[发明专利]分析和使用微生物的运动性运动学

说明书

特别表征了至少一种个体微生物的运动性或至少一种个体微生物的运动性变化或两者。使用表征的运动性或运动性变化来检测至少一种个体微生物的存在或计数，或确定至少一种个体微生物的物种或菌株的身份，或确定至少一种个体微生物对一种或多种抗生素或其他抗微生物剂的易感性。

本申请有权享有美国专利申请序列号62/453,605的申请日的优先权，该专利于2017年2月2日提交并通过引用完整并入本文。

发明背景

本描述涉及分析和使用微生物的运动性运动学。

已经分析并使用了运动性运动学，例如在精子研究的背景下。例如，Green(美国专利公开文本2007/0298454)描述了以确定精子是否表现出正常的形态和运动性为目的追踪样品中的精子并且取得运动性特性(例如速度和轨迹)。

King et al.(Antibiotics:Effect on cryopreserved-thawed human spermmotility in vitro,Fertility and Sterility,1997,第67卷,第6期,第1146-1151页)使用商业系统分析在抗生素存在下在48小时时段内温育的精子的运动性以评估其受精能力。

使用检测细菌存在和计数、鉴定(ID)和抗生素易感性测试(AST)确定细菌感染的最佳治疗选择。

发明概述

通常，在一方面，表征了至少一种个体微生物的运动性或至少一种个体微生物的运动性变化或两者。使用表征的运动性或运动性的变化来检测至少一种个体微生物的存在或计数，或确定至少一种个体微生物的物种或菌株的身份，或确定至少一种个体微生物对一种或多种抗生素或其他抗微生物剂的易感性。

实施方案可以包括以下特征中的一种或两种或更多种的组合。使用成像装置在连续时间时捕获所述至少一种个体微生物的两个或更多个数字图像。通过计算机处理图像以确定至少一种个体微生物的轨迹数据。对于至少一种个体微生物或个体微生物的群体，通过计算机处理运动性运动学数据。通过计算机将产生的运动性运动学数据与一种或多种微生物的可用运动性运动学数据进行比较。将由计算机产生的运动性运动学数据与一种或多种微生物的可用运动性运动学数据进行比较，以确定至少一种个体微生物的物种或菌株的身份，或确定至少一种个体微生物对一种或多种抗生素或其他抗微生物剂的易感性。从包含至少一种个体微生物的样品的第一部分捕获的数字图像获得产生的运动性运动学数据，并且一种或多种微生物的所述可用运动性运动学数据包括从在不同时间时从所述样品的第一部分捕获的数字图像或在相同时间时或在不同时间时从所述样品的不同部分捕获的数字图像确定的运动性运动学数据。至少一种个体微生物经受两种不同的抗生素或其他抗微生物条件，包括以下中的至少一种：存在和缺乏抗生素或其他抗微生物剂、两种或更多种不同抗生素或其他抗微生物剂的存在，不同浓度的抗生素或其他抗微生物剂的存在、或一种或多种抗生素或其他抗微生物剂的不同组合的存在。至少一种个体微生物在包括以下中的一种或两种或更多种的组合的样品中：身体样品、细菌培养物、流体、固体、碎片、非流体样品材料、磨碎食品、食品颗粒、环境样品、防腐剂、抗凝血剂、凝块活化剂、凝胶屏障、细菌生长稳定剂、抗糖酵解剂或添加剂。通过计算机确定表征的运动性或运动性变化的统计学显著性。一种或多种微生物的可用运动性运动学数据存储在作为数据库管理系统的一部分的运动性数据库中。将一种或多种微生物的物种或菌株的已知身份存储在作为数据库管理系统一部分的数据库中。通过计算机确定单独的或与至少一种其他特征组合的表征的运动性或运动性变化的统计学显著性。至少一个其他特征包括两种或更多种微生物的计数、形态特征或空间排列。形态特征包括以下中的一种或两种或更多种的组合：形状、长宽比、凸度、面积、大小、尺寸、长轴方向、偏离球形形状或强度分布。空间排列包括分裂的微生物的空间排列、个体微生物的簇的空间排列、两种或更多种微生物相对于彼此的位置、它们之间的一个或多个距离、微生物的特定簇或链的形成。至少一种个体微生物包括以下中的一种或两种或更多种的组合：细菌病原体、其他细菌、其他病原体、真菌、古细菌、原生生物、浮游生物或真核细胞。至少一种个体微生物在样品中并且对所述样品中的一种或多种抗生素或其他抗微生物剂是易感的或对所述样品中的一种或多种抗生素或其他抗微生物剂有抗性。计算机确定和存储关于样品中个体微生物的计数或样品中个体微生物的形态特征或样品中两种或更多种个体微生物的空间排列的信息。处理图像以确定至少一种个体微生物的轨迹数据包括(a)基于颜色、像素强度梯度、形状、长宽比、凸度、面积、大小阈值、水平和垂直位置、大小、强度、长轴方向、偏离球形形状或强度分布中的至少一种来定位图像中的微生物，以及(b)基于位置、位置接近性、方向、速度、加速度或搜索半径中的至少一种，通过连接位于两个或更多个图像中的相同微生物来构建轨迹数据。用于至少一种个体微生物的运动性运动学数据的产生包括通过计算机确定以下中的至少一种：轨迹、轨迹形状、速度、加速度、均方位移、游动方向、转动速率、转动角度、转动角度的时间顺序、扩散率、净毛位移比、曲率、运动细胞的浓度、或运动细胞与非运动细胞的比率。使用所述成像装置在连续时间时捕获含有所述至少一种个体微生物的样品的一个、两个或更多个数字图像，该样品含有一种或多种抗生素或其他抗微生物剂，并且使用所述成像装置在所述连续时间前的时间时捕获所述样品中个体微生物的一个、两个或更多个数字图像，先前时间时的样品含有不同比例的抗微生物剂或先前时间时的样品不含抗微生物剂。使用所述成像装置同时捕获两个或更多个含有至少一种个体微生物的样品的一个、两个或更多个数字图像，所述样品中的至少一个样品含有一种或多种抗生素或其他抗微生物剂，并且使用所述成像装置同时捕获两个或更多个含有至少一种个体微生物的样品的一个、两个或更多个数字图像，所述样品中的至少一个样品含有不同比例的抗生素或其他抗微生物剂或所述样品中的至少一个样品不含所述抗生素或其他抗微生物剂。在预筛选步骤中确定活动微生物的存在、缺乏或计数。改变至少一种环境条件来刺激所述至少一种个体微生物的运动性，以有利于检测所述微生物，鉴定所述微生物的物种或菌株，或确定所述微生物的抗微生物剂易感性。通过图像分析从图像中除去非移动实体，或者在成像前物理地从所述样品除去非移动实体。将对应于产生的运动性运动学数据的所述至少一种个体微生物在第一时间时经受第一抗生素或其他抗微生物剂，并且所述可用运动性运动学数据与第二时间时经受所述第一抗生素或抗微生物剂或第二时间时经受不同抗生素或其它抗微生物剂的个体微生物相关联。对应于产生的运动性运动学数据的至少一种个体微生物包括物种的至少一种个体微生物，并且可用的运动性运动学数据与物种相关。将含有至少一种个体微生物的样品部分装入一个或多个孔中，并且所述样品的各部分中无一或一个或多个经受抗生素或其他抗微生物剂。将含有至少一种个体微生物的样品的两个部分装入两个不同的孔中，并经受两种不同的抗生素或抗微生物条件。在不需要确定所述至少一种个体微生物的物种或菌株的身份的情况下确定所述至少一种个体微生物的易感性。