超重人群结直肠癌生物标志物、试剂盒以及早筛模型制造技术

本发明专利技术公开针对超重人群的结直肠癌微生物诊断标志物、试剂盒及早筛模型，结直肠癌微生物诊断标志物包括微小微单胞菌Parvimonas micra，粪微小杆菌Pusillibacter faecalis，长链盲肠菌Longicatenacaecimuris，炭疽病菌Colletotrichum orbiculare，狄氏副拟杆菌Parabacteroides distasonis，不解糖卟啉单胞菌Porphyromonasasaccharolytica等；综上，本发明专利技术提供的针对超重人群的结直肠癌微生物标志物及早筛模型，以更好地进行结直肠癌的早诊早治，具有重要的意义和临床应用价值。具有重要的意义和临床应用价值。具有重要的意义和临床应用价值。

【技术实现步骤摘要】
intermedia，聚多曲霉Aspergillus sydowii，兰贝利曲霉Aspergillus rambellii，艰难梭菌Clostridioides difficile，层出镰孢菌Fusarium proliferatum。
[0009]进一步地，以结直肠癌生物标志物的重要性排序，基于递归特征添加算法，提供了数量更少、准确率同样高的最优结直肠癌生物标志物组合，包括Parvimonasmicra，Porphyromonasasaccharolytica，Gemellamorbillorum，Longicatenacaecimuris，Aspergillusrambellii，Faecalibacillusintestinalis，Aspergillussydowii，Bacteroidesnordii，Bacteroidescaccae。
[0010]本专利技术的第二个方面，提供了一种针对超重人群的结直肠癌检测试剂盒，包括用于检测一种或多种本专利技术所述的生物标志物的丰度的试剂。
[0011]优选的，包括用于检测微小微单胞菌Parvimonas micra，粪微小杆菌Pusillibacter faecalis，长链盲肠菌Longicatenacaecimuris，炭疽病菌Colletotrichum orbiculare，狄氏副拟杆菌Parabacteroides distasonis，不解糖卟啉单胞菌Porphyromonasasaccharolytica，麻疹孪生球菌Gemellamorbillorum，肠道粪芽孢杆菌Faecalibacillus intestinalis，北拟杆菌Bacteroides nordii，普氏梭杆菌Flavonifractorplautii，粪拟杆菌Bacteroides caccae，中间普氏菌Prevotella intermedia，聚多曲霉Aspergillus sydowii，兰贝利曲霉Aspergillus rambellii，艰难梭菌Clostridioides difficile，层出镰孢菌Fusarium proliferatum，16种生物标志物的丰度的试剂。
[0012]优选的，包括用于检测Parvimonasmicra，Porphyromonasasaccharolytica，Gemellamorbillorum，Longicatenacaecimuris，Aspergillusrambellii，Faecalibacillusintestinalis，Aspergillussydowii，Bacteroidesnordii，Bacteroidescaccae，9种生物标志物的丰度的试剂。
[0013]本专利技术的第三个方面，提供了一种针对于超重人群的结直肠癌早筛模型，包括以下步骤：
[0014]S1、将针对超重人群的结直肠癌微生物诊断标志物基于随机森林算法训练并建立模型，并利用贝叶斯优化算法优化模型的超参数。
[0015]S2、进一步对模型进行内部验证，包括队列内部的交叉验证、队列之间的交叉验证、留一交叉验证法以及独立队列外部验证、超重结直肠癌患者特异性验证。
[0016]本专利技术的第四个方面，提供了一种针对于超重人群的结直肠癌早筛系统，包括：
[0017]1)超重及超重结直肠癌患者群体肠道微生物的测序数据库；
[0018]2)微生物分离、培养试剂盒；
[0019]3)微生物检测试剂盒；
[0020]4)生物信息学分析、比对设备。
[0021]优选的，所述数据库包括美国国家生物技术信息中心SRA数据库、欧洲生物信息研究所ENA数据库。
[0022]优选的，所述微生物包括细菌、真菌。
[0023]本专利技术的第五个方面，提供了一种筛选超重人群结直肠癌生物标志物的方法，包括以下步骤：
[0024]S1、获取疾病和正常对照组宏基因组测序数据及相应的临床信息数据，并进行预
处理和过滤；
[0025]S2、将处理后的宏基因组测序数据进行物种注释和丰度定量；
[0026]S3、对疾病患者和健康对照组的微生物丰度数据基于BMI>25筛选得到超重样本筛选，并进行差异分析，获得丰度显著差异的微生物；
[0027]S4、对差异微生物基于预测能力逐一筛选、去除共线性特征、递归特征消除法确定最优多界微生物标志物组合；
[0028]S5、将确定的最优微生物标志物组合作为诊断标志物建立随机森林早筛模型，并利用贝叶斯优化算法对模型超参数进行优化；
[0029]S6、对早筛模型进行队列内部交叉验证、队列之间的交叉验证、外部独立验证、超重的结直肠癌患者疾病特异性验证。
[0030]优选的，包括以下步骤：
[0031]R1、首先将获得的结直肠癌患者临床信息和宏基因组的数据，对宏基因组数据利用KneadData进行质控，去除低质量的reads以及被污染的reads，这其中包括了宿主的reads和实验操作污染产生的reads。接下来利用Kraken2对宏基因组数据进行物种注释，同时通过Bracken计算物种的丰度，得到微生物物种丰度矩阵；
[0032]R2、对微生物物种丰度稀疏矩阵结合临床信息进行标准化预处理去除丰度较低以及不在多个队列中出现的微生物，其中包括如下标准：至少在两个数据集中单个队列平均丰度至少为0.00001，至少在20％的样本中count数不为零，总平均丰度>0.0001；
[0033]R3、结合临床信息中的BMI，将预处理后的微生物物种丰度矩阵中BMI>25的样本作为体重超标样本提取出来，将结直肠癌患者的样本和健康对照的样本进行差异微生物分析，根据PERMANOVA的结果设置相应变量为混杂因素，识别在两组中显著差异的微生物；
[0034]R4、将每个差异微生物都单独依次作为特征放入随机森林模型，对超重样本中的结直肠癌患者和健康对照进行预测，并计算对应的受试者工作特征曲线下面积AUROC，AUROC大于0.5的微生物被认为是具有潜在预测能力的微生物；
[0035]R5、利用共线性分析基于微生物丰度之间相关系数大于0.7在具有潜在预测能力的微生物中去除高度共线性的微生物，以保证模型的性能；
[0036]R6、筛选之后剩下的微生物利用递归特征消除法，以AUROC作为指标识别预测能力最优的微生物特征组合，该特征组合即是结直肠癌诊断生物标志物。
[0037]与现有技术相比，应用本专利技术的技术方案的有益效果及显著进步在于：
[0038]1、本专利技术首次发现了针对超重人群结直肠癌生物标志物，其中包括了细菌、真菌，本专利技术通过检测相应细菌、真菌的丰度、利用早筛模型诊断预测是否为结直肠癌患者。同时，本专利技术经过大量实验证明，筛选的生物标志物在体重超标人群中对结直肠癌筛查具有较高的准确性和特异性。
[0039]2、本专利技术进一步提供了肿瘤早筛模型，以本专利技术筛选的结直肠癌生物标志物为基础构建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对超重人群的结直肠癌微生物诊断标志物，其特征在于，包括微小微单胞菌Parvimonas micra，粪微小杆菌Pusillibacter faecalis，长链盲肠菌Longicatenacaecimuris，炭疽病菌Colletotrichum orbiculare，狄氏副拟杆菌Parabacteroides distasonis，不解糖卟啉单胞菌Porphyromonasasaccharolytica，麻疹孪生球菌Gemellamorbillorum，肠道粪芽孢杆菌Faecalibacillus intestinalis，北拟杆菌Bacteroides nordii，普氏梭杆菌Flavonifractorplautii，粪拟杆菌Bacteroides caccae，中间普氏菌Prevotella intermedia，聚多曲霉Aspergillus sydowii，兰贝利曲霉Aspergillus rambellii，艰难梭菌Clostridioides difficile，层出镰孢菌Fusarium proliferatum。2.一种针对超重人群的结直肠癌检测试剂盒，其特征在于，包括用于检测一种或多种权利要求1所述的生物标志物的丰度的试剂。3.如权利要求2所述的一种针对超重人群的结直肠癌检测试剂盒，其特征在于，包括用于检测微小微单胞菌Parvimonas micra，粪微小杆菌Pusillibacter faecalis，长链盲肠菌Longicatenacaecimuris，炭疽病菌Colletotrichum orbiculare，狄氏副拟杆菌Parabacteroides distasonis，不解糖卟啉单胞菌Porphyromonasasaccharolytica，麻疹孪生球菌Gemellamorbillorum，肠道粪芽孢杆菌Faecalibacillus intestinalis，北拟杆菌Bacteroides nordii，普氏梭杆菌Flavonifractorplautii，粪拟杆菌Bacteroides caccae，中间普氏菌Prevotella intermedia，聚多曲霉Aspergillus sydowii，兰贝利曲霉Aspergillus rambellii，艰难梭菌Clostridioides difficile，层出镰孢菌Fusarium proliferatum，16种微生物标志物的丰度的试剂。4.如权利要求3所述的一种针对超重人群的结直肠癌检测试剂盒，其特征在于，包括用于检测Parvimonasmicra，Porphyromonasasaccharolytica，Gemellamorbillorum，Longicatenacaecimuris，Aspergillusrambellii，Faecalibacillusintestinalis，Aspergillussydowii，Bacteroidesnordii，Bacteroidescaccae，9种微生物标志物的丰度的试剂。5.一种针对于超重人群的结直肠癌早筛模型，其特征在于，包括以下步骤：S1、将针对超重人群的结直肠癌微生物诊断标志物基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱瑞新，朱欣玥，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：