[发明专利]基于病原微生物宏基因组的多种菌群间Granger因果分析方法

说明书

本发明公开了基于病原微生物宏基因组的多种菌群间Granger因果分析方法，其原理为：对获取的病原微生物宏基因组数据进行聚类分析并划分出每一个菌种，核算出每个菌种在疾病发展相应时间节点的物种丰度，然后对每个时间节点建立每组变量的时间序列并进行修正，最后对修正后的数据进行Granger因果分析，找到主要致病菌。利用高通量测序平台鉴定出多种细菌，然后结合Granger因果分析方法找出这些细菌之间的因果作用关系，为从致病微生物样本中找出一种或几种致病菌提供一个快捷的鉴别方法，更快地协助临床医师进行分析判断以实现临床诊断。

技术领域

本发明涉及高通量测序领域和分析技术领域，具体涉及基于病原微生物宏基因组的多种菌群间Granger因果分析方法。

背景技术

不明原因发热、疑难危重以及免疫缺陷等感染患者的诊断一直是困扰临床医生的难题，其病因常见三大类：感染、风湿免疫性疾病、恶性肿瘤等，这些患者普遍存在病原体诊断困难且多而复杂等问题，因病原体不能明确，治疗多限于经验性抗感染，不能精准施治。因此，准确、早期明确病原体并进行针对性抗感染治疗对这类患者预后至关重要。

基于高通量测序的宏基因组学(Metagenomic Next-Generation Sequencing，mNGS)可以检测样本中所有物种的DNA或RNA，能够快速分析患者样品中整体微生物群以及人类宿主基因组和转录组，因此，mNGS对于发现新型病原体并检测健康和患病状态下的人类具有显著优势。文献“Boulange CL，Neves AL，Chilloux J et al.Impact of thegutmicrobiota on inflammation，obesity，and metabolic disease[J].Genome Med，2016，8(1)：42.”运用高通量测序分析肠道微生物与肥胖、糖尿病和炎性肠病等疾病密切相关。文献“Allegretti M，Fabi A，Buglioni S，Martayan A et al.Tearing down thewalls:FDA approves next generation sequencing(NGS)assays for actionablecancer genomic aberrations[J].ExpClin Cancer Res，2018，37(1):47.”研究发现mNGS可鉴定与癌症相关的病毒，并用于晚期肿瘤的用药指导。因此以微生物为靶点，利用mNGS干预微生物组必将成为临床治疗新的探索方向。

mNGS技术的不断完善正在推动精准医学模式的发展，由于病原微生物宏基因组测序可检测范围包括基因组序列已知的6549种细菌，通常主要由宿主派生的序列和极小部分的病原体序列组成，为临床诊断构成了一个“大海捞针”的问题。因此背景微生物数据库(包括mNGS测序过程中检测到的正常微生物和污染产生的微生物)的建立至关重要,我们对获取的病原微生物宏基因组数据先进行聚类分析划分出每一个菌种，进一步核算出每个菌种在疾病发展相应时间节点的物种丰度，对每个时间节点建立每组变量的时间序列并进行修正，最后对修正后的数据进行Granger因果关系分析找到主要致病菌种，更快协助临床医师进行分析判断以实现临床诊断。

发明内容

本发明利用高通量测序平台鉴定出多种细菌，然后结合Granger因果分析方法找出这些细菌之间的因果作用关系，为从致病微生物样本中找出一种或几种致病菌提供一个快捷的鉴别方法，更快地协助临床医师进行分析判断以实现临床诊断。

为了达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现的：

基于病原微生物宏基因组的多种菌群间Granger因果分析方法，其原理为：对获取的病原微生物宏基因组数据进行聚类分析并划分出每一个菌种，核算出每个菌种在疾病发展相应时间节点的物种丰度，然后对每个时间节点建立每组变量的时间序列并进行修正，最后对修正后的数据进行Granger因果分析，找到主要致病菌；

具体步骤如下：

S1：致病微生物样本的核酸提取；