用于通过示踪剂分析法对复杂异质群落进行微生物株系分析、确定其功能关系及相互作用以及合成包括给药微生物群集和接种微生物群集的微生物群集的方法、设备和系统技术方案

公开了用于通过示踪剂分析法对复杂异质群落进行微生物株系分析、确定其功能关系及相互作用以及合成包括给药微生物群集和接种微生物群集的微生物群集的方法、设备和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过示踪剂分析法对复杂异质群落进行微生物株系分析、确定其功能关系及相互作用以及合成包括给药微生物群集和接种微生物群集的微生物群集的方法、设备和系统本申请要求2016年12月28日提交的美国临时专利申请No.62/439,867的优先权和权益；本申请还要求2017年9月18日提交的美国临时专利申请No.62/560,174的优先权和权益；上述申请的整个内容据此以引用方式明确地并入。本申请可能包含受版权、掩码作品和/或其他知识产权保护的材料。此类知识产权的相应所有者不反对任何人对公开内容的拓制，因为它出现在已公布的专利局文件/记录中，但在其他方面保留所有权利。
技术介绍
微生物在自然界中以群落形式共存并参与多种相互作用，从而导致各个群落成员之间的协作和竞争。微生物生态学的进展揭示了大多数群落中高度的物种多样性和复杂性。微生物在环境中无处不在，它们栖息在生物圈内的各种各样的生态系统中。各个微生物及其相应群落在诸如海洋(深海和海洋表面)、土壤和动物组织(包括人体组织)的环境中发挥着独特的作用。
技术实现思路
本公开涉及用于通过示踪剂分析法对复杂异质群落进行微生物株系分析、确定其功能关系及相互作用以及合成包括给药微生物群集和接种微生物群集的微生物群集的方法、设备和系统。根据本公开的方法包括示踪剂的换算和应用。例如，一些实施方案包括用于形成活性微生物株系的活性微生物生物群集(bioensemble)的方法，该活性微生物生物群集被配置为改变目标生物环境中的性质，这些方法包括将指定量的示踪剂引入到密闭/封闭环境(例如饲料、牲畜区等)中，并从环境中获得至少两个样品(例如，在示踪剂分布在环境周围之后)。针对每个样品，确定每个样品中存在的示踪剂的量，并且检测每个样品中的一种或多种微生物类型的存在以及每个样品中的一种或多种微生物类型中的每种检出微生物类型的量。确定每个样品中独特的第一标记物及其量，每个独特的第一标记物是检出微生物类型的微生物株系的标记物。将每种微生物类型的数量乘以示踪剂稀释因子(例如，施用的示踪剂的量除以测得的示踪剂的量)和独特的第一标记物的数量，以得到存在于每个样品中的每种微生物株系的换算(经体积调整的)绝对细胞计数。基于指定阈值测量每种微生物株系的至少一个独特的第二标记物，以确定每个样品中该微生物株系的活性水平，然后根据确定的活性来过滤每种微生物株系的换算的绝对细胞计数，以提供所述至少两个样品中的每一个的活性微生物株系及其相应的换算的绝对细胞计数的列表或集合。对所述至少两个样品中的每一个的活性微生物株系的经过滤的换算的绝对细胞计数和所述至少两个样品中的每一个的至少一个测得元数据进行比较/分析。根据预测的功能和/或化学性质，将活性微生物株系分类或分组成至少两组。选择来自所述至少两组中的每一组的至少一种微生物株系，并将所选择的微生物株系与载体培养基组合以形成活性微生物的生物群集，该生物群集被配置为当被引入到目标生物环境中时改变与该目标生物环境的至少一个元数据相对应的性质。本公开的其他方面包括给药和剂量确定，其可以在有和没有示踪剂及相关方法的情况下使用。在一些实施方案中，给药方法包括获得共有至少一个共同环境参数特征的至少两个样品，检测每个样品中的一种或多种微生物类型的存在，并确定每个样品中的一种或多种微生物类型中的每种检出微生物类型的数量。测量每个样品中的独特的第一标记物及其量，每个独特的第一标记物是检出微生物类型的微生物株系的标记物。然后将每种微生物类型的数量与独特的第一标记物的比例和数量整合或相乘，以得到存在于每个样品中的每种微生物株系的绝对细胞计数。基于指定阈值测量每种微生物株系的至少一个独特的第二标记物，以确定每个样品中该微生物株系的活性水平，然后根据确定的活性来过滤每种微生物株系的绝对细胞计数，以提供所述至少两个样品中的每一个的活性微生物株系及其相应绝对细胞计数的集合或列表。对所述至少两个样品中的每一个的活性微生物株系的经过滤的绝对细胞计数和所述至少两个样品中的每一个的至少一个测得元数据进行比较或分析，并且根据预测的功能和/或化学性质，将活性微生物株系分类或分组成至少两组。从所述至少两组的每一组中选择至少一种微生物株系，并且基于来自至少一个样品的对应绝对细胞计数(或者，在一些实施方案中，还基于引入到环境中的示踪剂)确定每种选择的微生物株系的初始量。将所选择的微生物株系以相应的量与载体培养基组合以形成活性微生物的第一生物群集，该第一生物群集被配置为当被引入到目标生物环境中时改变与该目标生物环境的至少一个元数据相对应的性质。然后将第一生物群集引入到目标生物环境中。其后，从目标生物环境获得另外的样品，并且对于该另外的样品，确定一种或多种微生物类型的存在及其数量，测量该另外的样品中独特的第一标记物及其量，每种独特的第一标记物是检出微生物类型的微生物株系的标记物，该另外的样品中每种微生物株系的绝对细胞计数由每种微生物类型的数量和独特的第一标记物的数量确定，然后基于指定阈值测量每种微生物株系的至少一个独特的第二标记物，以确定样品中该微生物株系的活性水平，根据确定的活性来过滤每种微生物株系的绝对细胞计数，以提供该另外的样品的活性微生物株系及其相应绝对细胞计数的列表或集合，以及对该另外的样品的活性微生物株系及其相应绝对细胞计数的列表或集合与每种选择的微生物株系的初始量进行比较。然后，基于该比较确定至少一种选择的微生物株系的调整量，并将选择的微生物株系以所述至少一种选择的微生物株系的调整量与载体培养基组合以形成活性微生物的第二生物群集。本公开的其他方面包括配制群集，该群集被配置为供施用以填入微生物天然环境和/或被配置为战胜和/或替代目标生物环境中的现有微生物。例如，所公开的方法可以用于合成群集，该群集被配置为供施用于患病或正常动物(诸如小鸡)以填入动物的GI系统，并且群集的微生物/株系被配置为填入/战胜/替代现有的微生物。可以配置此类实施方案，使得不需要重新施用群集，或者仅需要定期重新施用(例如，每天、每周、每两周、每月、每季、每年等)。此类方法可包括获得至少两个样品或样品集合(每个样品集合包括至少一个样品)，检测每个样品中的多种微生物类型，确定每个样品中的所述多种微生物类型的每种检出微生物类型的绝对细胞数量；测量每个样品中独特的第一标记物及其量(每个独特的第一标记物是检出微生物类型的微生物株系的标记物)，然后基于该样品中每种检出微生物类型的数量和该样品中独特的第一标记物的数量及其量，确定存在于每个样品中的每种微生物株系的绝对细胞计数，测量每种微生物株系的至少一个独特的第二标记物，以确定每个样品中的活性微生物株系，生成所述至少两个样品中的每一个的活性微生物株系及其相应绝对细胞计数的集合，对所述至少两个样品集合的每个样品的活性微生物株系及相应绝对细胞计数与所述至少两个样品集合中的每一个的至少一个测得元数据进行分析，以识别每种活性微生物株系与测得元数据之间的关系。然后，基于该分析选择来自活性微生物株系的该集合的多种活性微生物株系，其中所选择的活性微生物株系被选择用于实现以下至少一者：填入、战胜和/或替代目标生物环境中的现有微生物(例如，株系被引入时在指定时间段内保持活性和/或相对于其他株系数量增加)。将所选择的多种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成活性微生物株系的生物群集的方法，所述生物群集被配置为填入、战胜和/或替代目标生物环境中的现有微生物，所述方法包括：获得至少两个样品集合，每个样品集合包括多个样品，并且每个样品集合共有至少一个共同的环境参数；检测每个样品中的多种微生物类型，并确定所述多种微生物类型的每种检出微生物类型的绝对细胞数量；测量每个样品中独特的第一标记物及其量，每个独特的第一标记物是检出微生物类型的微生物株系的标记物；基于所述样品中每种检出微生物类型的所述绝对数量和所述样品中独特的第一标记物的数量及其量，确定存在于每个样品中的每种微生物株系的绝对细胞计数；测量每种微生物株系的至少一个独特的第二标记物，以确定每个样品中的活性微生物株系；生成所述至少两个样品集合的每个样品的活性微生物株系及其相应绝对细胞计数的列表；使用网络分析对所述至少两个样品集合的每个样品的所述活性微生物株系及相应绝对细胞计数与所述至少两个样品集合中的每一个的至少一个测得元数据进行分析，以测量每种活性微生物株系与每种其他活性微生物株系之间以及每种活性微生物株系与所述至少一个测得元数据之间的连通性；基于所述分析从活性微生物株系的所述集合中选择多种活性微生物株系，其中所述选择的活性微生物株系被选择用于实现以下至少一者：填入、战胜和/或替代目标生物环境中的现有微生物；以及将所述选择的多种活性微生物株系与载体培养基以基于每种株系的目标绝对细胞数量的剂量组合，以形成活性微生物的生物群集，所述生物群集被配置为填入、战胜和/或替代目标生物环境中的现有微生物。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.28 US 62/439,867;2017.09.18 US 62/560,1741.一种形成活性微生物株系的生物群集的方法，所述生物群集被配置为填入、战胜和/或替代目标生物环境中的现有微生物，所述方法包括：获得至少两个样品集合，每个样品集合包括多个样品，并且每个样品集合共有至少一个共同的环境参数；检测每个样品中的多种微生物类型，并确定所述多种微生物类型的每种检出微生物类型的绝对细胞数量；测量每个样品中独特的第一标记物及其量，每个独特的第一标记物是检出微生物类型的微生物株系的标记物；基于所述样品中每种检出微生物类型的所述绝对数量和所述样品中独特的第一标记物的数量及其量，确定存在于每个样品中的每种微生物株系的绝对细胞计数；测量每种微生物株系的至少一个独特的第二标记物，以确定每个样品中的活性微生物株系；生成所述至少两个样品集合的每个样品的活性微生物株系及其相应绝对细胞计数的列表；使用网络分析对所述至少两个样品集合的每个样品的所述活性微生物株系及相应绝对细胞计数与所述至少两个样品集合中的每一个的至少一个测得元数据进行分析，以测量每种活性微生物株系与每种其他活性微生物株系之间以及每种活性微生物株系与所述至少一个测得元数据之间的连通性；基于所述分析从活性微生物株系的所述集合中选择多种活性微生物株系，其中所述选择的活性微生物株系被选择用于实现以下至少一者：填入、战胜和/或替代目标生物环境中的现有微生物；以及将所述选择的多种活性微生物株系与载体培养基以基于每种株系的目标绝对细胞数量的剂量组合，以形成活性微生物的生物群集，所述生物群集被配置为填入、战胜和/或替代目标生物环境中的现有微生物。2.如权利要求1所述的方法，其中所述分析包括非参数网络分析。3.一种形成活性微生物株系的活性微生物生物群集的方法，所述活性微生物生物群集被配置为改变目标生物环境中的性质，所述方法包括：将指定量的示踪剂引入到密闭/封闭生物环境中；从所述生物环境获得至少两个样品；针对每个样品，确定存在的示踪剂的量；针对每个样品，检测一种或多种微生物类型的存在并确定所述一种或多种微生物类型中的每种检出微生物类型的绝对数量；测量每个样品中多个独特的第一标记物及其相对量，每个独特的第一标记物是检出微生物类型的微生物株系的标记物；针对每个样品，将每种检出微生物类型的所述绝对数量乘以示踪剂稀释因子和所述独特的第一标记物的相对量，以得到存在于每个样品中的每种微生物株系的换算的绝对细胞计数；基于指定阈值测量每种微生物株系的至少一个独特的第二标记物，以确定每个样品中所述微生物株系的活性水平；根据所述确定的活性来过滤每种微生物株系的所述换算的绝对细胞计数，以提供所述至少两个样品中的每一个的活性微生物株系及其相应的换算的绝对细胞计数的列表；对所述至少两个样品中的每一个的活性微生物株系的所述经过滤的换算的绝对细胞计数与所述至少两个样品中的每一个的至少一个测得元数据进行分析，所述分析包括活性微生物株系的预测的功能和/或化学性质；基于所述分析选择一种或多种微生物株系；以及将所述选择的一种或多种微生物株系和载体培养基组合以形成活性微生物生物群集，所述活性微生物生物群集被配置为当被引入到所述目标生物环境中时改变与所述至少一个测得元数据相对应的性质。4.如权利要求3所述的方法，其中所述分析包括确定每个样品中的所述换算的活性微生物株系与所述至少一个测得元数据的共现。5.如权利要求4所述的方法，其中确定每个样品中所述活性微生物株系和所述至少一个测得元数据的所述共现包括创建使用表示元数据和微生物株系关系的链接以及所述活性微生物株系的所述换算的绝对细胞计数填充的矩阵，以代表一个或多个异质微生物群落网络。6.如权利要求3、4或5中的一项所述的方法，其中所述分析包括非参数网络分析和聚类分析中的至少一种，所述非参数网络分析和聚类分析识别活性异质微生物群落网络内的每种换算的活性微生物株系和测得元数据的连通性。7.一种形成活性微生物株系的活性微生物生物群集的方法，所述活性微生物生物群集被配置为改变目标生物环境中的性质，所述方法包括：获得共有至少一个共同环境参数特征的至少两个样品；针对每个样品，检测每个样品中的一种或多种微生物类型的存在和每种检出微生物类型的绝对数量；测量每个样品中独特的第一标记物的数量，每个独特的第一标记物是检出微生物类型的微生物株系的标记物；将每种微生物类型的所述绝对数量乘以所述微生物类型的所述独特的第一标记物的比例数量，以得到每个样品中存在的每种微生物株系的绝对细胞计数；测量每种微生物株系的至少一个独特的第二标记物，以确定每个样品中所述微生物株系的活性水平；根据所述确定的活性来过滤每种微生物株系的所述绝对细胞计数，以提供所述至少两个样品中的每一个的活性微生物株系及其相应绝对细胞计数的集合；对所述至少两个样品中的每一个的活性微生物株系的所述经过滤的绝对细胞计数与至少一个与所述至少两个样品相关联的测得元数据进行分析；基于所述分析选择一种或多种微生物株系；基于来自所述至少两个样品中的至少一个的相应绝对细胞计数，确定所述一种或多种选择的微生物株系中的每一种的初始量；将所述选择的一种或多种微生物株系和载体培养基以相应的初始量组合以形成第一活性微生物生物群集，所述第一活性微生物生物群集被配置为当被引入到目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：M恩布里，
申请(专利权)人：埃斯库斯生物科技股份公司，
类型：发明
国别省市：美国,US