【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及生物信息分析領(lǐng)域，主要是涉及微生物的表型數(shù)據(jù)庫(kù)及生產(chǎn)環(huán)境微生物菌群趨勢(shì)分析方法。
技術(shù)介紹
1、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)環(huán)境中，微生物的過程控制是當(dāng)前cgmp和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理的重要組成部分。對(duì)環(huán)境微生物的監(jiān)控不僅對(duì)微生物的負(fù)載有控制要求，還要求識(shí)別微生物的種類。因?yàn)榉蛛x到的微生物種類的趨勢(shì)，為生產(chǎn)環(huán)境的管控提供了額外的有價(jià)值信息，例如可以幫助確認(rèn)環(huán)境的常見菌群來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理，發(fā)現(xiàn)在特定區(qū)域反復(fù)出現(xiàn)的微生物或者揭示關(guān)注微生物的數(shù)量變化，從而間接反映生產(chǎn)環(huán)境的穩(wěn)定性及管控措施的有效性。因此藥典和相關(guān)法規(guī)也支持在環(huán)境微生物監(jiān)控中加入鑒定的相關(guān)要求，以確定微生物的種類信息，為環(huán)境的管控提供更有效的數(shù)據(jù)支持。
2、但是目前藥典和相關(guān)法規(guī)并未提供微生物種類的趨勢(shì)分析方法，目前生產(chǎn)企業(yè)的趨勢(shì)分析也往往以負(fù)載數(shù)據(jù)為主，對(duì)應(yīng)的是hpc乃至atp等監(jiān)控技術(shù)。一些商業(yè)化的軟件例如spass、minitab、excel等提供了統(tǒng)計(jì)模型對(duì)微生物負(fù)載數(shù)據(jù)的趨勢(shì)分析。但是這些軟件也存在一些缺點(diǎn)，首先這些軟件不是專門為微生物監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)的，模型適用性未經(jīng)驗(yàn)證，其次，這些商業(yè)軟件僅對(duì)數(shù)量進(jìn)行分析，無法結(jié)合微生物的種類數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了一種基于生產(chǎn)環(huán)境微生物的鑒定結(jié)果的趨勢(shì)分析方法。
2、一種基于生產(chǎn)環(huán)境微生物的鑒定結(jié)果的趨勢(shì)分析方法，步驟如下：
3、s1?匯總采樣元信息、鑒定結(jié)果、菌株的表型特征形成一個(gè)鑒定結(jié)果一條數(shù)
4、s2?對(duì)s1獲得的匯總信息進(jìn)行矩陣變換，按照指定的時(shí)間單位對(duì)數(shù)據(jù)聚合，形成聚合矩陣；
5、s3?將s2獲得的聚合矩陣進(jìn)行屬/種水平的比例統(tǒng)計(jì)，展示豐度top?10的種/屬；
6、s4?將s2獲得的聚合矩陣，按照來源進(jìn)行分布分析及使用桑吉圖進(jìn)行可視化展示，展示不同分類和菌屬/種之間的比例分配關(guān)系；
7、s5?將s2獲得聚合矩陣進(jìn)行菌群豐度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分析，以氣泡圖進(jìn)行展示；
8、s6?對(duì)單個(gè)關(guān)注菌屬/種繪制隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分析折線圖，根據(jù)模型擬合計(jì)算警戒線和糾偏線；
9、s7?將s2獲得聚合矩陣按照表型分類進(jìn)行趨勢(shì)分析，計(jì)算平均值，以折線圖形式進(jìn)行展示；
10、s8?將s2獲得聚合矩陣計(jì)算香農(nóng)指數(shù)、辛普森指數(shù)和覆蓋度等α-多樣性指數(shù)，并且通過折線圖展示這些指數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)；
11、s9?將s2獲得聚合矩陣進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為檢出頻率，分析不同的菌屬在不同分類之間的共檢出現(xiàn)象以及環(huán)境中駐留的屬性并通過集合圖進(jìn)行可視化展示；
12、s10?將s2獲得聚合矩陣進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為檢出頻率，分析不同菌屬在分析時(shí)間范圍內(nèi)及指定來源下連續(xù)檢出的情況，通過熱圖進(jìn)行展示，并識(shí)別核心、持留和暫居三類菌群；
13、s11?將s2獲得的聚合矩陣進(jìn)行通過多元統(tǒng)計(jì)進(jìn)行降維分析，獲得菌屬或種之間、不同分類之間的相關(guān)性及距離信息，并進(jìn)行可視化展示。
14、步驟s1中輸入的數(shù)據(jù)記錄依托于單菌落或者純培養(yǎng)物的鑒定結(jié)果，該結(jié)果以拉丁名表示，采樣元信息包含樣品的含采樣點(diǎn)、潔凈室等級(jí)、采樣方式、計(jì)劃類別在內(nèi)以及采樣時(shí)間信息，鑒定結(jié)果信息和采樣元信息通過樣品編號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，表型信息則通過鑒定結(jié)果拉丁名查詢表型數(shù)據(jù)庫(kù)獲得。
15、步驟s2中，根據(jù)指定時(shí)間單位對(duì)不同元信息或者表型信息分類字段使用python中的dict和pandas函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合，產(chǎn)生不同分類下菌種屬豐度聚合矩陣。
16、步驟s3中，對(duì)聚合矩陣按照全體樣品和按照房間、潔凈室等級(jí)、采樣方式、計(jì)劃類別的分類方式分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以南丁格爾玫瑰圖展示不同分類下豐度top?10菌屬/種及豐度、比例。
17、步驟s5中，菌群豐度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分析，以時(shí)間為x軸，菌屬/種為y軸，菌屬/種的豐度和比例映射到氣泡的大小和顏色深淺進(jìn)行可視化。
18、步驟s6中，對(duì)單個(gè)關(guān)注菌屬/種繪制隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分析折線圖，需要計(jì)算警戒限和糾偏限，警戒限和糾偏限是通過使用fitdistr函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)分布進(jìn)行最大似然擬合，并經(jīng)過chisq.test方法進(jìn)行卡方擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)的p-value值判斷數(shù)據(jù)的最佳模型分布，使用qc_lines或者nptol.int方法進(jìn)行計(jì)算。
19、步驟s7中，按照表型分類進(jìn)行趨勢(shì)分析，需要對(duì)菌屬/種按照表型字段進(jìn)行分類匯總，計(jì)算均值，并以時(shí)間為x軸繪制表型組豐度隨時(shí)間變化折線圖。
20、步驟s8中，多樣性指數(shù)的計(jì)算是采用r包vegan計(jì)算指定時(shí)間單位及指定分類下群落α-多樣性指數(shù)，含shannon指數(shù)、simpson指數(shù)以及good’s?coverage，及其均值，并通過折線圖可視化。
21、步驟s9中，將聚合矩陣中的屬/種豐度歸一化為“檢出”或者“未檢出”，從而將聚合矩陣轉(zhuǎn)換為檢出頻率矩陣，使用pandas函數(shù)對(duì)不同的分類進(jìn)行集合分析，使用r包venndetail獲得不同分類之間的共有菌屬/種并以圖和表結(jié)合形式展示。
22、步驟s10中，通過和步驟s9一樣將聚合矩陣轉(zhuǎn)換為頻率矩陣，以時(shí)間為x軸，菌屬/種分類為y軸，豐度映射到顏色上，使用熱圖對(duì)菌屬/種在時(shí)間上的連續(xù)性進(jìn)行展示。
23、步驟s11中，對(duì)聚合矩陣使用r包c(diǎn)orrplot中的cor函數(shù)對(duì)菌屬/種進(jìn)行相關(guān)性分析，分析菌屬/種之間相關(guān)性，以及不同分類下菌群之間的相似性，使用主成分分析方法對(duì)不同分類的菌屬進(jìn)行降維分析，并通過r包factominer繪制散點(diǎn)圖和置信橢圓進(jìn)行可視化，識(shí)別離群點(diǎn)。
24、本專利技術(shù)的有益效果：
25、目前藥典和相關(guān)法規(guī)并未提供微生物種類的趨勢(shì)分析方法，目前生產(chǎn)企業(yè)的趨勢(shì)分析也往往以負(fù)載數(shù)據(jù)為主，僅進(jìn)行負(fù)載分析的系統(tǒng)只提供微生物總數(shù)的結(jié)果和變化趨勢(shì)，無法提供微生物種類的詳細(xì)信息，缺乏對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的具體評(píng)估，無法為針對(duì)性的控制措施提供細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)。而本專利技術(shù)提供了結(jié)合物種種類信息的醫(yī)藥生產(chǎn)環(huán)境微生物監(jiān)控趨勢(shì)分析的分析框架，具有多維度和綜合性；本專利技術(shù)提供了細(xì)菌表型分類數(shù)據(jù)庫(kù)，提供了判斷微生物在醫(yī)藥生產(chǎn)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)和來源的重要數(shù)據(jù)；本專利技術(shù)綜合了微生物種類、數(shù)量和趨勢(shì)變化的詳細(xì)信息，可幫助識(shí)別可能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和安全性產(chǎn)生重大影響的微生物，可以幫助制藥企業(yè)更好地評(píng)估和控制微生物污染風(fēng)險(xiǎn)，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于生產(chǎn)環(huán)境微生物的鑒定結(jié)果的趨勢(shì)分析方法，其特征在于，步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S1中輸入的數(shù)據(jù)記錄依托于單菌落或者純培養(yǎng)物的鑒定結(jié)果，該結(jié)果以拉丁名表示，采樣元信息包含樣品的含采樣點(diǎn)、潔凈室等級(jí)、采樣方式、計(jì)劃類別在內(nèi)以及采樣時(shí)間信息，鑒定結(jié)果信息和采樣元信息通過樣品編號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，表型信息則通過鑒定結(jié)果拉丁名查詢表型數(shù)據(jù)庫(kù)獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2中，根據(jù)指定時(shí)間單位對(duì)不同元信息或者表型信息分類字段使用python中的dict和pandas函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合，產(chǎn)生不同分類下菌種屬豐度聚合矩陣。
4.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3中，對(duì)聚合矩陣按照全體樣品和按照房間、潔凈室等級(jí)、采樣方式、計(jì)劃類別的分類方式分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以南丁格爾玫瑰圖展示不同分類下豐度Top?10菌屬/種及豐度、比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S5中，菌群豐度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分析，以時(shí)間為X軸，菌屬/種為Y軸，菌屬/種的豐度和比例映射到氣泡的大小和顏色深
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S6中，對(duì)單個(gè)關(guān)注菌屬/種繪制隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分析折線圖，需要計(jì)算警戒限和糾偏限，警戒限和糾偏限是通過使用fitdistr函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)分布進(jìn)行最大似然擬合，并經(jīng)過chisq.test方法進(jìn)行卡方擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)的p-value值判斷數(shù)據(jù)的最佳模型分布，使用QC_Lines或者nptol.int方法進(jìn)行計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生產(chǎn)環(huán)境采集到單個(gè)微生物的鑒定結(jié)果進(jìn)行菌群趨勢(shì)分析方法，其特征在于，步驟S7中，按照表型分類進(jìn)行趨勢(shì)分析，需要對(duì)菌屬/種按照表型字段進(jìn)行分類匯總，計(jì)算均值，并以時(shí)間為X軸繪制表型組豐度隨時(shí)間變化折線圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S8中，多樣性指數(shù)的計(jì)算是采用R包vegan計(jì)算指定時(shí)間單位及指定分類下群落α-多樣性指數(shù)，含shannon指數(shù)、simpson指數(shù)以及good’s?coverage，及其均值，并通過折線圖可視化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S9中，將聚合矩陣中的屬/種豐度歸一化為“檢出”或者“未檢出”，從而將聚合矩陣轉(zhuǎn)換為檢出頻率矩陣，使用pandas函數(shù)對(duì)不同的分類進(jìn)行集合分析，使用R包VennDetail獲得不同分類之間的共有菌屬/種并以圖和表結(jié)合形式展示。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S10中，通過和步驟S9一樣將聚合矩陣轉(zhuǎn)換為頻率矩陣，以時(shí)間為X軸，菌屬/種分類為Y軸，豐度映射到顏色上，使用熱圖對(duì)菌屬/種在時(shí)間上的連續(xù)性進(jìn)行展示；步驟S11中，對(duì)聚合矩陣使用R包c(diǎn)orrplot中的cor函數(shù)對(duì)菌屬/種進(jìn)行相關(guān)性分析，分析菌屬/種之間相關(guān)性，以及不同分類下菌群之間的相似性，使用主成分分析方法對(duì)不同分類的菌屬進(jìn)行降維分析，并通過R包FactoMineR繪制散點(diǎn)圖和置信橢圓進(jìn)行可視化，識(shí)別離群點(diǎn)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于生產(chǎn)環(huán)境微生物的鑒定結(jié)果的趨勢(shì)分析方法，其特征在于，步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s1中輸入的數(shù)據(jù)記錄依托于單菌落或者純培養(yǎng)物的鑒定結(jié)果，該結(jié)果以拉丁名表示，采樣元信息包含樣品的含采樣點(diǎn)、潔凈室等級(jí)、采樣方式、計(jì)劃類別在內(nèi)以及采樣時(shí)間信息，鑒定結(jié)果信息和采樣元信息通過樣品編號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，表型信息則通過鑒定結(jié)果拉丁名查詢表型數(shù)據(jù)庫(kù)獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s2中，根據(jù)指定時(shí)間單位對(duì)不同元信息或者表型信息分類字段使用python中的dict和pandas函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合，產(chǎn)生不同分類下菌種屬豐度聚合矩陣。
4.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s3中，對(duì)聚合矩陣按照全體樣品和按照房間、潔凈室等級(jí)、采樣方式、計(jì)劃類別的分類方式分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以南丁格爾玫瑰圖展示不同分類下豐度top?10菌屬/種及豐度、比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s5中，菌群豐度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分析，以時(shí)間為x軸，菌屬/種為y軸，菌屬/種的豐度和比例映射到氣泡的大小和顏色深淺進(jìn)行可視化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s6中，對(duì)單個(gè)關(guān)注菌屬/種繪制隨時(shí)間變化的趨勢(shì)分析折線圖，需要計(jì)算警戒限和糾偏限，警戒限和糾偏限是通過使用fitdistr函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)分布進(jìn)行最大似然擬合，并經(jīng)過chisq.test方法進(jìn)行卡方擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)的p-value值判斷數(shù)據(jù)的最佳模型分布，使...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉程智，何陸平，孫玲莉，梁倩，王瑩，陳歡，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：杭州微數(shù)生物科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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