[发明专利]基于MALDI-TOF质谱数据鉴定细菌混合样品的算法

说明书

本发明提供基于MALDI‑TOF质谱数据鉴定细菌混合样品的算法，包括以下步骤：(1)利用参考数据库中的候选图谱合成模拟混合图谱；(2)评价实验图谱与模拟混合图谱的相似度，选出最可能匹配结果；(3)利用“随机图谱模型法”计算错误检出率。本发明构建的细菌混合样品鉴定算法，实现混合细菌样本的直接鉴定，避免了传统方法步骤繁琐、耗时较长的问题；引入了综合评价样品谱图搜库匹配结果的假设验证方法，以FDR值作为鉴定的阈值，提高了基于谱图相似度计算的搜库匹配结果的可靠性；具有较好的综合评价能力，具有较强的可操作性和实用性。

技术领域

本发明涉及一种用于鉴定细菌混合样品的MALDI-TOF质谱数据分析方法。

背景技术

目前，临床主要通过观察菌落形态、革兰氏染色、显微镜检查，以及各种生化试验等方法对细菌进行检测和鉴定，这些方法主要依赖细菌的生长代谢，周期较长，不能满足临床上对细菌进行快速诊断的需要。基因型和分子生物学方法则因其技术复杂、耗费高的局限性，不适用于临床微生物实验室的检测工作。寻求和建立满足临床要求的新的细菌快速诊断的方法的需求迫切。

从1990年代起，基质辅助激光解析电离源飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)被用于细菌鉴定[R.D.Holland,J.G.Wilkes,F.Rafii,J.B.Sutherland,C.C.Persons,K.J.Voorhees,J.O.Lay,Rapid Communications in MassSpectrometry 1996,10,1227-1232；M.A.Claydon,S.N.Davey,V.EdwardsJones,D.B.Gordon,Nature Biotechnology1996,14,1584-1586.]。通过分析不同的细菌，科学家发现从完整的细菌细胞中可以得到具有指纹特征性的质谱图。通过记录多种单一纯细菌的指纹质谱图可以构建细菌鉴定所需的生物特征数据库。之后通过比对临床样本中采集的细菌的MALDI-TOF-MS指纹质谱图，可以实现细菌种类的鉴定[A.Croxatto,G.Prod'hom,G.Greub,FemsMicrobiology Reviews2012,36,380-407；T.R.Sandrin,J.E.Goldstein,S.Schumaker,Mass SpectrometryReviews2013,32,188-217.]

然而目前的方法大都针对单一种类细菌的鉴定，关于混合细菌样本的鉴定的工作较少。与细菌纯培养物相比，多种细菌混合物的鉴定复杂程度明显增加。传统鉴别方法须对细菌进行培养，将菌液进行平板划线分离或涂布分离，获得单菌落再进行分析，培养和分离步骤繁琐，耗时较长，培养、分离过程还易引入杂菌污染。

发明内容

本发明针对传统方法步骤繁琐、耗时较长的问题，提出一种新的鉴定计算方法，将MALDI-TOF MS方法应用于更复杂的细菌混合物。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种基于MALDI-TOF质谱数据鉴定细菌混合样品的算法，该算法包括以下步骤：(1)利用参考数据库中的候选图谱合成模拟混合图谱；(2)评价实验图谱与模拟混合图谱的相似度，选出最可能匹配结果；(3)利用随机图谱模型法计算错误检出率。

进一步，利用参考数据库中的候选图谱合成模拟混合图谱包括以下步骤：

(1)将实验图谱与候选参考图谱进行峰对齐，得到峰强度矩阵；

(2)将实验图谱s_m的峰强度视为候选参考图谱s_i对应的峰强度的非负线性组合

应用非负线性最小二乘法求解各组分的系数c_i；

(3)根据最小二乘法结果合成模拟混合图谱。

进一步，所述随机图谱模型法包括以下步骤：