【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及生物信息處理的計算機，特別是涉及一種結(jié)核分枝桿菌耐藥表型預(yù)測方法、裝置、計算機設(shè)備。
技術(shù)介紹
1、結(jié)核病耐藥性，特別是對一線藥物如利福平、異煙肼、吡嗪酰胺及乙胺丁醇的耐藥性，已成為全球公共衛(wèi)生的重大挑戰(zhàn)。耐藥性通常由于治療不規(guī)律、藥物使用不當?shù)仍驅(qū)е拢沟枚嘀啬退幗Y(jié)核病(mdr-tb)和廣泛耐藥結(jié)核病(xdr-tb)的發(fā)生率上升。耐藥性會增加治療的復(fù)雜性、費用和失敗率，顯著降低了治愈率。
2、目前，傳統(tǒng)的耐藥性檢測方案包括兩種方式，一是體外培養(yǎng)，通過添加抗生素評估相關(guān)耐藥表型以確定耐藥性，這種方案存在耗時較長的問題；另一種是通過測序獲取基因序列的突變信息，與已注釋的突變進行比較，以確認其耐藥表型，這種方案耗時較短，但無法判斷未知突變的耐藥表型，導(dǎo)致結(jié)核分枝桿菌耐藥表型檢測效果不佳。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種能夠提升結(jié)核分枝桿菌耐藥表型預(yù)測效率的結(jié)核分枝桿菌耐藥表型預(yù)測方法、裝置、計算機設(shè)備。
2、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N結(jié)核分枝桿菌耐藥表型預(yù)測方法，包括：
3、根據(jù)待處理結(jié)核分枝桿菌的基因測序數(shù)據(jù)，從所述待處理結(jié)核分枝桿菌的目標基因片段的至少一個突變位點中，確定待預(yù)測突變位點；所述待預(yù)測突變位點為未存在于突變表型注釋數(shù)據(jù)庫中的突變位點；
4、根據(jù)所述待預(yù)測突變位點對應(yīng)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換得到所述待預(yù)測突變位點的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化數(shù)據(jù)；
5、將所述待預(yù)測突變位點的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化
6、基于所述待預(yù)測突變位點的預(yù)測耐藥表型和所述至少一個突變位點中除所述待預(yù)測突變位點以外的突變位點的耐藥表型，確定所述待處理結(jié)核分枝桿菌的耐藥表型預(yù)測結(jié)果。
7、在其中一個實施例中，在所述基于所述待預(yù)測突變位點的預(yù)測耐藥表型和所述至少一個突變位點中除所述待預(yù)測突變位點以外的突變位點的耐藥表型，確定所述待處理結(jié)核分枝桿菌的耐藥表型預(yù)測結(jié)果的步驟之前，所述方法還包括：
8、獲取預(yù)設(shè)的突變表型注釋數(shù)據(jù)庫；所述突變表型注釋數(shù)據(jù)庫為采用所述目標基因片段中參考突變位點對所述目標藥物的耐藥表型構(gòu)建得到；
9、根據(jù)所述突變表型注釋數(shù)據(jù)庫，獲得所述至少一個突變位點中除所述待預(yù)測突變位點以外的突變位點的表型注釋信息；
10、其中，所述表型注釋信息用于表征所述至少一個突變位點中除所述待預(yù)測突變位點以外的突變位點的耐藥表型。
11、在其中一個實施例中，訓(xùn)練得到所述耐藥表型預(yù)測模型的步驟包括：
12、獲取結(jié)核分枝桿菌中目標基因片段的生物信息數(shù)據(jù)，以及所述目標基因片段中參考突變位點對目標藥物的耐藥表型；所述生物信息數(shù)據(jù)包括所述目標基因片段的基因序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；
13、根據(jù)各所述參考突變位點對應(yīng)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換得到各所述參考突變位點的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化特征數(shù)據(jù)；所述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括蛋白質(zhì)序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；
14、采用各所述參考突變位點的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化數(shù)據(jù)，構(gòu)建模型訓(xùn)練集和模型測試集；
15、基于每個所述參考突變位點對應(yīng)的基因序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，以及每個所述參考突變位點對目標藥物的耐藥表型，確定多個候選特征組合；
16、結(jié)合所述模型訓(xùn)練集、所述多個候選特征組合、多個候選模型進行模型訓(xùn)練，并采用所述模型測試集進行模型測試，得到所述耐藥表型預(yù)測模型；
17、其中，所述耐藥表型預(yù)測模型在訓(xùn)練過程中輸出所述參考突變位點的預(yù)測耐藥表型。
18、在其中一個實施例中，所述獲取所述目標基因片段中參考突變位點對目標藥物的耐藥表型，包括：
19、根據(jù)結(jié)核分枝桿菌對所述目標藥物的已知突變耐藥信息，將所述目標基因片段中的部分位點作為所述參考突變位點，獲得各所述參考突變位點對所述目標藥物的耐藥表型。
20、在其中一個實施例中，所述基于每個所述參考突變位點對應(yīng)的基因序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，以及每個所述參考突變位點對目標藥物的耐藥表型，確定多個候選特征組合，包括：
21、基于每個所述參考突變位點對目標藥物的耐藥表型和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，確定多個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化特征；
22、基于每個所述參考突變位點對應(yīng)的基因序列，確定各所述參考突變位點的位置信息，根據(jù)所述位置信息生成突變位點位置特征；所述突變位點位置特征用于表征對應(yīng)的所述參考突變位點在所述目標基因片段中的位置關(guān)聯(lián)特征；
23、根據(jù)所述多個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化特征和所述突變位點位置特征，獲得所述多個候選特征組合。
24、在其中一個實施例中，所述結(jié)合所述模型訓(xùn)練集、所述多個候選特征組合、多個候選模型進行模型訓(xùn)練，并采用所述模型測試集進行模型測試，得到所述耐藥表型預(yù)測模型，包括：
25、以所述模型訓(xùn)練集為所述候選模型的輸入，基于各所述候選特征組合分別對每個所述候選模型進行模型訓(xùn)練；
26、根據(jù)各所述候選特征組合對應(yīng)的第一模型評估結(jié)果，從多個所述候選特征組合中確定出目標特征組合；所述第一模型評估結(jié)果為采用所述模型測試集進行模型測試得到；
27、以所述模型訓(xùn)練集為所述候選模型的輸入，基于所述目標特征組合對各所述候選模型進行模型訓(xùn)練；
28、根據(jù)各所述候選模型對應(yīng)的第二模型評估結(jié)果，從多個所述候選模型中確定出目標模型；所述第二模型評估結(jié)果為采用所述模型測試集進行模型測試得到；
29、基于所述目標模型和所述目標特征組合，得到所述耐藥表型預(yù)測模型。
30、在其中一個實施例中，所述目標基因片段為rpob基因，所述目標藥物為利福平，所述目標特征組合包括體積變化、疏水性變化、化學(xué)性變化、溶劑可及表面積、溫度因子、殘基深度、rpob蛋白質(zhì)中氨基酸距離其結(jié)合的利福平藥物的距離、ddgun蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、是否處于耐藥決定區(qū)域。
31、在其中一個實施例中，所述目標基因片段為katg基因，所述目標藥物為異煙肼，所述目標特征組合包括體積變化、質(zhì)量變化、化學(xué)性變化、二級結(jié)構(gòu)、rasp蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、ddgun蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、esm蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、與hem血紅素的距離、mcsm蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、是否處于催化區(qū)域。
32、在其中一個實施例中，所述目標基因片段為pnca基因，所述目標藥物為吡嗪酰胺，所述目標特征組合包括體積變化、疏水性變化、質(zhì)量變化、phi角、sasa溶劑可及表面積、氫鍵供體、二級結(jié)構(gòu)、溫度、rasp蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、esm蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、與鐵離子距離、mcsm蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、mapp蛋白質(zhì)多態(tài)性的多元分析、α碳位移、最遠碳位移。
33、在其中一個實施例中，所述目標基因片段為embb基因，所述目標藥物為乙胺丁醇，所述目標特征組合包括殘基深度、與乙醇丁胺距離、與心磷脂的距離、與癸烯基磷酸酯的距離、與鈣離子距離、等電點、sasa溶劑可及表面積、氫鍵供體、phi角、ps本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種結(jié)核分枝桿菌耐藥表型預(yù)測方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于所述待預(yù)測突變位點的預(yù)測耐藥表型和所述至少一個突變位點中除所述待預(yù)測突變位點以外的突變位點的耐藥表型，確定所述待處理結(jié)核分枝桿菌的耐藥表型預(yù)測結(jié)果的步驟之前，所述方法還包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，訓(xùn)練得到所述耐藥表型預(yù)測模型的步驟包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述獲取所述目標基因片段中參考突變位點對目標藥物的耐藥表型，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于每個所述參考突變位點對應(yīng)的基因序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，以及每個所述參考突變位點對目標藥物的耐藥表型，確定多個候選特征組合，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述結(jié)合所述模型訓(xùn)練集、所述多個候選特征組合、多個候選模型進行模型訓(xùn)練，并采用所述模型測試集進行模型測試，得到所述耐藥表型預(yù)測模型，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述目標基因片段為rpoB基因，
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述目標基因片段為katG基因，所述目標藥物為異煙肼，所述目標特征組合包括體積變化、質(zhì)量變化、化學(xué)性變化、二級結(jié)構(gòu)、RaSP蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、DDGun蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、ESM蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、與HEM血紅素的距離、mCSM蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、是否處于催化區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述目標基因片段為pncA基因，所述目標藥物為吡嗪酰胺，所述目標特征組合包括體積變化、疏水性變化、質(zhì)量變化、phi角、SASA溶劑可及表面積、氫鍵供體、二級結(jié)構(gòu)、溫度、RaSP蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、ESM蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、與鐵離子距離、mCSM蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、MAPP蛋白質(zhì)多態(tài)性的多元分析、α碳位移、最遠碳位移。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述目標基因片段為embB基因，所述目標藥物為乙胺丁醇，所述目標特征組合包括殘基深度、與乙醇丁胺距離、與心磷脂的距離、與癸烯基磷酸酯的距離、與鈣離子距離、等電點、SASA溶劑可及表面積、氫鍵供體、phi角、psi角、ESM蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、轉(zhuǎn)膜區(qū)域。
11.一種結(jié)核分枝桿菌耐藥表型預(yù)測裝置，其特征在于，所述裝置包括：
12.一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種結(jié)核分枝桿菌耐藥表型預(yù)測方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于所述待預(yù)測突變位點的預(yù)測耐藥表型和所述至少一個突變位點中除所述待預(yù)測突變位點以外的突變位點的耐藥表型，確定所述待處理結(jié)核分枝桿菌的耐藥表型預(yù)測結(jié)果的步驟之前，所述方法還包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，訓(xùn)練得到所述耐藥表型預(yù)測模型的步驟包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述獲取所述目標基因片段中參考突變位點對目標藥物的耐藥表型，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于每個所述參考突變位點對應(yīng)的基因序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，以及每個所述參考突變位點對目標藥物的耐藥表型，確定多個候選特征組合，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述結(jié)合所述模型訓(xùn)練集、所述多個候選特征組合、多個候選模型進行模型訓(xùn)練，并采用所述模型測試集進行模型測試，得到所述耐藥表型預(yù)測模型，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述目標基因片段為rpob基因，所述目標藥物為利福平，所述目標特征組合包括體積變化、疏水性變化、化學(xué)性變化、溶劑可及表面積、溫度因子、殘基深度、rpob蛋白質(zhì)中氨基酸距離其結(jié)合的利福平藥物的距離、ddgun蛋白質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測、是否處于耐藥決定區(qū)域。
8....
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊麗，石淞元，郭俊成，鄧小龍，吳康，戴立忠，
申請(專利權(quán))人：圣湘生物科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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