[发明专利]一种基于菌毛抗原基因分布对尿路感染部位进行定位判断的方法

说明书

本发明涉及一种基于菌毛抗原基因分布对尿路感染部位进行定位判断的方法。它是通过尿路致病性大肠杆菌菌毛抗原基因的分布情况，利用机器学习XGBoost算法，将上尿路感染和下尿路感染病人来源的UPEC菌株的22种菌毛抗原基因的特征进行分类，并建立机器学习模型。并通过该机器学习模型分析UPEC菌株的菌毛抗原基因的分布，从而对尿路感染进行感染部位的预测。

技术领域

本发明涉及一种对尿路感染的感染部位进行定位判断的方法。通过对尿路致病性大肠杆菌（Uropathogenic Escherichia coli, UPEC）的22种菌毛抗原基因（CS1-like,Mat, Type 1, F9, Ycb, Sfm, LPF, ECSF-0165, ECSF-4008, CS12, Afa, Yeh, Yeh-like, F17-like, Yfc, Pix, Yqi, Ybg, Auf, F1CS, P, Yad）存在与否，并利用机器学习XGBoost算法，将上尿路感染和下尿路感染病人来源的UPEC的22种菌毛抗原基因分布特征分开，并建立机器学习模型，通过该机器学习模型分析UPEC菌株的菌毛抗原基因分布特征，进而对尿路感染进行感染部位的预测。

背景技术

尿路感染（Urinary tract infections, UTIs）是由各种病原体侵入泌尿系统引起的最常见的感染性疾病之一，包括单纯性膀胱炎、急性单纯性肾盂肾炎、复杂性尿路感染、反复发作性尿路感染等临床常见泌尿系统感染性疾病。据报道，大约40%的女性和12%的男性在一生中至少会经历一次有症状的尿路感染，其中10%的女性会在感染后的6-12个月中再次遭受感染。此外，儿童也存在遭受病原细菌引起的尿路感染的风险。许多人一生遭受痛苦的复发和慢性尿路感染。

根据感染部位，可将尿路感染分为上尿路感染（肾盂肾炎，输尿管炎）和下尿路感染（膀胱炎，尿道炎）。下尿路感染或急性细菌性膀胱炎主要表现为尿频、尿急、尿痛、排尿不适、下腹部疼痛等。下尿路感染症状基本不会发烧，尿常规会提示白细胞升高，尿培养可能会培养出细菌。上尿路感染主要临床症状为寒战、发热、全身酸痛等全身感染症状，伴有尿频、尿急、尿痛、下腹部疼痛等症状，查体一侧或两侧肾区叩击痛，血常规或降钙素原（PCT）、C反应蛋白（CRP）都可能会升高，尿常规也会提示白细胞大量升高。上述临床症状通常被视为鉴别尿路感染部位的标准。

尿路感染通常使用抗生素治疗，上下尿路感染的治疗和用药有所不同。但是随着广谱抗菌药物的不断开发和应用，细菌耐药性显着提高导致缺乏适当的治疗药物，以及破坏了患者体内的正常菌群从而引起继发感染。多药耐药性的广泛存在给临床治疗带来了巨大的困难和挑战，突出了合理且准确地使用抗生素的重要性。

造成尿路感染的病原细菌主要为革兰氏阴性细菌，包括大肠杆菌，变形杆菌，普罗维登斯氏菌，铜绿假单胞菌等。尿路致病性大肠杆菌（Uropathogenic Escherichia coli,UPEC）是UTI的主要致病因素。UPEC表达多种毒力因子，包括菌毛，毒素蛋白，铁捕获系统，鞭毛和表面多糖结构等。菌毛是在细菌表面表达的一种蛋白质，介导了多种生物学功能，如粘附和侵袭以及生物膜的形成。作为UPEC的关键毒力因子，多种菌毛共同协作导致疾病的发生。

前期有研究表明：（1）根据UPEC的I型菌毛抗原基因的多态性所构建的系统进化树与根据这些细菌基因组直系同源基因构建的系统进化树非常相似；（2）通过三种菌毛抗原基因（yagV, fimF, fimH）的进化分析以及菌毛抗原类型的鉴定确定尿路感染大肠杆菌的型别已经获得国家专利（专利号CN104561326B，王荃）。由此可见，菌毛抗原基因在UPEC分型上具有一定的价值。而病原细菌的分型为溯源病原细菌提供了关键信息,是感染性疾病预防、诊断和控制中切断感染源的重要科学依据。基于以上特性，我们想知道是否可以将UPEC的菌毛抗原基因用作判断上尿路感染和下尿路感染定位的靶标，以实现快速准确的判断，并减少实验用药的时间，从而减少抗生素的滥用，达到精确治疗的目的。