CN107506582A - 一种基于肠道微生物的健康风险预测*** - Google Patents
一种基于肠道微生物的健康风险预测*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及健康风险评估技术领域，具体而言，涉及一种基于肠道微生物的健康风险预测***，所述***包括标本信息接收功能模块、高通量测序分析数据的接收和管理模块、肠道微生物信息管理模块、以及报告***主界面。本***能够建立全新的质量管理体系，以质控数据的自动化、信息化、网络化、智能化管理为核心，实现对肠道微生物菌群及功能的检测、解读工作的科学、规范、高效的管理，通过肠道微生物组数据信息评估人体的健康状况。
Description
技术领域
本发明涉及康风险评估技术领域，具体而言，涉及一种基于肠道微生物的健康风险预测***。
背景技术
在人体中，人的细胞数量仅占细胞总量的10％，而共生微生物的细胞所占比例高达90％。共生细菌大部分生活在肠道里，至少1000多种，大约1.5千克。这些细菌在生长活动中产生的代谢物可以进入人的血液，参与人体新陈代谢过程。有益菌可以产生消炎、镇痛、抗氧化的物质，还可以合成维生素、氨基酸、丁酸盐等营养成份，对人体有营养和保护作用。有害菌则可以产生神经毒素、致癌物质和游离抗原，进入血液后能够引起儿童自闭症、老年痴呆、肥胖症、糖尿病、冠心病、甚至癌症等各种慢性病。
肠道菌群为人体提供营养，调节代谢，调控肠道上皮发育和诱导先天性免疫，其功能相当于人体的一个重要的“器官”，破坏肠道菌群的平衡就是损害人的健康。从细胞的角度看，人体不仅仅是人的细胞构成的躯体，而是一个由人的细胞和共生微生物细胞共同构成的复杂***。从基因的角度看，人体内有两个“基因组”：一个是从父母那里遗传来的人基因组，编码大约25,000个基因，叫做“第一基因组”；另一个是人体内的共栖生微生物(有1000多个种)的所有遗传信息的总和，叫“微生物组”，也可称为“元基因组”。微生物组编码100多万个基因，是第一基因组-人体基因组的100倍。诺贝尔奖得主里德伯格(Lederberg)提出“人是与共生微生物构成的超级生物(superorganism)”，人基因组和微生物组共同作用影响人体的免疫、营养、发育、代谢与生理过程。因此，肠道微生物组与人体有益的相互作用是宿主健康的关键。肠道微生物菌群通过肠脑轴影响大脑的发育和行为，形成双向的肠道微生物组-肠-脑轴。肠道菌群可能通过作用于迷走神经——连接从消化道到脑底部的1亿个神经细胞，改变味觉受体、产生毒素，影响我们的饮食偏好。
肠道微生物会影响人类的饮食行为和饮食选择，从而使人类偏向于消耗那些对它们生长最有利的特定营养物，而不是仅仅被动地依靠我们选择的营养物而生活。每种细菌所需要的营养物各所不同。例如，有些细菌喜欢脂肪，而另一些则更爱糖类。这种多元化的肠道菌群可能会通过向我们的肠道释放信号分子来影响我们的决定。因为肠道与免疫***、内分泌***和神经***有关，因此这些信号会影响我们的生理和行为反应。CarloMaley博士称：“肠道内的细菌是可控的，微生物组表现出的兴趣是多种多样的，有些与我们自己的饮食目标一致，有些则不是。”这是一条双向的信息通讯通道。我们可以通过刻意改变我们所摄取的食物，影响这些微观的、单细胞“客居者”(肠道微生物)的相容性，24小时内的饮食改变会带来微生物组可测量的变化。我们的饮食对肠道菌群具有巨大的影响，这是一个完整的生态***，在以分钟为时间尺度内发生进化。因此，肠道微生物菌群群落结构是高度动态变化的。
根据肠道微生物组与人体生理、疾病的关系，赵立平教授提出：“慢性病的肠源性学说”，即是结构失调的肠道菌群可能是诱发慢性病的重要因素。影响肠道微生物组组成的因素包括饮食、生活方式、卫生习惯以及抗生素服用等，但其中最重要的影响因素是饮食。不同的饮食结构，可以形成不同的菌群结构。若长期食用高脂肪、低纤维的食物，就会导致肠道菌群结构失调，增加进入血液的毒素的量，诱发慢性炎症，从而导致肥胖、糖尿病、冠心病等慢性病的发生。
自2008年美国启动人类微生物组计划HMP以来，通过一系列微生物领域的大行动，国际上最新研究利用分子生物学手段分析了人体5大主要区域18个位置的微生物数量和构成，几乎获得了健康人体表和体内全部微生物组的信息，发现身体不同部位对寄居的微生物群有极大的影响。人体的微生态不仅与感染性疾病相关，而且也与慢性病的发展密切相关，人类对微生态的研究，正在改变人类对疾病原因的传统看法——从外来因素治病转向人体微生态失调。
虽然肠道微生物有如此明显的重要性，但本领域一直缺乏一种有效的标准化的肠道微生物监测分析***。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明为了便于人们能够及时了解自身的健康状况，设计了一种基于肠道微生物的健康风险预测***，本***能够通过肠道微生物组数据信息评估人体的健康状况。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明涉及一种基于肠道微生物的健康风险预测***，所述***包括标本信息接收功能模块、高通量测序分析数据的接收和管理模块、肠道微生物信息管理模块、以及报告***主界面；
所述***的运行步骤包括：
步骤1：提取受检对象粪便中DNA并对其中的所有16S rDNA进行高通量测序；优选为16S rDNA的V3-V4区或V4-V5区片段；
所述受检对象的信息录入所述标本信息接收功能模块；
所述高通量测序的结果录入高通量测序分析数据的接收和管理模块；
步骤2：所述标本信息接收功能模块以及所述高通量测序分析数据的接收和管理模块将受检对象及标本信息和肠道微生物信息归类整理后递送给所述肠道微生物信息管理模块进行数据分析，通过已建立的健康风险评估模型进行评估得到健康风险评估结果；；
步骤3：所述肠道微生物信息管理模块将所述健康风险评估结果输出给所述报告***主界面，将健康风险评估结果及其健康建议报告输出。
本发明所提供的基于肠道微生物的健康风险预测***(gut microbiota healthrisk prediction system，简称GMHRPS)，能够建立全新的质量管理体系，以质控数据的自动化、信息化、网络化、智能化管理为核心，实现对肠道微生物检测、解读工作的科学、规范、高效的管理，以满足全面质量管理的需要。
为用户提供了完善的本地通讯支持：从高通量测序、分析***自动采集原始微生物数据、图、表和报告，拥有标准、规范的数据接口，通过标准化的数据转化程序，实现数据连通。充分利用信息交换技术，在从申请到报告的复杂流程中采用电子记录，减少人工操作，充分提高关键业务工作效率。充分发挥网络优势，创建方便快捷的检验信息交互机制。
16S rDNA是编码16S rRNA的DNA片段，16S rRNA为核糖体的RNA的一个亚基，16SrDNA就是编码该亚基的基因。16S rDNA基因全长1542bp，由9个可变区(V1-V9)和10个保守区组成。不同种类的细菌有相同的保守区序列和不同的可变区序列，因此可以根据保守区序列设计引物来扩增环境样品中所有细菌16S rRNA基因，而根据可变区序列来区分不同种类的细菌。因此，16S rRNA是原核微生物的“身份证”，通过对16S rDNA进行测序，可以了解肠道内的微生物种类及数量。
考虑到目前主流高通量测序平台读长的限制，只能对16S rDNA的某一段可变区进行测序。本发明优选双V区，即从V3-V4区或V4-V5区片段进行测序。
优选的，如上所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，所述肠道微生物信息管理模块的功能包括：
a1).肠道微生物基础数据的管理：对应不同受检对象的唯一码、拉丁文名称、中文名称以及分类学信息中的一项或多项；
a2).肠道微生物的参考值以及参考值对应的健康风险、健康建议的描述信息；
a3).肠道微生物对应健康风险的计算方式和风险级别评估方法；
a4).对应不同健康风险级别的健康建议模型。
优选的，如上所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，所述肠道微生物的参考值包括：
粪便样品中肠道微生物丰度的正常和非正常固定参照值，所述参照值能够根据所述标本信息接收功能模块中的受检对象及标本信息进行调整。
优选的，如上所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，所述基于肠道微生物的健康风险预测***还包括肠道微生物信息报告***功能模块，其功能包括：
人员、健康检测机构、医疗机构、仪器检测中心相关的基础数据维护；
和/或；
调取所述健康风险评估结果并归纳分析，并将结果套入肠道微生物健康风险预测报告的评价文字模板进行输出。
优选的，如上所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，所述基于肠道微生物的健康风险预测***还包括***人员权限控制模块，其控制内容包括：
b1).各功能模块的使用权限控制；
b2).录入、审核、打印、取消审核的人员权限区分；
b3).定义人工锁屏或无操作自动锁屏功能。
优选的，如上所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，所述标本信息接收功能模块的功能包括：
接收受检对象的标本上条码号建立唯一码；
以及，接收受检对象信息；
优选的，所述受检对象信息包括受检对象的年龄、性别、民族。
优选的，如上所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，所述受检对象信息还包括受检对象的饮食习惯、生活方式、用药史、疾病史、家族遗传史、宗教信仰、心情状况、吸烟饮酒频次、运动类型及频次中的一项或多项。
优选的，如上所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，所述报告***主界面显示的信息包括下列内容中的一项、多项或全部：
c1).调用所述标本信息接收功能模块中的受检对象信息并进行展示；
c2)日期信息的记录和修改功能；
所述日期信息包括：采样时间、送样时间、仪器检测日期、用户信息录入日期、接收仪器检测结果日期、审核报告日期、打印报告日期以及发送报告日期中的一项或多项。
c3).提供事件自动抓取该标本的图片、检测值进行展示，以及提供调用pdf报告文件对比。
c4).对肠道微生物检测值进行风险分值的打分；
c5).调用肠道微生物健康风险预测报告的评价文字模板，并提供修改权限；
c6).报告的打印以及建立自定义报告模板；自定义项目包括对应不同受检对象的唯一码、报告头、检测值、参考值、报告图片、健康建议、审核人、打印人；
c7).建立报告发送记录机制和撤销发送的回退功能；
c8).对所述标本信息接收功能模块提供的对应不同受检对象的唯一码进行搜索定位；
优选的，在步骤c8中，在进行搜索定位时，可以调用查询统计模块进行搜索。
优选的，如上所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，所述高通量测序分析数据的接收和管理模块的功能包括：
接口对接采用文件夹管理机制；对文件进行管理并存储在服务器上。
优选的，如上所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，所述基于肠道微生物的健康风险预测***还包括查询统计模块，其功能包括：
d1).根据指定时间段查询该时间段内所有的用户信息和个数，能进行筛选、定位、导出、打印；
d2).根据时间段和不同受检对象的唯一码查询该所有的细菌检测值和个数，能进行筛选、定位、导出、打印。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)稳定性：建设一个健壮的，持续不间断的为企业服务的***，对网络和主机采用备份方式，保证临时故障不对***运行产生大的影响。
(2)安全性：***容灾方面，***建设从供电、设备冗余等多个方面考虑；***防攻击方面，***配置防火墙，详细记录可疑入侵***的工作站，适当采取相应防范措施，提高***抗攻击能力。
(3)先进性：采用先进、成熟的技术为用户搭建一个方便、快捷、高效的应用***。
(4)可扩展：***能够适应软硬件配置的变化，具备良好的兼容和移植能力。同时，***充分考虑到用户不断丰富的具体需求，为***将来平滑升级预留相应的接口；进一步提高***的扩展和自适应能力。
(5)标准化：***将完全遵循大学实验室教学标准。减少***维护费用和提高***的使用水平，减少***的总体运行成本。
(6)数据完整性：采用先进技术措施，保证数据源入口唯一、可靠，使***的数据具备全局的准确性和完整性，为整个***的安全应用奠定良好的基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的基于肠道微生物的健康风险预测***的使用示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种基于肠道微生物的健康风险预测***，所述***包括标本信息接收功能模块、高通量测序分析数据的接收和管理模块、肠道微生物信息管理模块、以及报告***主界面；
如图1所示，所述***的运行步骤包括：
步骤1：提取受检对象粪便中DNA并对其中的所有16S rDNA进行高通量测序；优选为16S rDNA的V3-V4区或V4-V5区片段；
所述受检对象的信息录入所述标本信息接收功能模块；
所述高通量测序的结果录入高通量测序分析数据的接收和管理模块；
步骤2：所述标本信息接收功能模块以及所述高通量测序分析数据的接收和管理模块将受检对象及标本信息和肠道微生物信息归类整理后递送给所述肠道微生物信息管理模块进行数据分析，通过已建立的健康风险评估模型进行评估得到健康风险评估结果；
步骤3：所述肠道微生物信息管理模块将所述健康风险评估结果输出给所述报告***主界面，将健康风险评估结果及其健康建议报告输出。
本***的详细信息如下：
1、***架构：C/S/D架构。
2、数据库要求：SQL SERVER。
3、肠道微生物信息报告***功能模块：
(1)人员、健康检测机构、医疗机构、仪器检测中心相关的基础数据维护。
(2)肠道微生物健康风险预测报告的评价文字模板。
4、肠道微生物信息管理模块。
其中，肠道微生物对应健康风险的计算方式和风险级别评估方法及对应不同健康风险级别的健康建议模型示例如下表所示。
5、标本信息接收功能模块。
6、高通量测序分析数据的接收和管理模块
7、报告***主界面
8、***人员权限控制模块，控制内容包括：
| 序号 | 细节要求 |
| 1) | 功能模块的使用权限。 |
| 2) | 录入、审核、打印、取消审核的人员权限区分。 |
| 3) | 定义锁屏时间功能。 |
9、查询统计模块：
查询统计功能
按住院号、姓名、性别、年龄、病症、健康风险、病房、病床、检验医师、项目等条件进行单个或组合查询，可按单项、多项条件组合复杂查询并将病人的历史结果形成曲线图以方便临床分析。支持多种条件统计检验样本量，多种条件统计。检验收费情况，分析检验结果的多种方式，可以分类统计的功能，如分类统计体检业务、打印临床业务报表、图形等。
五、接口方案
1.标准化
SOA面向服务的特性使得其实现的所有业务都是以服务的形式来进行封装业务***的，面向服务的业务粒度易于实现灵活的接口，易于实现与其它***间做***的集成与整合。
通过提供多种接口(包括COM技术、基于HL7的XML数据封装、Web Service服务接口)与医院的其它***接口，所有接口服务基于SOA服务封装，全面支持
支持多个大型检验中心互联互通。
2.开放性
采用标准API模式，与***无缝切换。***可与医院HIS高通量测序***实现数据共享，根据用户或病人ID从HIS***中提取病人的样本信息，从高通量测序***中采集检测值、图片、pdf报告，实现数据的共享和分析。
六、软件环境
1)Windows操作***
GMLIS服务器安装Windows 2012ServerR2及其它安全补丁(安装C盘)
GMLIS备用服务器操作***同LIS服务器
GMLIS工作站安装Windows 7
2)***安全防护软件
Mcafee企业版(网络版)或同等质量的网络版软件
网络版病毒软件服务器至少每月升级2次病毒库
远程管理软件Remote Administrator 2.2、所有点均需安装，包括服务器
安全***服务器安装微软WSUS软件,每月与WINDOWS UPDATE同步一次
默认禁用USB接口用于非打印用途
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于肠道微生物的健康风险预测***，所述***包括标本信息接收功能模块、高通量测序分析数据的接收和管理模块、肠道微生物信息管理模块、以及报告***主界面；
所述***的运行步骤包括：
步骤1：提取受检对象粪便中DNA并对其中的所有16S rDNA进行高通量测序；优选为16SrDNA的V3-V4区或V4-V5区片段；
所述受检对象的信息录入所述标本信息接收功能模块；
所述高通量测序的结果录入高通量测序分析数据的接收和管理模块；
步骤2：所述标本信息接收功能模块以及所述高通量测序分析数据的接收和管理模块将受检对象及标本信息和肠道微生物信息归类整理后递送给所述肠道微生物信息管理模块进行数据分析，通过已建立的健康风险评估模型进行评估得到健康风险评估结果；
步骤3：所述肠道微生物信息管理模块将所述健康风险评估结果输出给所述报告***主界面，将健康风险评估结果及其健康建议报告输出。
2.根据权利要求1所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，其特征在于，所述肠道微生物信息管理模块的功能包括：
a1).肠道微生物基础数据的管理：对应不同受检对象的唯一码、拉丁文名称、中文名称以及分类学信息中的一项或多项；
a2).肠道微生物的参考值以及参考值对应的健康风险、健康建议的描述信息；
a3).肠道微生物对应健康风险的计算方式和风险级别评估方法；
a4).对应不同健康风险级别的健康建议模型。
3.根据权利要求2所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，其特征在于，所述肠道微生物的参考值包括：
粪便样品中肠道微生物丰度的正常和非正常固定参照值，所述参照值能够根据所述标本信息接收功能模块中的受检对象及标本信息进行调整。
4.根据权利要求1所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，其特征在于，所述基于肠道微生物的健康风险预测***还包括肠道微生物信息报告***功能模块，其功能包括：
人员、健康检测机构、医疗机构、仪器检测中心相关的基础数据维护；
和/或；
调取所述健康风险评估结果并归纳分析，并将结果套入肠道微生物健康风险预测报告的评价文字模板进行输出。
5.根据权利要求1所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，其特征在于，所述基于肠道微生物的健康风险预测***还包括***人员权限控制模块，其控制内容包括：
b1).各功能模块的使用权限控制；
b2).录入、审核、打印、取消审核的人员权限区分；
b3).定义人工锁屏或无操作自动锁屏功能。
6.根据权利要求1所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，其特征在于，所述标本信息接收功能模块的功能包括：
接收受检对象的标本上条码号建立唯一码；
以及，接收受检对象信息；
优选的，所述受检对象信息包括受检对象的年龄、性别、民族。
7.根据权利要求6所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，其特征在于，所述受检对象信息还包括受检对象的饮食习惯、生活方式、用药史、疾病史、家族遗传史、宗教信仰、心情状况、吸烟饮酒频次、运动类型及频次中的一项或多项。
8.根据权利要求1所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，其特征在于，所述报告***主界面显示的信息包括下列内容中的一项、多项或全部：
c1).调用所述标本信息接收功能模块中的受检对象信息并进行展示；
c2)日期信息的记录和修改功能；
所述日期信息包括：采样时间、送样时间、仪器检测日期、用户信息录入日期、接收仪器检测结果日期、审核报告日期、打印报告日期以及发送报告日期中的一项或多项。
c3).提供事件自动抓取该标本的图片、检测值进行展示，以及提供调用pdf报告文件对比。
c4).对肠道微生物检测值进行风险分值的打分；
c5).调用肠道微生物健康风险预测报告的评价文字模板，并提供修改权限；
c6).报告的打印以及建立自定义报告模板；自定义项目包括对应不同受检对象的唯一码、报告头、检测值、参考值、报告图片、健康建议、审核人、打印人；
c7).建立报告发送记录机制和撤销发送的回退功能；
c8).对所述标本信息接收功能模块提供的对应不同受检对象的唯一码进行搜索定位。
9.根据权利要求1所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，其特征在于，所述高通量测序分析数据的接收和管理模块的功能包括：
接口对接采用文件夹管理机制；对文件进行管理并存储在服务器上。
10.根据权利要求1所述的基于肠道微生物的健康风险预测***，其特征在于，所述***还包括查询统计模块，其功能包括：
d1).根据指定时间段查询该时间段内所有的用户信息和个数，能进行筛选、定位、导出、打印；
d2).根据时间段和不同受检对象的唯一码查询该所有的细菌检测值和个数，能进行筛选、定位、导出、打印。
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