[发明专利]一种宏基因组绝对定量实验全流程的数字孪生方法

说明书

本发明公开了一种宏基因组绝对定量实验全流程的数字孪生方法，包括三个模块：构建样本库、构建内标库、宏基因组分析流程。本发明通过计算机模拟的方式展示了宏基因组绝对定量的全流程，使新手能够更快更方便地理解宏基因组绝对定量的流程，并可以对比内标法宏基因组绝对定量各因素之间的影响。

技术领域

本发明属于计算机模拟技术领域，具体涉及一种宏基因组绝对定量实验全流程的数字孪生方法。

背景技术

宏基因组学是为了解决传统方法分离纯化复杂微生物群落难的痛点，从基因组水平来研究微生物群落。将一个微生物群落的DNA全部提取出来，随机打断、测序，返回大量的短DNA片段。通过宏基因组学技术不仅可以得到微生物群落中的物种结构，还可以进行功能分析，重构一些难以培养的微生物的基因组。

目前宏基因组研究中得到微生物含量的方式主要有两种，分别是相对定量和绝对定量，但前者只能看到微生物的相对变化情况，并不能提供物种丰度变化的程度和方向的信息，忽略了微生物总体变化情况。绝对定量分析则是计量样本每种微生物的拷贝数或者数目，从而实现绝对定量，相对于常规相对定量扩增子测序，绝对定量分析能反映样本每种微生物的真实数量和组间样本的真实差异，因此绝对定量分析相对于相对定量分析更能反映样本细菌群落的真实变化，是进行微生态研究的首选。所以，微生物的绝对定量是非常必要的。

而且在内标法测宏基因组绝对定量中，内标加入的时间、多少都会影响到绝对定量的结果，本发明通过提供在提取前加入内标和在提取后加入内标两种加入内标的方式以及三种不同梯度浓度的内标来对比以上因素对内标法绝对定量的影响。

此外，现实中的宏基因组测序需要购买菌株、测序、计算分析，每一步的费用都很高，但对于计算机模拟来说，菌株DNA可以通过已有库模拟生成，测序也可以通过加入误差因子的方式来模拟现实结果，最后通过结果分析出微生物的绝对定量。计算机模拟的方式成本几乎为0，而且每一步的结果都是可观测的，便于新人学习和理解宏基因组绝对定量流程，对实际的宏基因组实验也有一定的实际意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种宏基因组绝对定量实验全流程的数字孪生方法，包括三个模块：构建样本库、构建内标库、宏基因组分析流程。本发明通过计算机模拟的方式展示了宏基因组绝对定量的全流程，使新手能够更快更方便地理解宏基因组绝对定量的流程，并可以对比内标法宏基因组绝对定量各因素之间的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下模块：

一种宏基因组绝对定量实验全流程的数字孪生方法，包括如下模块：

模块1：构建样本库；

设定菌群的相对定量信息，包括每种菌的名称代号、各种菌之间的比例关系和DNA序列的总数量；各种菌的比例和为1；

通过现有的微生物信息DNA库，根据各种菌之间的比例关系和DNA序列的总数量，确定整个菌群的绝对定量信息，模拟用户需要的菌群环境；

DNA序列的总数量乘以菌株的相对定量为该菌株的绝对定量，即需要从现有微生物信息DNA库中提取的菌株DNA的数量；最终将所有菌株提取完毕，生成用户需要的菌群环境，即样本库；

模块2：构建内标库；

内标库的生成有两种方式：一种是用户自定义内标，需要用户自定义输入菌群的相对定量信息和DNA序列的总数量，并且用户设定的菌株需要满足与样本库中相似度低于80％的条件；另一种是系统自动生成内标，不需要用户额外输入，系统自动根据样本库挑选相似度低于80％的菌群，生成内标库；内标库生成的总量为样本库的 0.1％、1％、10％三种内标浓度供用户选择；