【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗健康领域，特别涉及基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统。
技术介绍
1、目前普遍认为肠道菌群可作为反映人体健康状态以及疾病易感性的重要标志物，饮食或种间相互作用与微生物群组成和动力学之间的机制联系的尝试导致了肠道物种基因组规模代谢模型的发展，基于约束的重建和分析方法用于使用生化反应、基因和蛋白质反应关联以及生理和生化约束的数学表示来构建和模拟代谢网络。通过代谢模型可以得到肠道菌群的代谢通量(fluxes)，而肠道菌群代谢通量健康指数可以用来让我们更好的了解每个人的肠道菌群代谢健康程度，更好的进行疾病预测，助力我国医疗事业的进步。
2、科学家们通过研究发现：肠道菌群的代谢通量分布可以体现出肠道菌群的代谢健康情况，并且人类肠道微生物和宿主之间的互作大部分是通过代谢产物直接互作，而肠道微生物在不同个体之间存在明显的物种多样性和数量差异，不同人体内的肠道菌群组成也可能会因遗传、环境、饮食等因素而有所不同，因此从代谢产物的角度评估肠道菌群健康情况，比基于物种层面的评估肠道菌群健康情况的指标更具可靠性和准确性。
3、本项目的数据采用了肠道微生物健康指数的文献数据，该文献数据来源于诸多文献检索数据库，使用了详尽的关键词确定了研究的参考文献的具体方向，再通过人工阅读，讨论，筛选的方法，最终确定了研究的具体内容和相关文献，获得了具有较强参考价值的相关数据用于构建基于肠道菌群代谢健康指数进行判断肠道健康的评价系统。搜索了来自健康和非健康个体的公开可获得的人类粪便宏基因组(肠道微生物组)样本的已
4、而基于肠道菌群代谢通量的健康指数(gmfhi)可以把肠道菌群代谢健康状况转化为可以比较和分析的具体指标。通过肠道微生物群宏基因组水平代谢模型构建以推断代谢互作(micom)的方法(参考：msystems 5，1(2020).doi：10.1128/msystems.00606-19)构建肠道菌群代谢模型从而得到肠道菌群代谢通量谱，通过基于代谢通量谱的公式计算，得到肠道菌群代谢健康指数。通过对比肠道菌群代谢健康指数，从而把菌群代谢相关疾病与健康个体区分开来，为疾病的诊断开启新的途径。而且肠道菌群代谢健康指数的开发是肠道菌群数据研究新的概念和技术创新，很有可能成为通过对肠道菌群代谢的干预来应对慢性疾病和亚健康的有力武器，为应对慢性疾病日益高发和老龄化作出贡献。
技术实现思路
1、本专利技术提供了基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及代谢健康指数评价系统，能够成为通过对肠道菌群代谢的干预来应对慢性疾病和亚健康的有力武器，为应对慢性疾病日益高发和老龄化作出贡献。
2、本申请提供如下技术方案：
3、一种基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，包括数据提交模块、健康评判模块、数据展示模块；
4、所述数据提交模块用于用户在使用系统时需要提供个人的肠道菌群物种丰度检测所得到的肠道菌群物种丰度矩阵；
5、所述健康评判模块用于将所述肠道菌群物种丰度矩阵通过可定制的人类肠道微生物组代谢模型构建出肠道菌群代谢模型从而得到肠道菌群代谢通量谱，对用户进行代谢通量分析，再通过公式计算，得到健康与非健康的流行代谢通量累加指数；然后将所述流行代谢通量累加指数通过公式计算并设计出肠道菌群代谢健康指数；还用于根据所述用户的相关指标的丰度值和健康指数，判断用户肠道菌群的健康状态；
6、所述数据展示模块用于展示用户相关指标的丰度值和基于肠道菌群代谢通量所得到的用户健康指数；
7、基础方案原理及有益效果如下：
8、因为用户在使用系统时需要提供个人的肠道菌群物种丰度检测所得到的肠道菌群物种丰度矩阵；健康评判模块将所述肠道菌群物中丰度矩阵通过可定制的人类肠道微生物组代谢模型构建出肠道菌群代谢模型从而得到肠道菌群代谢通量谱，对用户进行代谢通量分析，再通过公式计算，得到健康与非健康的流行代谢通量累加指数；然后将所述流行代谢通量累加指数通过公式计算并设计出肠道菌群代谢健康指数；还用于根据所述用户的相关指标的丰度值和健康指数，判断用户肠道菌群的健康状态，数据展示模展示用户相关指标的丰度值和基于肠道菌群代谢通量所得到的用户健康指数，所以完善了肠道菌群代谢健康的评价指标，开发出了肠道菌群代谢通量健康指数，构建评价系统，为肠道菌群紊乱导致的相关疾病的临床诊断提供辅助决策，并通过对肠道菌群代谢的干预来应对慢性疾病和亚健康的有力武器，为应对慢性疾病日益高发和老龄化作出贡献。
9、进一步，所述肠道菌群代谢通量模型构建过程如下：
10、s101，进行数据准备，收集菌株基因组注释信息、微生物代谢反应相关数据；
11、s102，建立肠道菌群代谢模型，将基因组注释信息和代谢反应数据整合，利用特定的算法建立肠道菌群的代谢模型，并确定每个微生物种群的生长率和代谢通量，然后进行代谢通量平衡分析，确定每个微生物种群的代谢通量，并确保网络的代谢通量达到平衡状态；
12、s103，运行可定制的人类肠道微生物组代谢模型将菌种丰度数据、代谢反应网络和代谢通量作为输入，运行模型生成代谢通量矩阵，并构建约束条件，根据实验数据或生物学知识，定义代谢通量的约束条件；
13、s104，继续重新运行肠道菌群代谢模型，将约束条件作为输入，重新运行肠道菌群的代谢模型，更新每个微生物种群的生长率和代谢通量；重复迭代直到达到收敛状态，生成代谢通量矩阵。
14、进一步，所述代谢通量矩阵是构建基于肠道菌群代谢健康指数进行判断肠道健康的评价系统的基础任务，代谢通量矩阵可用于定量预测肠道菌群的代谢功能和代谢产物，只有得到肠道菌群的代谢通量矩阵，才能计算肠道菌群代谢健康指数。
15、进一步，所述可定制的人类肠道微生物组代谢模型构建菌群模型使用数学和计算方法描述了不同微生物群落成员之间的相互作用、代谢网络以及与宿主的相互关系。通过可定制的人类肠道微生物组代谢模型构建菌群模型，可以模拟微生物群落的结构和功能。
16、通过可定制的人类肠道微生物组代谢模型构建菌群模型，能够预测不同微生物物种的相对丰度、代谢产物的生成以及与宿主的相互作用。
17、进一步，所述肠道菌群代谢健康指数通过公式计算得到的过程如下：从得到的代谢通量矩阵中获取健康表型的代谢通量数据和非健康表型的代谢通量数据，通过公式计算健康个体菌群和非健康个体菌群中每个代谢物的流行率。
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1.一种基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，包括数据提交模块、健康评判模块、数据展示模块；
2.根据权利要求1所述的基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，其特征在于，所述肠道菌群代谢通量模型构建过程如下：
3.根据权利要求2所述的基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，其特征在于，所述代谢通量矩阵是构建基于肠道菌群代谢健康指数进行判断肠道健康的评价系统的基础任务，代谢通量矩阵可用于定量预测肠道菌群的代谢功能和代谢产物，只有得到肠道菌群的代谢通量矩阵，才能计算肠道菌群代谢健康指数。
4.根据权利要求3所述的基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，其特征在于，可定制的人类肠道微生物组代谢模型构建菌群模型使用数学和计算方法描述了不同微生物群落成员之间的相互作用、代谢网络以及与宿主的相互关系。
5.根据权利要求4所述的基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，其特征在于，所述肠道菌群代谢健康指数通过公式计算得到的过程如下：从得到的代谢通量矩阵中，获取健康表型的代谢通量数据和非健
6.根据权利要求5所述的基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，其特征在于，所述肠道菌群的代谢健康指数计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，其特征在于，所述肠道菌群代谢健康评价指数生成的过程中，将健康表型的代谢通量数据和非健康表型的代谢通量数据区别开来，并得到健康菌群中流行率高的代谢通量和非健康菌群中流行率高的代谢通量；并且使用了代谢通量累加指数。
...【技术特征摘要】
1.一种基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，包括数据提交模块、健康评判模块、数据展示模块；
2.根据权利要求1所述的基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，其特征在于，所述肠道菌群代谢通量模型构建过程如下：
3.根据权利要求2所述的基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，其特征在于，所述代谢通量矩阵是构建基于肠道菌群代谢健康指数进行判断肠道健康的评价系统的基础任务，代谢通量矩阵可用于定量预测肠道菌群的代谢功能和代谢产物，只有得到肠道菌群的代谢通量矩阵，才能计算肠道菌群代谢健康指数。
4.根据权利要求3所述的基于肠道菌群物种谱的代谢通量预测及健康指数评价系统，其特征在于，可定制的人类肠道微生物组代谢模型构建菌群模型使用数学和计算方法描述了不同微生物群落成员之间的相互作用、代谢网...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨凤龙，张宇辰，陈文琪，黄宇，赖煜萱，
申请(专利权)人：福建医科大学，
类型：发明
国别省市：
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