面向新一代测序数据的病原微生物检测算法
2021-10-14袁细国
计算机工程与应用 2021年19期
李 杰,李 苗,袁细国
1.西安翻译学院 商学院,西安 710105
2.西安电子科技大学 计算机科学与技术学院,西安 710071
微生物组学研究是生物信息学领域的热点之一,病原微生物在物种水平上的检测,对于交叉感染疾病和传染疾病的有效防御和精准诊疗具有十分重要的意义和价值。在传统检测方法中,往往是通过纯培养法培养微生物的方式进行观察和鉴定,但由于可培养的微生物物种极其有限,绝大多数微生物在现有实验和技术条件下难以培养,这极大地限制了病原微生物的检测能力。近些年来,随着新一代测序技术(Next Generation Sequencing,NGS)的快速发展,大批量且分辨率极高的基因组数据为微生物的分析提供了新的机会[1],为从DNA 分子水平上对病原微生物的检测提供了可靠平台。从基因组序列角度上看,微生物在物种水平上具有高度相似性,不同微生物物种的差异性碱基占比通常不到全基因组序列碱基数的百分之五,甚至只有几十个差异性碱基,这使得微生物物种的鉴别具有较大挑战性[2]。
微生物组学的研究对象主要是细菌,细菌rRNA按沉降系数分为3 种:5S、16S 和23S rRNA。16S rDNA(简称16S)[3-4]是细菌染色体上编码rRNA相对应的DNA序列,存在于所有细菌染色体基因中。从分子水平上分类和鉴定微生物的基本思路是对16S rDNA[2,5]序列进行分析,这是因为16S rDNA 既具有保守性区域,又具有高变性区域[6],可变区序列因细菌不同而异,保守区序列基本保守,使其具备精确刻画微生物种类和遗传多样性的天然条件[7-10]。……
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