一种基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器制造技术

本发明专利技术属于微生物检测技术领域，公开了一种基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器，所述仪器包括：采样模块、基因提取模块、主控模块、扩增反应模块、基因测序模块、病原体类型识别模块、机理解析模块、显示模块。本发明专利技术通过病原体类型识别模块准确确定待测病原体样本中存在的病原体类型；同时，通过机理解析模块获取多个病原体基因沉默后的全病原体基因组表达数据；获取所述全病原体基因组表达数据所对应的病原体基因表达秩序列；获取多种不同病原体感染后的全病原体基因组表达谱数据，从而融合了海量各类跨平台的转录组大数据，无需从头培养病原体并感染细胞，做大规模的实验，进而降低了研发低成本、缩短了检测周期。测周期。测周期。

【技术实现步骤摘要】
一种基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器


[0001]本专利技术属于微生物检测
，尤其涉及一种基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器。

技术介绍

[0002]微生物包括：细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，与人类关系密切。涵盖了有益跟有害的众多种类，广泛涉及食品、医药、工农业、环保、体育等诸多领域。在我国教科书中，将微生物划分为以下8大类：细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体。有些微生物是肉眼可以看见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝、香菇等。还有微生物是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”；然而，现有微生物检测仪器对病原体类型识别不准确；同时，目前现有的差异表达病原体基因分析通过分析未知病原体感染造成的病原体基因表达差异，然后针对差异表达倍数变化最大的病原体基因来解析未知病原体感染的损伤机理，然而需要从头培养病原体并感染细胞，做大规模的实验，费时费力。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0004](1)现有微生物检测仪器对病原体类型识别不准确。
[0005](2)目前现有的差异表达病原体基因分析通过分析未知病原体感染造成的病原体基因表达差异，然后针对差异表达倍数变化最大的病原体基因来解析未知病原体感染的损伤机理，然而需要从头培养病原体并感染细胞，做大规模的实验，费时费力。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器包括：
[0008]采样模块、基因提取模块、主控模块、扩增反应模块、基因测序模块、病原体类型识别模块、机理解析模块、显示模块；
[0009]采样模块，与基因提取模块连接，用于采集病原体样本；
[0010]所述采样模块的采样方法包括：
[0011]基因提取模块，与采样模块、主控模块连接，用于提取病原体基因；
[0012]所述基因提取模块的提取方法包括：
[0013](1)细胞破碎：通过超声波破碎的方法将采集病原体样本中的微生物细胞破碎以释放细胞内的核酸；
[0014](2)DNA/RNA分离：将破碎后的细胞混合物进行离心，分离出含有核酸的上清液；对于DNA提取，使用DNA结合柱提取方法；对于RNA提取，使用酚/氯仿提取方法；
[0015](3)酶处理：对提取得到的核酸进行酶处理以去除蛋白质、RNA酶；
[0016](4)纯化和浓缩：使用柱层析方法去除残留的污染物，同时浓缩核酸溶液，以便后续的分析；
[0017]主控模块，与基因提取模块、扩增反应模块、基因测序模块、病原体类型识别模块、机理解析模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；
[0018]扩增反应模块，与主控模块连接，用于对病原体基因进行核酸扩增反应；
[0019]所述扩增反应模块的反应方法包括：
[0020](1)制备PCR反应体系，包括PCR缓冲液、模板DNA、引物、聚合酶和dNTPs，根据需要检测的病原体种类和数量，选择单重PCR、多重PCR、实时荧光定量PCR；
[0021](2)在PCR反应体系中加入模板DNA和引物，并在热循环仪中进行PCR反应；
[0022]基因测序模块，与主控模块连接，用于对病原体基因进行测序；
[0023]所述基因测序模块的测序方法包括：
[0024](1)准备样本：从采样模块获取的病原体样本中提取核酸，并将其准备好作为测序的起始材料；
[0025](2)库构建：将提取的病原体核酸样本进行处理和准备，包括去除可能存在的污染物和低质量的核酸片段；将处理后的核酸样本转化为文库，以便后续的测序分析；
[0026](3)测序方法选择：在基因测序模块中，选择适合的测序方法进行病原体基因的测序；
[0027](4)测序执行：在基因测序模块中，执行选择的测序方法，将病原体核酸样本进行测序；根据所选的测序方法，进行双端测序；
[0028](5)数据分析：将得到的测序数据导入主控模块中，利用基于机器学习的测序数据分析软件进行数据处理和解读；
[0029]病原体类型识别模块，与主控模块连接，用于对病原体类型进行识别；
[0030]机理解析模块，与主控模块连接，用于对病原体感染损伤机理进行解析；
[0031]显示模块，与主控模块连接，用于显示基因测序结果、病原体类型识别结果、病原体感染损伤机理解析结果。
[0032]进一步，所述病原体类型识别模块识别方法如下：
[0033](1)获取与待测病原体样本对应的经核酸序列检测得到的至少一个测序读段数据；对测序读段数据进行统计；确定所述至少一个测序读段数据中的每个测序读段数据的数据类型，并根据数据类型按照预设的数据清洗策略对所述至少一个测序读段数据中每个测序读段数据进行数据清洗，以获取至少一个质量合格的第一测序读段数据；
[0034](2)分别利用第一识别方法和第二识别方法对所述至少一个质量合格的第一测序读段数据中的每个第一测序读段数据进行病原体类型的初步识别，以分别获取每个第一测序读段数据对应的第一病原体类型识别结果和第二病原体类型识别结果；根据每个第一测序读段数据对应的第一病原体类型识别结果和第二病原体类型识别结果进行第二测序读段数据的选取，获取至少一个第二测序读段数据，并根据识别出的病原体类型对所述至少一个第二测序读段数据进行分类，以获取不同的病原体类型对应的第二测序读段数据集；
[0035](3)对于任一个第二测序读段数据集，将该任一个第二测序读段数据集中的每个第二测序读段数据与该任一个第二测序读段数据集对应的病原体类型的病原体参考序列
进行比对，获取该任一个第二测序读段数据集中的每个第二测序读段数据对应的比对结果；根据每个第二测序读段数据集中的每个第二测序读段数据对应的比对结果确定所述待测病原体样本的最终病原体类型识别结果。
[0036]进一步，所述根据数据类型按照预设的数据清洗策略对所述至少一个测序读段数据中每个测序读段数据进行数据清洗，以获取至少一个质量合格的第一测序读段数据，包括：
[0037]利用fastQC确定数据类型为二代测序数据的每个测序读段数据的测序读段数据质量，并筛选出测序读段数据质量满足预设的第一测序读段数据质量标准的每个测序读段数据均作为第一测序读段数据；
[0038]利用Nanofilt确定数据类型为三代测序数据的每个测序读段数据的测序读段数据质量，并筛选出测序读段数据质量满足预设的第二测序读段数据质量标准的每个测序读段数据均作为第一测序读段数据。
[0039]进一步，所述根据每个第一测序读段数据对应的第一病原体类型识别结果和第二病原体类型识别结果进行第二测序读段数据的选取，获取至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器，其特征在于，所述基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器包括：采样模块、基因提取模块、主控模块、扩增反应模块、基因测序模块、病原体类型识别模块、机理解析模块、显示模块；采样模块，与基因提取模块连接，用于采集病原体样本；基因提取模块，与采样模块、主控模块连接，用于提取病原体基因；所述基因提取模块的提取方法包括：(1)细胞破碎：通过超声波破碎的方法将采集病原体样本中的微生物细胞破碎以释放细胞内的核酸；(2)DNA/RNA分离：将破碎后的细胞混合物进行离心，分离出含有核酸的上清液；对于DNA提取，使用DNA结合柱提取方法；对于RNA提取，使用酚/氯仿提取方法；(3)酶处理：对提取得到的核酸进行酶处理以去除蛋白质、RNA酶；(4)纯化和浓缩：使用柱层析方法去除残留的污染物，同时浓缩核酸溶液，以便后续的分析；主控模块，与基因提取模块、扩增反应模块、基因测序模块、病原体类型识别模块、机理解析模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；扩增反应模块，与主控模块连接，用于对病原体基因进行核酸扩增反应；所述扩增反应模块的反应方法包括：(1)制备PCR反应体系，包括PCR缓冲液、模板DNA、引物、聚合酶和dNTPs，根据需要检测的病原体种类和数量，选择单重PCR、多重PCR、实时荧光定量PCR；(2)在PCR反应体系中加入模板DNA和引物，并在热循环仪中进行PCR反应；基因测序模块，与主控模块连接，用于对病原体基因进行测序；所述基因测序模块的测序方法包括：(1)准备样本：从采样模块获取的病原体样本中提取核酸，并将其准备好作为测序的起始材料；(2)库构建：将提取的病原体核酸样本进行处理和准备，包括去除可能存在的污染物和低质量的核酸片段；将处理后的核酸样本转化为文库，以便后续的测序分析；(3)测序方法选择：在基因测序模块中，选择适合的测序方法进行病原体基因的测序；(4)测序执行：在基因测序模块中，执行选择的测序方法，将病原体核酸样本进行测序；根据所选的测序方法，进行双端测序；(5)数据分析：将得到的测序数据导入主控模块中，利用基于机器学习的测序数据分析软件进行数据处理和解读；病原体类型识别模块，与主控模块连接，用于对病原体类型进行识别；机理解析模块，与主控模块连接，用于对病原体感染损伤机理进行解析；显示模块，与主控模块连接，用于显示基因测序结果、病原体类型识别结果、病原体感染损伤机理解析结果。2.如权利要求1所述基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器，其特征在于，所述病原体类型识别模块识别方法如下：(1)获取与待测病原体样本对应的经核酸序列检测得到的至少一个测序读段数据；对
测序读段数据进行统计；确定所述至少一个测序读段数据中的每个测序读段数据的数据类型，并根据数据类型按照预设的数据清洗策略对所述至少一个测序读段数据中每个测序读段数据进行数据清洗，以获取至少一个质量合格的第一测序读段数据；(2)分别利用第一识别方法和第二识别方法对所述至少一个质量合格的第一测序读段数据中的每个第一测序读段数据进行病原体类型的初步识别，以分别获取每个第一测序读段数据对应的第一病原体类型识别结果和第二病原体类型识别结果；根据每个第一测序读段数据对应的第一病原体类型识别结果和第二病原体类型识别结果进行第二测序读段数据的选取，获取至少一个第二测序读段数据，并根据识别出的病原体类型对所述至少一个第二测序读段数据进行分类，以获取不同的病原体类型对应的第二测序读段数据集；(3)对于任一个第二测序读段数据集，将该任一个第二测序读段数据集中的每个第二测序读段数据与该任一个第二测序读段数据集对应的病原体类型的病原体参考序列进行比对，获取该任一个第二测序读段数据集中的每个第二测序读段数据对应的比对结果；根据每个第二测序读段数据集中的每个第二测序读段数据对应的比对结果确定所述待测病原体样本的最终病原体类型识别结果。3.如权利要求2所述基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器，其特征在于，所述根据数据类型按照预设的数据清洗策略对所述至少一个测序读段数据中每个测序读段数据进行数据清洗，以获取至少一个质量合格的第一测序读段数据，包括：利用fastQC确定数据类型为二代测序数据的每个测序读段数据的测序读段数据质量，并筛选出测序读段数据质量满足预设的第一测序读段数据质量标准的每个测序读段数据均作为第一测序读段数据；利用Nanofilt确定数据类型为三代测序数据的每个测序读段数据的测序读段数据质量，并筛选出测序读段数据质量满足预设的第二测序读段数据质量标准的每个测序读段数据均作为第一测序读段数据。4.如权利要求2所述基于核酸扩增技术的多重病原体检测一站式微生物检测仪器，其特征在于，所述根据每个第一测序读段数据对应的第一病原体类型识别结果和第二病原体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明磊，栾亮，刘静，关会霞，褚美玲，赵汐渟，王继红，
申请(专利权)人：中国人民解放军北部战区总医院，
类型：发明
国别省市：