[发明专利]基于朴素贝叶斯模型的大肠杆菌利福平抗性突变预测方法

说明书

本发明公开了一种基于朴素贝叶斯模型的大肠杆菌利福平抗性突变预测方法，该方法包括以下步骤：收集现有报道中大肠杆菌RNA聚合酶β亚基利福平抗性阳性突变体；搜集现有报道中细菌RNA聚合酶β亚基的突变体，剔除与大肠杆菌阳性突变一致的位点后，作为阴性突变体；预测所得阳性突变体和阴性突变体的蛋白性质参数数据集；利用得到的蛋白性质参数数据集训练朴素贝叶斯模型，利用上述模型对大肠杆菌RpoB中利福平抗性区间内每个位置的氨基酸突变后的突变表型进行预测。本发明构建的模型对大肠杆菌利福平抗性突变表型的预测性能较好，模型评价中ROC曲线下的AUC值为0.77；准确度较高，可达75.4％。

技术领域

本发明属于细菌抗性突变检测领域，特别涉及一种基于朴素贝叶斯模型的大肠杆菌利福平抗性突变预测方法。

背景技术

细菌耐药性是当前全球卫生、食品安全和发展面临的最大威胁之一。这其中，细菌对具有广效性的抗生素利福平的耐药性逐渐普遍。研究证明细菌对这类药物产生抗性主要是由于其rpoB基因编码的RNA聚合酶β亚基发生变化。细菌通过新的突变获得抗性基因极大加速了细菌耐药性发展与传播，一旦基因发生变化，即可通过水平转移至后代或者在邻近的细菌细胞间传播，增强抗性。

目前，已经有大量研究报道各菌群rpoB基因中发生不同位点的碱基取代、缺失等变化均可导致利福平抗性表型。然而，当前研究都只能通过DNA测序等分子生物学手段对分离的利福平耐药菌株rpoB基因突变特征进行检测和分析，并不能提前对特定位点的碱基及其导致的相应氨基酸变化预判其是否会产生突变表型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于朴素贝叶斯模型的大肠杆菌利福平抗性突变预测方法，提高预测的前瞻性。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于朴素贝叶斯模型的大肠杆菌利福平抗性突变预测方法，包括以下步骤：

(1)收集现有报道中导致利福平抗性阳性突变的大肠杆菌RNA聚合酶β亚基(RpoB)中氨基酸突变位点和突变情况，作为阳性突变体；并确认大肠杆菌RpoB中利福平抗性区间；

所述阳性突变体的突变情况如表1所示：

表1

所述大肠杆菌RpoB中利福平抗性区间如表2所示：

表2

(2)搜集现有报道中细菌的RNA聚合酶β亚基序列，将其与大肠杆菌的RNA聚合酶β亚基做比对，得到氨基酸突变位点和突变情况，剔除与步骤(1)阳性突变重叠的部分，余下的突变作为阴性突变体；

优选地，步骤(2)是在NCBI中搜集碱基长度1000-1400bp的细菌RNA聚合酶β亚基序列；

所述阴性突变体的突变情况如表3所示：

表3

(3)预测所得阳性突变体和阴性突变体的蛋白性质参数数据集；所述蛋白性质参数包括展开自由能(ΔΔG，predicted unfolding free energy)、位置特异性(PSSM)以及蛋白中的芳香族残基(P_FWY)比例；

优选地，所述预测所得阳性突变体和阴性突变体的蛋白性质参数，是利用PremPSServer在线网站(https://lilab.jysw.suda.edu.cn/research/PremPS/)预测；

(4)利用得到的蛋白性质参数数据集训练朴素贝叶斯模型，得到适合于预测蛋白性质参数对应的突变表型的朴素贝叶斯模型；利用上述模型对大肠杆菌RpoB中利福平抗性区间内每个位置的氨基酸突变后的突变表型(阳性突变或是阴性突变)进行预测；