할 수도 있다.
또한, 본원에 설명된 실시형태들은 하나 이상의 개별 실시형태에서 설명된 속성 및/또는 특징들 (예컨대, 성분, 구성요소, 부재, 요소, 부품 및/또는 부분)도 포함할 수 있다는 것이고, 해당 특정 실시형태에서 명시적으로 설명된 특징들에 반드시 엄격하게 한정되는 것이 아님도 이해될 것이다. 따라서, 제공된 실시형태의 다양한 특징들은 본 발명의 다른 실시형태들과 조합 및/또는 그에 통합될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 특정 실시형태에 대한 구체적인 특징들의 개시가 해당 특정 실시형태에 대한 상기 특징들의 응용이나 또는 포함하는 것을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 다른 실시형태들도 그러한 특징들을 포함할 수 있다는 점도 이해될 것이다.
[표 1-12]
결론
전술한 상세한 설명이 예시적인 특정 실시형태들을 언급하였으나, 본 발명은 그 개념 또는 본질적인 특징들을 벗어나지 않으면서 다른 특정한 형태들로도 구현될 수 있다. 따라서, 기술된 실시형태들은 모든 측면에서 예시적인 것으로만 간주되어야지, 제한적인 것은 아니다. 예를 들어, 본원에 기술되고/되거나 예시된 본 발명의 특징들에 대한 다양한 치환, 변경 및/또는 변형과, 본원에 기술되고/되거나 예시된 원리의 추가적인 응용은, 관련 기술 분야의 숙련자 및 본 발명의 소유자에게 이루어질 수 있으며, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않으면서 상기 기술되고/되거나 예시된 실시형태들에 대해서 이루어질 수 있다. 이러한 치환, 변경 및/또는 변형은 본 개시내용의 범위 내인 것으로 고려될 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 첨부된 청구범위에 의해 나타난다. 청구범위에 언급된 한정사항들은 전술한 상세한 설명에 기술된 특정 실시예들에 한정되는 것이 아니라 해당 청구범위에 사용된 언어에 기초하여 광범위하게 해석되어야 하며, 이러한 실시예들은 배타적이지 않고 완전하지 않은 것으로 해석되어야 한다. 청구 범위와 균등한 의미와 범위 내에 있는 모든 변경들은 그 범위 내에 포함될 것이다.
또한, 특정 실시형태들의 다양한 특징들이 본 발명의 다른 실시형태들과 양립가능하고, 그와 조합될 수 있으며, 거기에 포함될 수 있고/있거나 거기에 통합될 수 있음도 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 특정 실시형태에 따른 시스템, 방법 및/또는 제품들은 본원에 개시 및/또는 기술된 다른 실시형태들에 기술된 특징들을 포함하거나, 통합하거나 또는 다르게는 구성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 특정 실시형태에 대한 구체적인 특징들의 개시가 해당 특정 실시형태에 대한 상기 특징들의 응용이나 또는 포함하는 것을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
또한, 어떠한 특징이 특정 실시형태에서 필요로 하는 것으로 설명되어 있지 않는 한, 다양한 실시형태들에서 기술된 특징들은 선택적일 수 있고, 본 발명의 다른 실시형태들에 포함되지 않을 수도 있다. 더욱이, 어떠한 특징이 그 조합에 있어서 또 다른 특징을 필요로 하는 것으로 설명되어 있지 않는 한, 본원의 임의의 특징은 본원에 개시된 동일하거나 상이한 실시형태의 임의의 다른 특징과 조합될 수도 있다. 특정 실시형태에서는 해당 특징들이 선택적일 수 있지만, 이러한 실시형태들에 해당 특징들이 포함되는 경우, 이들은 본 발명에 기술된 바와 같은 특정한 구성을 갖는 것이 필요할 수 있음도 알 수 있을 것이다.
이와 마찬가지로, 본원에 기술되고/되거나 청구범위에 언급된 임의의 방법 또는 공정에 언급된 임의의 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있으며, (명시적으로나 암묵적으로) 달리 언급하지 않는 한, 반드시 기술되고/되거나 언급된 순서로 한정되는 것은 아니다. 그러나, 이러한 단계들은 본 발명의 특정 실시형태에서 특정한 순서 또는 임의의 적절한 순서로 수행하는 것이 요구될 수도 있다.
나아가, 예시적인 실시형태들의 측면을 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 예시적 시스템, 방법, 제품 등의 익히 알려진 다양한 측면들은 본원에 특별히 상세하게 기술하지는 않는다. 그러나, 그러한 측면들도 본원에 고려된다.
Claims (44)
- 고양이의 피부 질환을 스크리닝, 감지 및/또는 예방하는 방법으로서, 상기 방법이
고양이의 구강 미생물 프로파일을 얻는 단계로서, 상기 구강 미생물 프로파일이 해당 고양이의 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종과 상기 구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 양 또는 풍부도 (abundance)를 포함하는 것인, 단계;
상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 피부 질환의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 피부 질환을 앓을 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및
상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 상기 고양이를 상기 하나 이상의 피부 질환을 발병하는 것으로 분류하고, 선택적으로 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 상기 하나 이상의 피부 질환의 발병, 진행 또는 재발을 치료, 완화 또는 예방하는데 적절한 치료적 처치 프로토콜을 처방하는 단계
를 포함하는 것인, 방법. - 제1항에 있어서, 고양이에게 치료적 처치 프로토콜을 실시하는 단계, 또는 상기 치료적 처치 프로토콜이 고양이에게 실시되었는지를 확인하는 단계를 추가로 포함하되, 이때 상기 치료적 처치 프로토콜이 고양이의 구강 미생물 프로파일을 변경하기에 충분한 것인, 방법.
- 제1항에 있어서, 고양이의 구강 미생물 프로파일을 얻는 단계가
구강 샘플로부터 얻은 미생물 핵산에 상응하는 핵산 서열 데이터를 수득하는 작업;
상기 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 선택적으로 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 작업; 및
상기 확인되어 선택적으로 정량된 하나 이상의 미생물 종들에 기초하여 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 작업
을 포함하는 것인, 방법. - 제3항에 있어서, 상기 미생물 핵산 서열 데이터를 얻는 단계가
상기 구강 샘플의 미생물 핵산을 시퀀싱하는 작업; 및 선택적으로,
상기 구강 샘플에서 미생물 핵산을 분리하는 작업
을 포함하는 것인, 방법. - 제4항에 있어서, 상기 구강 샘플로부터 미생물 핵산을 분리하는 단계가
구강 샘플에 열처리를 수행하는 작업; 및
단백질 소화 시약과 계면활성제의 존재 또는 부재 하에, 상기 열처리된 구강 샘플에 대해 자성 SPRI 비드 기반의 핵산 추출을 수행하여, 상기 구강 샘플로부터 미생물 핵산을 추출하는 작업
을 포함하는 것인, 방법. - 제3항에 있어서, 상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하는 단계가 하기 중 하나 이상의 작업을 포함하는 것인, 방법:
상기 핵산 서열 데이터를 디멀티플렉싱 (demultiplexing)하는 작업;
상기 핵산 서열 데이터를 트리밍 (trimming)하는 작업;
하나 이상의 매핑되지 않은 리드 (read)를 고양이의 참조 게놈 및/또는 기존의 미생물 참조 게놈에 매핑하는 작업;
매핑 후 핵산 서열 데이터로부터 하나 이상의 리드를 고양이과로 분류하는 작업;
매핑 후 핵산 서열 데이터로부터 하나 이상의 리드를 미생물로 분류하는 작업;
상기 하나 이상의 미생물 리드를 정량하는 작업;
서열 적용범위 편향 (sequence coverage bias)을 파악하기 위해 쌍별 로그 비율 변환 (pairwise log ratio transformation)과 같은 방법을 사용하여 상기 정량된 하나 이상의 미생물 리드를 변환시키는 작업; 및
상기 변환된 하나 이상의 미생물 리드의 조성적 풍부도 패턴을, 피부 질환을 앓고 있지 않은 고양이의 샘플 뿐만 아니라 특정 피부 질환을 앓고 있는 고양이의 샘플도 포함하는 참조 데이터베이스의 변환된 데이터의 조성적 풍부도 패턴에 대하여 비교하는 작업. - 제1항에 있어서, 상기 구강 미생물 프로파일을 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계가 하기 중 하나 이상의 작업을 포함하는 것인, 방법:
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 풍부도를 계산하는 작업;
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들을 확인하는 작업; 및
상기 구강 샘플 내에서 확인된 하나 이상의 미생물 종들의 풍부도를, 고양이의 구강 마이크로바이옴 내 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도와 비교하는 작업. - 제1항에 있어서, 상기 위험 점수를 생성하는 단계가 하기 중 하나 이상의 작업을 포함하는 것인, 방법:
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 조성적 풍부도들과 데이터베이스에 포함된 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 조성적 풍부도들 간의 하나 이상의 유사성을 확인하는 작업;
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 정체 (identity)와 데이터베이스에 포함된 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 간의 하나 이상의 일치를 확인하는 작업;
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 조성적 풍부도들과 데이터베이스에 포함된 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 하나 이상의 미생물 종들의 조성적 풍부도들 간에 확인된 하나 이상의 유사성을 정량하는 작업; 및
구강 샘플 내의 하나 이상의 예측 미생물 종들의 존재를 확인하는 작업. - 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 피부 질환이 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기성 피부염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
- 제1항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는, 방법:
(i) 위험 점수, (ii) 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 피부 질환을 발병하는 것에 대한 표시, (iii) 시기 권고, (iv) 선택적으로, 피부 건강을 개선하기 위한 하나 이상의 재택 실천 방법, (v) 선택적으로, 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 피부 질환을 진단하는 하나 이상의 진단 단계, 및 (vi) 선택적으로, 치료적 처치 프로토콜에 대한 처방을 제공하는 보고서를 생성하는 단계; 및 선택적으로,
상기 생성된 보고서를 고양이 소유자 및/또는 이들의 수의사에게 전자 문서로 전송하는 단계. - 제1항에 있어서, 상기 치료적 처치 프로토콜이 고양이의 구강 미생물 프로파일을 변경하기에 충분한 것인, 방법.
- 고양이의 피부 질환을 표시하거나 예측하도록 구성된 컴퓨터 시스템으로서,
하나 이상의 프로세서; 및
상기 컴퓨터 시스템을 아래와 같은 단계를 수행하도록 설정된, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 명령이 저장되어 있는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능한 하드웨어 저장 장치를 포함하는 것인, 컴퓨터 시스템:
- 고양이로부터 채취한 구강 샘플로부터 얻은 미생물 핵산에 상응하는 미생물 핵산 서열 데이터를 수취하는 단계;
- 상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 단계;
- 상기 확인된 하나 이상의 미생물 종들과 이들의 각 풍부도에 기초하여 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 단계;
- 상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 피부 질환의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
- 상기 구강 미생물 프로파일과 데이터베이스의 정보 간에 하나 이상의 일치를 확인하는 단계;
- 상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 피부 질환을 앓을 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및 선택적으로,
- 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 해당 고양이를 상기 하나 이상의 피부 질환을 "발병"하는 것으로 진단하는 단계;
- 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 상기 하나 이상의 피부 질환을 치료 또는 예방하는데 적절한 치료적 처치 프로토콜을 처방하는 단계;
- (i) 위험 점수, (ii) 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 피부 질환을 발병하는 것에 대한 표시, (iii) 시기 권고, (iv) 선택적으로, 피부 건강을 개선하기 위한 하나 이상의 재택 실천 방법, (v) 선택적으로, 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 피부 질환을 진단하는 하나 이상의 진단 단계, 및 (vi) 치료적 처치 프로토콜에 대한 처방을 나타내는 보고서를 생성하는 단계, 및/또는
- 상기 생성된 보고서를 고양이 소유자 및/또는 이들의 수의사에게 전자 문서로 전송하는 단계. - 제12항에 있어서, 상기 명령이, 하나 이상의 매핑되지 않은 서열 리드들을 고양이 참조 게놈에 매핑하고/하거나 하나 이상의 서열 리드들을 미생물 참조 게놈에 매핑하고, 선택적으로, 상기 리드들을 미생물 또는 고양이과로 분류하도록, 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 명령이, 메타게놈 서열 데이터 중 적어도 하나의 매핑되지 않은 서열 리드를 확인하고, 선택적으로 상기 적어도 하나의 매핑되지 않은 리드들을 분류하도록, 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제13항에 있어서, 확립된 미생물 프로파일의 데이터베이스에 대한 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일의 비교에서 10,000개 미만으로 분류된 미생물 리드 또는 500,000개 이상으로 분류된 미생물 리드를 갖는 고양이 구강 마이크로바이옴 샘플들은 제외되는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 명령이, 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들의 풍부도를 계산하도록 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 특정 미생물 종들의 풍부도가, 상기 하나 이상의 특정 미생물 종들이 특정 피부 질환에 대한 예측 미생물 종인지의 여부와 상관관계가 있는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 명령이, 해당 고양이 구강 샘플의 미생물 풍부도를 데이터베이스 내의 정보에 대해 쌍별 로그 비율 비교를 수행하도록 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제18항에 있어서, 하나 이상의 특정 미생물 종은, 질병 코호트와 대조군 코호트를 비교했을 때, 상기 특정 미생물과 관련하여 최대로 가능한 쌍별 로그 비율 비교 중 50% 이상이 유의미하게 다른 경우에 예측 미생물 종이 되는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 고양이의 피부 질환의 발병을 예측하는 방법으로서, 상기 방법이
고양이로부터 하나 이상의 미생물 종을 포함하는 구강 샘플을 얻는 단계;
상기 구강 샘플에서 상기 하나 이상의 미생물 종의 미생물 핵산을 분리하는 단계;
상기 미생물 핵산에 상응하는 미생물 핵산 서열 데이터를 얻는 단계;
상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 선택적으로 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 단계;
상기 확인된 - 선택적으로, 정량된 - 하나 이상의 미생물 종들, 상기 하나 이상의 미생물 종들을 포함하는 구강 미생물 프로파일 및, 선택적으로, 구강 샘플 내의 상기 하나 이상의 미생물 종들의 양 또는 상대적 풍부도에 기초하여, 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 단계;
상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 피부 질환의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이 분류의 동물에서 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여, 해당 고양이가 하나 이상의 피부 질환을 발병할 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및
상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 해당 고양이가 상기 하나 이상의 피부 질환을 발병하는 것으로 표시하는 단계를 포함하는 것인, 방법. - 제20항에 있어서, 상기 고양이의 구강 미생물 프로파일이 일정 비율의 그람 양성 미생물을 추가로 포함하고, 고양이 분류의 동물에서 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들이 일정 비율의 그람 양성 미생물을 추가로 포함하는 것인, 방법.
- 고양이의 피부 또는 호흡기 질환을 치료하는 방법으로서, 상기 방법이
고양이로부터 하나 이상의 미생물 종을 포함하는 구강 샘플을 얻는 단계;
상기 구강 샘플에서 상기 하나 이상의 미생물 종의 미생물 핵산을 분리하는 단계;
상기 미생물 핵산에 상응하는 미생물 핵산 서열 데이터를 얻는 단계;
상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 선택적으로 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 단계;
상기 확인된 - 선택적으로, 정량된 - 하나 이상의 미생물 종들, 상기 하나 이상의 미생물 종들을 포함하는 구강 미생물 프로파일 및, 선택적으로, 구강 샘플 내의 상기 하나 이상의 미생물 종들의 양 또는 상대적 풍부도에 기초하여, 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 단계;
상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이 분류의 동물에서 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환을 발병할 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및
상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 해당 고양이가 상기 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환을 발병하는 것으로 진단하는 단계; 및
상기 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환을 치료하기에 충분한 치료적 처치를 상기 고양이에게 실시하는 단계를 포함하는 것인, 방법. - 제22항에 있어서, 상기 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환이 천식, 아토피성 피부염, 음식 알레르기성 피부염, 벼룩 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기성 피부염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
- 고양이의 하나 이상의 질환을 스크리닝, 감지 및/또는 예방하는 방법으로서, 상기 방법이
고양이의 구강 미생물 프로파일을 얻는 단계로서, 상기 구강 미생물 프로파일이 해당 고양이의 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종과 상기 구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 양 또는 풍부도를 포함하는 것인, 단계;
상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 질병의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 질환을 앓을 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및
상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 상기 고양이를 상기 하나 이상의 질환을 발병하는 것으로 분류하고, 선택적으로 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 상기 하나 이상의 질환의 발병, 진행 또는 재발을 치료, 완화 또는 예방하는데 적절한 치료적 처치 프로토콜을 처방하는 단계
를 포함하는 것인, 방법. - 제24항에 있어서, 고양이에게 치료적 처치 프로토콜을 실시하는 단계, 또는 상기 치료적 처치 프로토콜이 고양이에게 실시되었는지를 확인하는 단계를 추가로 포함하되, 이때 상기 치료적 처치 프로토콜이 고양이의 구강 미생물 프로파일을 변경하기에 충분한 것인, 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 고양이의 구강 미생물 프로파일을 얻는 단계가
구강 샘플로부터 얻은 미생물 핵산에 상응하는 핵산 서열 데이터를 수득하는 작업;
상기 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 작업; 및
상기 확인되어 선택적으로 정량된 하나 이상의 미생물 종들에 기초하여 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 작업
을 포함하는 것인, 방법. - 제26항에 있어서, 상기 미생물 핵산 서열 데이터를 얻는 단계가
상기 구강 샘플의 미생물 핵산을 시퀀싱하는 작업; 및 선택적으로,
상기 구강 샘플에서 미생물 핵산을 분리하는 작업
을 포함하는 것인, 방법. - 제27항에 있어서, 상기 구강 샘플로부터 미생물 핵산을 분리하는 단계가
구강 샘플에 열처리를 수행하는 작업; 및
단백질 소화 시약과 계면활성제의 존재 또는 부재 하에, 상기 열처리된 구강 샘플에 대해 자성 SPRI 비드 기반의 핵산 추출을 수행하여, 상기 구강 샘플로부터 미생물 핵산을 추출하는 작업
을 포함하는 것인, 방법. - 제26항에 있어서, 상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하는 단계가 하기 중 하나 이상의 작업을 포함하는 것인, 방법:
상기 핵산 서열 데이터를 디멀티플렉싱하는 작업;
상기 핵산 서열 데이터를 트리밍하는 작업;
하나 이상의 매핑되지 않은 리드를 고양이의 참조 게놈 및/또는 기존의 미생물 참조 게놈에 매핑하는 작업;
매핑 후 핵산 서열 데이터로부터 하나 이상의 리드를 고양이과로 분류하는 작업;
매핑 후 핵산 서열 데이터로부터 하나 이상의 리드를 미생물로 분류하는 작업;
상기 하나 이상의 미생물 리드를 정량하는 작업;
서열 적용범위 편향을 파악하기 위해 쌍별 로그 비율 변환과 같은 방법을 사용하여 상기 정량된 하나 이상의 미생물 리드를 변환시키는 작업; 및
상기 변환된 하나 이상의 미생물 리드의 조성적 풍부도 패턴을, 상기 하나 이상의 질환을 앓고 있지 않은 고양이의 샘플 뿐만 아니라 특정 질환을 앓고 있는 고양이의 샘플도 포함하는 참조 데이터베이스의 변환된 데이터의 조성적 풍부도 패턴에 대하여 비교하는 작업. - 제24항에 있어서, 상기 구강 미생물 프로파일을 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계가 하기 중 하나 이상의 작업을 포함하는 것인, 방법:
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 풍부도를 계산하는 작업;
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들을 확인하는 작업; 및
상기 구강 샘플 내에서 확인된 하나 이상의 미생물 종들의 풍부도를, 고양이의 구강 마이크로바이옴 내 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도와 비교하는 작업. - 제24항에 있어서, 상기 위험 점수를 생성하는 단계가 하기 중 하나 이상의 작업을 포함하는 것인, 방법:
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 조성적 풍부도와 데이터베이스에 포함된 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 조성적 풍부도 간에 하나 이상의 유사성을 확인하는 작업;
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 정체 (identity)와 데이터베이스에 포함된 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 간의 하나 이상의 일치를 확인하는 작업;
구강 샘플 내의 하나 이상의 미생물 종들의 조성적 풍부도와 데이터베이스에 포함된 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 하나 이상의 미생물 종들의 조성적 풍부도 간에 확인된 하나 이상의 유사성을 정량하는 작업; 및
구강 샘플 내의 하나 이상의 예측 미생물 종들의 존재를 확인하는 작업. - 제24항에 있어서, 상기 하나 이상의 질환이 천식, 아토피성 피부염, 배룩 알레르기성 피부염, 음식 알레르기성 피부염 및 환경 알레르기성 피부염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방법.
- 제24항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는, 방법:
(i) 위험 점수, (ii) 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 질환을 발병하는 것에 대한 표시, (iii) 시기 권고, (iv) 선택적으로, 건강을 개선하기 위한 하나 이상의 재택 실천 방법, (v) 선택적으로, 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 질환을 진단하는 하나 이상의 진단 단계, 및 (vi) 선택적으로, 치료적 처치 프로토콜에 대한 처방을 제공하는 보고서를 생성하는 단계; 및 선택적으로,
상기 생성된 보고서를 고양이 소유자 및/또는 이들의 수의사에게 전자 문서로 전송하는 단계. - 제24항에 있어서, 상기 치료적 처치 프로토콜이 고양이의 구강 미생물 프로파일을 변경하기에 충분한 것인, 방법.
- 고양이의 하나 이상의 질병 상태를 표시하거나 예측하도록 설정된 컴퓨터 시스템으로서,
하나 이상의 프로세서; 및
상기 컴퓨터 시스템을 아래와 같은 단계를 수행하도록 설정된, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 명령이 저장되어 있는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능한 하드웨어 저장 장치를 포함하는 것인, 컴퓨터 시스템:
- 고양이로부터 채취한 구강 샘플로부터 얻은 미생물 핵산에 상응하는 미생물 핵산 서열 데이터를 수취하는 단계;
- 상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 단계;
- 상기 확인된 하나 이상의 미생물 종들과 이들의 각 풍부도에 기초하여 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 단계;
- 상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 질병 상태의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이의 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
- 상기 구강 미생물 프로파일과 데이터베이스의 정보 간에 하나 이상의 일치를 확인하는 단계;
- 상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 질병 상태를 가질 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및 선택적으로,
- 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 해당 고양이를 상기 하나 이상의 질병 상태를 '발병'한 것으로 진단하는 단계;
- 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 상기 하나 이상의 질병 상태를 치료 또는 예방하는데 적절한 치료적 처치 프로토콜을 처방하는 단계;
- (i) 위험 점수, (ii) 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 질병 상태를 발병하는 것에 대한 표시, (iii) 시기 권고, (iv) 선택적으로, 피부 및/또는 호흡기 건강을 개선하기 위한 하나 이상의 재택 실천 방법, (v) 선택적으로, 상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 하나 이상의 질병 상태를 진단하는 하나 이상의 진단 단계, 및 (vi) 치료적 처치 프로토콜에 대한 처방을 표시하는 보고서를 생성하는 단계; 및/또는
- 상기 생성된 보고서를 고양이 소유자 및/또는 이들의 수의사에게 전자 문서로 전송하는 단계. - 제35항에 있어서, 상기 명령이, 하나 이상의 매핑되지 않은 리드들을 고양이 참조 게놈에 매핑하고/하거나 하나 이상의 리드들을 미생물 참조 게놈에 매핑하고, 선택적으로, 상기 리드들을 미생물 또는 고양이과 동물로 분류하도록, 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제36항에 있어서, 상기 명령이, 메타게놈 서열 데이터 중 적어도 하나의 매핑되지 않은 서열 리드를 확인하고, 선택적으로 상기 적어도 하나의 매핑되지 않은 리드들을 분류하도록, 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제36항에 있어서, 확립된 미생물 프로파일의 데이터베이스에 대한 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일의 비교에서 10,000개 미만으로 분류된 미생물 리드 또는 500,000개 이상으로 분류된 미생물 리드를 갖는 고양이 구강 마이크로바이옴 샘플들은 제외되는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제35항에 있어서, 상기 명령이, 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들의 풍부도를 계산하도록 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제39항에 있어서, 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 특정 미생물 종들의 풍부도가, 상기 하나 이상의 특정 미생물 종들이 특정 질병 상태에 대한 예측 미생물 종인지의 여부와 상관관계가 있는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제39항에 있어서, 상기 명령이, 해당 고양이 구강 샘플의 미생물 풍부도를 데이터베이스 내의 정보에 대해 쌍별 로그 비율 비교를 수행하도록 컴퓨터 시스템을 추가로 설정하는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 제41항에 있어서, 상기 하나 이상의 특정 미생물 종은, 질병 코호트와 대조군 코호트를 비교했을 때, 해당 미생물과 관련하여 최대로 가능한 쌍별 로그 비율 비교 중 50% 이상이 유의미하게 다른 경우에 예측 미생물 종이 되는 것인, 컴퓨터 시스템.
- 고양이의 피부 또는 호흡기 질환의 발병을 예측하는 방법으로서, 상기 방법이
고양이로부터 하나 이상의 미생물 종을 포함하는 구강 샘플을 얻는 단계;
상기 구강 샘플에서 상기 하나 이상의 미생물 종의 미생물 핵산을 분리하는 단계;
상기 미생물 핵산에 상응하는 미생물 핵산 서열 데이터를 얻는 단계;
상기 미생물 핵산 서열 데이터를 분석하여 상기 구강 샘플에 존재하는 하나 이상의 미생물 종들을 확인하고, 선택적으로 상기 하나 이상의 미생물 종들을 정량하는 단계;
상기 확인된 - 선택적으로, 정량된 - 하나 이상의 미생물 종들, 상기 하나 이상의 미생물 종들을 포함하는 구강 미생물 프로파일 및, 선택적으로, 구강 샘플 내의 상기 하나 이상의 미생물 종들의 양 또는 상대적 풍부도에 기초하여, 해당 고양이의 구강 미생물 프로파일을 생성하는 단계;
상기 구강 미생물 프로파일을, 하기 항목들 간의 가중 상관관계를 확인하는 데이터베이스의 정보와 비교하는 단계:
(i) 고양이의 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환의 발생 및/또는 유병률; 및
(ii) 고양이 분류의 동물에서 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들의 존재 및/또는 풍부도 - 여기서, 상기 다양한 미생물 종들은 상기 구강 샘플 내 하나 이상의 미생물 종들을 포함함 -;
상기 구강 미생물 프로파일과 상기 데이터베이스 내의 정보 간에 하나 이상의 일치에 기초하여 해당 고양이가 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환을 발병할 가능성을 나타내는 위험 점수를 생성하는 단계; 및
상기 위험 점수가 사전에 결정된 임계값을 충족하거나 초과하는 경우에 해당 고양이가 상기 하나 이상의 피부 또는 호흡기 질환을 발병하는 것으로 표시하는 단계를 포함하는 것인, 방법. - 제43항에 있어서, 상기 고양이의 구강 미생물 프로파일이 일정 비율의 그람 양성 미생물을 추가로 포함하고, 고양이 분류의 동물에서 구강 마이크로바이옴 내의 다양한 미생물 종들이 일정 비율의 그람 양성 미생물을 추가로 포함하는 것인, 방법.
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|
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