[发明专利]一套可筛检疾病相关菌群的菌群互作网络标志物及其用途

说明书

本发明公开了一套可筛检疾病相关菌群的菌群互作网络标志物及其用途，所述标志物由15种特殊的三角形互作网络基序构成。本发明以菌群细菌物种组成及各细菌物种相对丰度为输入，基于菌群互作网络和15种特殊的三角形互作网络基序，根据统计得到的目标标记物数量和待测菌群与正常菌群剩余目标标记物的数值比值(RDHT)，对待测菌群是否异常做出判断。本发明经多组人体包括肠道、阴道、肺、口腔、精液及皮肤6个部位的微生物菌群数据验证，发现菌群互作网络中特殊的三角形互作网络基序数量在实验组/疾病组与健康对照间存在显著差异，利用本发明能有效快速地对健康和疾病菌群进行筛检。

技术领域

本发明涉及生物信息技术和医疗健康领域，具体地涉及一套可筛检疾病相关菌群的菌群互作网络标志物以及以此为基础筛检疾病相关菌群装置。

背景技术

人体共生菌是人体的正常菌群，皮肤、口腔、肠道、呼吸道及泌尿生殖道等部位都生存着大量的微生物。人体微生物菌群与宿主的健康和疾病有着密切的关系，与此同时人体的健康状况也影响着机体微生物菌群的组成和稳定。随着人体微生物宏基因组计划(Human Microbiome Project，HMP)的开展实施，越来越多的研究表明微生物菌群与人体多种疾病，如结肠癌、肺纤维化、牙周炎、乳腺炎、细菌性阴道病及皮炎等疾病的发生发展有着紧密联系，这些疾病也被称为“微生物菌群相关疾病”。这些疾病多面临着缺乏早期诊断指标和更为方便可靠的个性化诊断方法等问题，因此寻找一种可以同时运用于多种疾病的个性化诊断方法是十分重要的。

通过人体微生物菌群不仅能够更进一步寻找微生物相关疾病发生发展的根源，还可以用于疾病的个性化诊断和防治。人体微生物菌群作为一个微观生态系统，现有研究多从生态学角度利用生态学理论和方法对其加以研究，其中物种多样性是最常用的研究手段。然而大量研究显示健康个体与疾病个体间微生物物种的多样性指数，如物种丰度、Shannon指数等多无显著差异，因此无法广泛的用于多种疾病的诊断机体健康状况的评估。基于多样性的生态学方法多着眼于物种数量本身，却忽略了物种间的相互作用，而物种间的相互作用对外界环境或宿主环境的改变会有更为灵敏的应变能力。

网络分析虽已广泛应用于计算生物学和生物信息学中，如基因网络、蛋白质网络、代谢网络等，但在微生物菌群研究中应用仍比较局限。网络分析基于物种的个体数量或丰度寻找物种间的相互作用关系，不但包括了传统生态分析中的物种丰度还加入了菌群中的互作关系，可弥补微生物生态中多样性分析等传统生态分析的不足。现已有研究成功地将网络分析应用于人体微生物菌群当中。传统的网络属性如网络密度等多忽略了网络中顶点的信息，在微生物菌群网络中每个顶点代表一个物种，疾病和健康机体的菌群互作网络即使结构相同，物种间的相互作用关系却有可能不同。在基本网络的分析上，包含物种信息在内的网络属性可以提高诊断指标和检测方法的准确率和灵敏度。

本发明的目的在于针对机体健康评估及微生物菌群相关疾病的个性化诊断，提出并验证了一种基于人体菌群互作网络分析评估机体健康状况和诊断疾病的方法，通过对已有文献的分析和大量实验的结果，找出了15种特殊的网络基序作为微生物菌群互作网络的一种新属性。通过监控机体菌群网络中该属性的变化情况可以为评估机体健康状况和疾病发生风险提供更为有效的微生物方法，也为个性化诊断微生物菌群相关疾病提供可靠的技术支持。

发明内容

本发明的目的在于针对机体健康评估及包括肥胖等疾病在内的微生物菌群相关疾病的个性化诊断，提出并验证一种基于人体菌群互作网络分析评估机体健康和诊断疾病的方法，为利用人体微生物对人体健康状况进行评估和对微生物相关疾病进行诊断提供有效的方法和可靠的指标。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：