用于使用聚类来检测生物学状态的存在的系统和方法技术方案

一种用于判定生物学实体的存在的方法。该方法可以包含至少将与多个样品关联的与第一遗传因子（例如，mecA）关联的多个第一输入值、与第二遗传因子（femA）关联的多个第二输入值、以及与第三遗传因子（例如，orfX）关联的多个第三输入值输入到数字计算机中。每个已知样品包括多个第一输入值中的一个第一输入值、多个第二输入值中的一个第二输入值、以及多个第三输入值中的一个第三输入值。该方法还包括确定与第三遗传因子关联的阈值，使用该阈值将样品分离成为第一组样品和第二组样品，在由第一遗传因子和第二遗传因子限定的特征空间中聚类第一组样品，使用第一组样品来限定第一边界空间，以及使用第二组样品来限定第二边界空间。第一和第二边界空间将生物学状态与其它生物学状态区分开来。其它实施例还可以包含使用诸如SCCmec的遗传因子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用这个申请是非临时的，而且要求在2009年11月13日提交的美国临时申请第61/261，147号的利益，通过引用将其全部结合于此，用于所有目的。
技术介绍
耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)涉及伴有包含医院暴发的严重后果的感染，而且对各种各样的抗生素显现抵抗力，因此限制了治疗选择。与MRSA关联的保健有特殊的临床重要性，因为它不但对所有的青霉素和头孢菌素有显著的交叉抗性，而且还对多个其它通常使用的抗生素有典型的抗药性。MRSA感染的治疗通常需要更加昂贵的以及常常更加有毒性的抗生素，这通常被用作最后的防线。因此，MRSA的迅速检测对于治疗以及感染控制措施两者来说在临床上是至关紧要的。 由于MRSA可能常常与多个其它相关的细菌相互移植的事实，MRSA的检测进一步是复杂的，多个其它相关的细菌包含甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌(MSSA)、耐甲氧西林血浆凝固酶阴性葡萄球菌(MR-CoNS)和/或甲氧西林敏感血浆凝固酶阴性葡萄球菌(MS-CoNS)0在临床微生物学实验室中用于MRSA的检测的传统方法涉及将来自样品的细菌进行培养作为第一步骤，用于MRSA与MSSA以及MR-CoNS的隔离和区分。这个方法是消耗时间的，而且需要最少20到24小时，直至知道结果为止。对于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的检测以及将它与甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌(MSSA)区分，许多基于分子的方法已经被出版。一个这样的方法靶向MRSA、葡萄球菌盒染色体的mecA基因(SCCmec,担负甲氧西林耐药性)以及金黄色葡萄球菌的矿泉基因的两个分离区域(美国专利5，702, 895, Sinsimer等人,临床微生物学的期刊(Journal ofClinical Microbiology), 2005年9月，4585-4591 )。使用这个方法的MRSA的清楚的检测被非金黄色葡萄球菌菌株的相互存在所阻碍，非金黄色葡萄球菌菌株诸如是还持有用于甲氧西林耐药性的mecA基因的耐甲氧西林血浆凝固酶阴性葡萄球菌(MR-CoNS) (Becker等人，临床微生物学的期刊(Journal of Clinical Microbiology), 2006 年 I 月，p229_231 )。更近来的分子的方法对于SCCmec以及金黄色葡萄球菌基因组的侧翼区域(flanking region)利用引物以及探针(美国专利6，156，507, Huletsky等人，临床微生物学的期刊(Journal of Clinical Microbiology), 2004 年 5 月，pl875_1884)。SCCmec 是可动遗传因子，可动遗传因子携带mecA基因，并且在orfX基因的3’端插入在特异性位点attBscc。SCCmec的左末端邻接有attBscc的无orfX侧，同时SCCmec的右末端邻接有attBscc 的 orfX 侧(Ito 等人,Antimicrob. Agent Chemother.，2001,45, pl323_1336 ；Ito等人，Antimicrob. Agent Chemother. ,2004,48, p2637_2651, Noto 等人，J. Bacteriol.，2008，190:1276-1283)。这个方法从SCCmec/orfX接点的检测来推断mecA基因的存在。当已经有描述的许多不同类型的SCCmec时，这个方法需要多个引物的使用。这个方法还受到由没有包含mecA基因的SCCmec盒的存在所引起的假阳性结果(Farley等人，临床微生物学的期刊(Journal of Clinical Microbiology), 2008 年 2 月，p743_746)以及由新出现的SCCmec类型没有被化验覆盖所引起的假阴性结果(Heusser等人，Antimicrob. AgentsChemother.，2007 年 I 月，p390_393)。另一个方法利用跨越不同的SCCmec类型的高同源性的区域中的一个引物以及侧翼金黄色葡萄球菌DNA中的一个引物(Cuny等人，Clin. Microbiol Infect 2005 ；11 834-837，欧洲专利1529847B1)。这个方法也经受假阳性，因为随着引物包围这个区域，同样引发MSSA的概率是高的。最后，已经描述一种方法，使用特异性抗体以及磁性颗粒对于金黄色葡萄球菌进行积极地选择(Francois等人，临床微生物学的期刊(Journal of ClinicalMicrobiology), 2003年I月，p254_260 ;欧洲专利I, 370，694B1)。这个方法使金黄色葡萄球菌富足，但是需要三个引物/探针组的使用以便积极地识别MRSA并且降低检测CoNS的可能性。该方法需要离心步骤以及分离溶菌步骤以便恢复核酸。市场上可买到的MRSA化验祀向SCCmec右末端接点以及orfX。五个不同类型以及很多亚型的SCCmec已经被识别，并且新的SCCmec亚型的出现的潜力是高的。此外，来源于MRSA的MSSA可能保留一部分SCCmec序列，而没有mecA基因是可能的。因此，靶向具有orfX的SCCmec右末端接点的化验可能给出伴随MRSA衍生出的MSSA的假阳性结果，以及伴随MRSA携带新的紧急的SCCmec型/亚型的假阴性结果。如此，当前用于MRSA的检测的方法是麻烦的、消耗时间的，而且不可能是特别准确的。因此，需要快速、易用、可靠而且能够从包含MSSA和/或MR-CoNS的其它相关的细菌检测并且同时区分诸如MRSA的生物学实体或其它生物学实体的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及用于判定生物学状态存在于或不存在于样品中的系统和方法。本专利技术的一些实施例可以指向包含检测样品中的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的方法，样品可能另外包含甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌(MSSA)、耐甲氧西林血浆凝固酶阴性葡萄球菌(MR-CoNS)，和/或细菌的其它菌株。本专利技术的一个实施例指向一种(产生分析模型的)方法，包括将与多个样品关联的至少与第一遗传因子(例如，mecA)关联的多个第一输入值、与第二遗传因子(例如，femA)关联的多个第二输入值、以及与第三遗传因子(例如，orfX)关联的多个第三输入值输入到数字计算机中。每个已知样品包括多个第一输入值中的一个第一输入值、多个第二输入值中的一个第二输入值、以及多个第三输入值中的一个第三输入值。该方法还包括确定与第三遗传因子关联的阈值，使用阈值将样品分离成为第一组样品和第二组样品，在通过第一遗传因子和第二遗传因子限定的特征空间中聚类第一组样品，使用第一组样品限定第一边界空间，以及使用第二组样品限定第二边界空间。第一和第二边界空间区分生物学状态与其它生物学状态。本专利技术的另一个实施例指向产生分析模型的方法，该分析模型将生物学状态与其它生物学状态区分开来。该方法包括将至少与第一遗传因子(例如，mecA)关联的多个第 一输入值、与第二遗传因子(例如，femA)关联的多个第二输入值、以及与第三遗传因子(例如，SCCmec)关联的多个第三输入值输入到数字计算机中。该方法还包含使用数字计算机，使用至少多个第一输入值以及与第二遗传因子关联的至少第二输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.13 US 61/261,1471.一种方法，其特征在于，包括 至少将与多个已知样品关联的与第一遗传因子关联的多个第一输入值、与第二遗传因子关联的多个第二输入值、以及与第三遗传因子关联的多个第三输入值输入到数字计算机中，其中，每个已知样品包括所述多个第一输入值中的一个第一输入值、所述多个第二输入值中的一个第二输入值、以及所述多个第三输入值中的一个第三输入值； 确定与所述第三遗传因子关联的阈值； 使用所述阈值将所述已知样品分离成为第一组已知样品和第二组已知样品； 在由所述第一遗传因子和所述第二遗传因子限定的特征空间中聚类所述第一组已知样品； 使用所述第一组已知样品限定第一边界空间，其中，所述第一边界空间将生物学状态与其它生物学状态区分开来；以及 使用所述第二组已知样品限定第二边界空间，其中，所述第二边界空间将生物学状态与其它生物学状态区分开来。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一遗传因子包含mecA，所述第二遗传因子包含femA，以及所述第三遗传因子包含OrfX，而且其中所述生物学状态包含MRSA状态。3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述第一边界空间和所述第二边界空间分别由第一和第二椭圆限定。4.如权利要求I到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三值是Ct值。5.如权利要求I到4中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括，在输入之前 使所述已知样品经受将暴露所述已知样品中的核酸的条件；以及 扩增和检测至少所述第一遗传因子、所述第二遗传因子和所述第三遗传因子的存在和量。6.一种包括能够由处理器执行的代码的计算机可读介质，用于实行方法，所述方法包括 至少将与多个已知样品关联的与第一遗传因子关联的多个第一输入值、与第二遗传因子关联的多个第二输入值、以及与第三遗传因子关联的多个第三输入值输入到数字计算机中，其中，每个已知样品包括所述多个第一输入值中的一个第一输入值、所述多个第二输入值中的一个第二输入值、和所述多个第三输入值中的一个第三输入值； 确定与所述第三遗传因子关联的阈值； 使用所述阈值将所述已知样品分离成为第一组已知样品和第二组已知样品； 在由所述第一遗传因子和所述第二遗传因子限定的特征空间中聚类所述第一组已知样品； 使用所述第一组已知样品限定第一边界空间，其中，所述第一边界空间将生物学状态与其它生物学状态区分开来；以及 使用所述第二组已知样品限定第二边界空间，其中，所述第二边界空间将生物学状态与其它生物学状态区分开来。7.一种数字计算机，其特征在于，包括如权利要求7所述的计算机可读介质和结合到所述计算机可读介质的处理器。8.一种系统，其特征在于，包括结合到如权利要求7所述的数字计算机的测量模块。9.一种用于使用如权利要求书I到5中任一项所述的方法产生的分析模型的方法,其特征在于，用于使用所述分析模型的方法包括 将与未知样品关联的第一输入值、第二输入值以及第三输入值输入到所述数字计算机或其它数字计算机中，其中，所述第一输入值、所述第二输入值以及所述第三输入值与所述未知样品中的所述第一、第二和第三遗传因子关联；和 使用所述数字计算机或其它数字计算机，使用所述第一边界空间或所述第二边界空间将所述未知样品分类为与所述生物学状态关联。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述生物学状态包括MRSA状态。11.一种产生分析模型的方法，所述分析模型将生物学状态与其它生物学状态区分开来，其特征在于，所述方法包括 至少将与第一遗传因子关联的多个第一输入值、与第二遗传因子关联的多个第二输入值以及与第三遗传因子关联的多个第三输入值输入到数字计算机中； 使用所述数字计算机，使用至少所述多个第一输入值以及与第二遗传因子关联的至少所述第二输入值，产生一个以上的中间值；和 使用所述数字计算机，使用所述一个以上的中间值和所述多个第三输入值产生用于所述生物学状态的边界空间， 其中，所述边界空间将生物学状态与其它生物学状态区分开来。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一遗传因子包含mecA，所述第二遗传因子包含femA，以及所述第三遗传因子包含SCCmec，而且其中所述生物学状态包含MRSA状态。13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述边界空间由椭圆限定。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，代价函数被用于使所述椭圆最优化。15.如权利要求11到14中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三值是Ct值。16.如权利要求11到15中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括，在输入之前 使所述样品经受将暴露所述样品中的核酸的条件；以及 扩增和检测至少所述第一遗传因子、所述第二遗传因子和所述第三遗传因子的存在和量。17.—种包括能够由处理器执行的代码的计算机可读介质，用于实行方法，所述方法包括 至少将与第一遗传因子关联的多个第一输入值、与第二遗传因子关联的多个第二输入值、以及与第三遗传因子关联的多个第三输入值输入到数字计算机中； 使用所述数字计算机，使用至少所述多个第一输入值以及与第二遗传因子关联的至少所述第二输入值，产生一个以上的中间值；和 使用所述数字计算机，使用所述一个以上的中间值和所述多个第三输入值产生用于所述生物学状态的边界空间， 其中，所述边界空间将生物学状态与其它生物学状态区分开来。18.一种数字计算机，其特征在于，包括如权利要求11所述的计算机可读介质和结合到所述计算机可读介质的处理器。19.一种系统，其特征在于，包括结合到如权利要求18所述的数字计算机的测量模块。20.—种用于使用如权利要求书11到16中任一项所述的方法产生的分析模型的方法，其特征在于，用于使用所述分析模型的方法包括 将与未知样品关联的第一输入值、第二输入值以及第三输入值输入到所述数字计算机或其它数字计算机中，其中，所述第一输入值、所述第二输入值以及所述第三输入值与所述未知样品中的所述第一、第二和第三遗传因子关联；和 使用所述边界空间将所述未知样品分类为与所述生物学状态关联。21.一种用于判定样品中的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的存在的方法，其特征在于，所述方法包括 使所述样品经受将暴露存在于所述样品中的任何细菌的核酸的条件； 扩增和检测所述样品中的至少mecA、orfX和金黄色葡萄球菌特异性靶基因序列的所述存在和量；和 通过在数字计算机上执行调用算法来判定所述样品中的MRSA的所述存在，其中，所述调用算法使用mecA、orfX和所述金黄色葡萄球菌特异性靶基因序列的至少检测和测量量作为输入，以判定MRSA是否存在于所述样品中，其中，当orfX的所述检测量小于阈值时，所述调用算法使用第一边界空间来确定MRSA的所述存在，其中，当orfX的所述检测量大于所述阈值时，所述调用算法使用第二边界空间来确定MRSA的所述存在。22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述金黄色葡萄球菌特异性靶基因序列是 femAo23.如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，所述第一边界空间和所述第二边界空间两者都是椭圆形的边界空间。24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述第一边界空间和所述第二边界空间两者都已经在原点周围经历平移和角位移。25.如权利要求21到24中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一边界空间和所述第二边界空间两者都被限定作为mecA和所述金黄色葡萄球菌特异性靶基因序列的所述测量量的函数。26.如权利要求21到25中任一项所述的方法，其特征在于，代价函数被用于找到用于所述第一和第二边界空间的最优参数。27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，通过公式限定所述代价函数 代价 zcfFNtt+cdFP#。28.如权利要求21到27中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一边界空间和所述第二边界空间是使用神经网络限定的函数。29.如权利要求21到27中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一边界空间和所述第二边界空间是使用遗传算法限定的函数。30.如权利要求21到29中任一项所述的方法，其特征在于，通过实时PCR来检测所述样品中的至少mecA、orfX和所述金黄色葡萄球菌特异性靶基因序列的所述存在和量。31.如权利要求30所述的方法,其特征在于,至少mecA、orfX和所述金黄色葡萄球菌特异性靶基因序列的所述量被循环测量。32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述阈值是近似45个循环。33.一种用于判定样品中的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的存在的系统，其特征在于，所述系统包括 测量模块，能够扩增和检测所述样品中的至少mecA、orfX和金黄色葡萄球菌特异性靶基因序列的所述存在和量，其中，所述样品已经经受将暴露存在于所述样品中的任何细菌的核酸的条件； 存储器，存储来自所述测量模块的检测量； 包含计算机可读代码的计算机可读介质，所述计算机可读代码具有用于执行调用算法 的指令，其中，所述调用算法使用mecA、orfX和所述金黄色葡萄球菌特异性靶基因序列的至少所述检测和测量量作为输入，以判定MRSA是否存在于所述样品中，其中，当orfX的所 述检测量小于阈值时，所述调用算法使用第一边界空间以判定MRSA的所述存在，其中，当orfX的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆久留，子华·王，安东尼奥·阿雷瓦洛·雷耶斯，埃里克·艾伦·古斯塔夫森，约翰·史蒂文·赖利，
申请(专利权)人：贝克曼考尔特公司，
类型：发明
国别省市：