一种基于微生物总量加权的微生物溯源方法技术

本发明专利技术属于微生物分析技术领域，具体涉及一种基于微生物总量加权的微生物溯源方法。本发明专利技术提供了一种微生物溯源方法，包括：确定溯源源头和溯源目标的取样位点；在溯源源头和溯源目标的取样位点分别进行样品的采集，得到多个样品；获取取样位点的微生物测序信息；记录取样位点的取样信息，将取样位点的取样信息与微生物测序信息导入溯源模型得到原始溯源结果；基于溯源源头的微生物总量对原始溯源结果进行加权运算，得到加权溯源分析结果。利用本发明专利技术能够更加准确地计算微生物溯源结果，本发明专利技术基于微生物总量加权的方法对微生物溯源结果进行校正优于单纯的溯源分析，与现实实际更为符合。为符合。为符合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微生物总量加权的微生物溯源方法


[0001]本专利技术属于微生物分析
，具体涉及一种基于微生物总量加权的微生物溯源方法。

技术介绍

[0002]微生物溯源分析(microbial source tracking，MST)是微生物分析技术中的一个重要课题和方向，基于微生物溯源分析可以解决污染源分析、影响分析等问题，能够揭示微生物或物质转移的动态变化过程。
[0003]微生物溯源分析最早兴起于20世纪80年代，该技术通过比较污染样品和可能污染源中微生物的差异或其他生物标记的有无来确定两者的联系，从而确定污染来源。生活在不同地区或不同宿主的的微生物群，在自然选择压力下，会产生特异的环境适应性，并将这些特性整合到基因组中遗传给后代，从而使这一地区的微生物带有其生存环境的特异性指纹图谱，如特异性的遗传特征、代谢产物等，通过分析这些呈现出多样性的表型或基因型特征，便可以达到溯源的目的。
[0004]微生物溯源技术随生物学尤其是遗传学和分子生物学的发展而不断提高和完善。早期微生物溯源方法主要有表型方法和分子方法。表型方法是以微生物各种代谢产物、酶的生理生化反应、噬菌体的敏感性等方面为基础，来鉴定微生物种类。而分子方法是基于遗传物质为研究对象的，主要以PCR技术为主，通过分析菌株特定的基因位点或染色体组的多态性差异鉴定菌株种类。表型方法存在准确性差，且周期长、工作量大等问题。分子方法由于需要DNA提取和鉴定过程，对设备要求高，且存在操作复杂、专业技术门槛高等问题(如表1所示)。
[0005]随着测序技术的提升，基于高通量测序技术发展形成了溯源模型分析方法，其主要通过将多个位点采集样本的高通量测序结果导入分析模型计算出各个源头的贡献占比，该方法在使用过程中存在操作简单、可操作性强等特点，在科研工作中越来越为科研工作人员所青睐。微生物溯源分析模型有很多，其中包括SourceTracker、FEAST(fast expectation
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maximization for microbial source tracking)和随机森林(Random Forest)等。
[0006]但是在实际使用中，我们发现利用模型分析方法计算出的结果与实际情况差异较大，所以，需要开发出一种更为贴合实际的微生物溯源方法。
[0007]表1溯源分析方法优劣对比
[0008]
技术实现思路

[0009]本专利技术的技术方案是通过溯源模型分析多个位点的高通量数据得到原始溯源结果，再结合溯源源头微生物总量结果(表型计数方法或分子生物学计数方法)得到加权系数，经计算分析后得到精准度更高的，结果更为准确的用于微生物溯源分析的方法。
[0010]本专利技术提供了一种微生物溯源方法。
[0011]本专利技术提供了一种微生物溯源方法在微生物溯源分析和基于微生物溯源的其它物质溯源分析中的应用。
[0012]一方面，本专利技术提供了一种微生物溯源方法，包括如下步骤：
[0013]S1.确定溯源源头和溯源目标的取样位点；
[0014]S2.在溯源源头和溯源目标的取样位点分别进行样品的采集，得到多个样品；
[0015]S3.获取取样位点的微生物测序信息；
[0016]S4.记录取样位点的取样信息，将取样位点的取样信息与微生物测序信息导入溯源模型得到原始溯源结果；
[0017]S5.基于溯源源头的微生物总量对原始溯源结果进行加权运算，得到加权溯源分析结果。
[0018]在一些实施方案中，S5中所述的基于溯源源头的微生物总量对原始溯源结果进行加权运算的具体步骤包括：
[0019]S51.对S2中所述的多个样品中的微生物进行计数，计算得到所述的多个样品的单位微生物含量的结果；
[0020]S52.根据S51所述的多个样品的单位微生物含量计算各个溯源源头的单位微生物含量，并计算各个溯源源头的微生物总量的结果；
[0021]S53.根据S51得到的所述结果和S52得到的所述结果，计算加权系数；
[0022]S54.基于S53所述的加权系数，对S4所述的原始溯源结果进行加权运算，得到加权溯源分析结果。
[0023]现有溯源模型计算结果与实际情况有较大差距，分析其原因，一方面在于该方法
计算过程中不会考虑各个源头的微生物总量对溯源目标的影响程度，即默认源头样本的微生物总量是一致的，另一方面，高通量数据在经过抽平以后不会体现源头样本对溯源目标的影响大小。
[0024]高通量测序结果是相对定量数据，仅能用于占比分析，而且由于微生物无法远距离自主迁移，其空间上的转移主要依靠附着物质的转移，因此，单纯依靠测序结果数据进行的溯源分析忽略了宏观体系中的物质转移，可能导致计算结果与实际情况有较大差距。
[0025]一些实施方案中，相比现有技术，本专利技术首次提出在溯源分析过程中引入物质转移总量及其携带的微生物数据总量，将二者换算为统一系数对溯源分析结果进行加权，更为全面充分地考虑二者对微生物转移的影响。利用本专利技术能够更加准确地计算微生物溯源结果，本专利技术基于微生物总量加权的方法对微生物溯源结果进行校正优于单纯的溯源分析，与现实实际更为符合。可为微生物溯源分析或者基于微生物溯源的其它物质溯源分析，如基因溯源、污染物溯源和土壤溯源等，提供新的溯源思路和方法。
[0026]在一些实施方案中，S51中的计数方法采用稀释涂布法和/或荧光定量计数法。
[0027]在一些实施方案中，所述的稀释涂布法的计数要求为平板菌落总个数为30～300。
[0028]在一些实施方案中，在所述的荧光定量计数法中，扩增的基因片段选自16S rRNA基因片段、18S rRNA基因片段、ITS基因片段中的一种或多种组合；
[0029]在一些实施方案中，在所述的荧光定量计数法中，扩增的基因片段在16S rRNA基因片段范围内。
[0030]在一些实施方案中，S51中，每个样品的计数次数为≥3，计数结果以平均值计。
[0031]在一些实施方案中，S4所述的原始溯源结果包括各个溯源源头的原始百分比。
[0032]在一些实施方案中，S52所述的各个溯源源头的单位微生物含量由以下公式1算出：
[0033]公式1：
[0034]公式1中，B
i
为第i个溯源源头的单位微生物含量；B
ij
为第i个溯源源头的第j个样品的单位微生物含量；k为在第i个溯源源头采集的总样品数量。
[0035]在一些实施方案中，所述样品的单位微生物含量包括单位质量微生物数量、单位面积微生物数量、单位体积微生物数量，所述样品的单位微生物含量的单位包括CFU/g、CFU/m2、CFU/m3。
[0036]在一些实施方案中，S52所述的各个溯源源头的微生物总量由以下公式2算出：
[0037]公式2：Y
i
＝A
i
×
B
i
[0038]公式2中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微生物溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.确定溯源源头和溯源目标的取样位点；S2.在溯源源头和溯源目标的取样位点分别进行样品的采集，得到多个样品；S3.获取取样位点的微生物测序信息；S4.记录取样位点的取样信息，将取样位点的取样信息与微生物测序信息导入溯源模型得到原始溯源结果；S5.基于溯源源头的微生物总量对原始溯源结果进行加权运算，得到加权溯源分析结果。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S5中所述的基于溯源源头的微生物总量对原始溯源结果进行加权运算的具体步骤包括：S51.对S2中所述的多个样品中的微生物进行计数，计算得到所述的多个样品的单位微生物含量的结果；S52.根据S51所述的多个样品的单位微生物含量计算各个溯源源头的单位微生物含量，并计算各个溯源源头的微生物总量的结果；S53.根据S51得到的所述结果和S52得到的所述结果，计算加权系数；S54.基于S53所述的加权系数，对S4所述的原始溯源结果进行加权运算，得到加权溯源分析结果；优选地，S51中的计数方法采用稀释涂布法和/或荧光定量计数法；更优选地，所述的稀释涂布法的计数要求为平板菌落总个数为30～300；更优选地，在所述的荧光定量计数法中，扩增的基因片段选自16S rRNA基因片段、18S rRNA基因片段、ITS基因片段中的一种或多种组合；优选地，在所述的荧光定量计数法中，扩增的基因片段在16S rRNA基因片段范围内；优选地，S51中，每个样品的计数次数为≥3，计数结果以平均值计。3.优选地，S4所述的原始溯源结果包括各个溯源源头的原始百分比。如权利要求2所述的方法，其特征在于，S52所述的各个溯源源头的单位微生物含量由以下公式1算出：公式1：公式1中，B
i
为第i个溯源源头的单位微生物含量；B
ij
为第i个溯源源头的第j个样品的单位微生物含量；k为在第i个溯源源头采集的总样品数量；优选地，所述样品的单位微生物含量包括单位质量微生物数量、单位面积微生物数量、单位体积微生物数量，所述样品的单位微生物含量的单位包括CFU/g、CFU/m2、CFU/m3。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，S52所述的各个溯源源头的微生物总量由以下公式2算出：公式2：Y
i
＝A
i
×
B
i
公式2中，Y
i
为第i个溯源源头的微生物总量，单位为CFU；A
i
为第i个溯源源头的取样量；B
i
为第i个溯源源头的单位微生物含量；优选地，所述溯源源头的单位微生物含量包括单位质量微生物数量、单位面积微生物数量、单位体积微生物数量，所述溯源源头的单位微生物含量的单位包括CFU/g、CFU/m2、CFU/m3；
优选地，所述的溯源源头的取样量的计量方式包括质量、面积、体积，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈良强，杨帆，秦兴，卢建军，张巧玲，王莉，
申请(专利权)人：贵州茅台酒股份有限公司，
类型：发明
国别省市：