(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111639671.9 (22)申请日 2021.12.2 9 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114373505 A (43)申请公布日 2022.04.19 (73)专利权人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 孙会增　朱森林　顾凤飞　刘建新　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 刘静 (51)Int.Cl. G16B 20/00(2019.01) G16H 50/30(2018.01) G06Q 10/04(2012.01)G06K 9/62(2022.01) (56)对比文件 CN 110144415 A,2019.08.20 CN 112841431 A,2021.0 5.28 CN 106537145 A,2017.0 3.22 CN 112852916 A,2021.0 5.28 US 2007026493 A1,20 07.02.01 黄云飞. 《基 于肠道微 生物测序和灌服原花 青素对奶牛酮病的研究》 . 《中国博士学位 论文全 文数据库农业科技 辑》 .2019,第D0 50-14页. A Samiei et al. 《An Evaluati on of β- hydroxybutyrate i n Milk and Bl ood for Predicti on of Subcl inical Ketosis i n Dairy Co ws》 . 《Polish Journal of Veteri nary Science》 .2010,第13卷(第2期),第349- 356页. 审查员 孟桓羽 (54)发明名称 一种基于肠道微生物早期预测奶牛产后亚 临床酮病的系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于肠道微生物早期预 测奶牛产后亚临床酮病的系统， 利用围产前期奶 牛后肠道预后标志微生物丰度预测奶牛产后亚 临床酮病， 所述的预后标志微生物包括属水平 P a r a b a c t e r o i d e s 、S h i g e l l a 、 Cellulosilyticum、 Roseburia、 Sporobacter、 Acetanaerobacterium。 本发明筛选了 所述6种亚 临床酮病的预后标志微生物， 并基于判别分析建 立了预后的判别模型。 本发明对奶牛产后的亚临 床酮病具有准确且稳定的预测能力， 可以通过无 创直肠取样方法对围产期奶牛进行预警筛查， 为 奶牛场尽早防治奶牛产后酮病和亚临床酮病提 供有效手段。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 114373505 B 2022.11.01 CN 114373505 B 1.一种基于肠道微生物早期预测奶牛产后亚临床酮病的系统， 其特征在于， 该系统包 括微生物采集模块和产后血 液β‑羟丁酸预测模块； 所述微生物采集模块用于采集奶牛产前3周的肠道微生物， 输入产后血液β ‑羟丁酸预 测模块， 所述微生物为预后标志肠道微生物， 包括六种微生物属 Parabacteroides 、 Shigella、Cellulosilyticum、Roseburia 、Sporobacter 、Acetanaerobacterium ； 所述产后血液β ‑羟丁酸预测模块包括判别模型， 用于预测奶牛产后一周血液β ‑羟丁酸 水平， 判别模型 具体如下： 其中 为判别系数， Parabacteroides 的系数为0.502， Shigella 的系数为 ‑11.255， Cellulosilyticum 的系数为2.669， Roseburia 的系数为2.202， Sporobacter 的系数为 ‑ 19.538，Acetanaerobacterium 的系数为 ‑8.803； 为判别模型输入数据， 为奶 牛产前直肠内容物中第 i种微生物16S  rRNA 基因测序所得的属水平丰度； Score表示判别 模型输入6种微生物的属水平丰度后计算得到的分值； 当Score> ‑0.004时， 认为奶牛在产后 一周具有发生 亚临床酮病的风险。 2.根据权利要求1所述的一种基于肠道微生物早期预测奶牛产后亚临床酮病的系统， 其特征在于，  针对产前三周奶牛肠道内所有微生物样本， 选择出在50%的样本中丰度高于 0.01%的样本， 通过随机森林Borut a方法对所有产前三周微生物进行产后亚临床酮病预测 效力的特征筛选后， 根据交叉验证所得错误率最低的6个最少变量数量， 按照平均Gini指数 MeanDecreaseGi ni的高低排序得到的前6种微 生物。 3.根据权利要求1所述的一种基于肠道微生物早期预测奶牛产后亚临床酮病的系统， 其特征在于， 微 生物的属水平丰度为 微生物的16S  rRNA基因 V3‑V4区的扩增丰度。 4.根据权利要求1所述的一种基于肠道微生物早期预测奶牛产后亚临床酮病的系统， 其特征在于， 所述判别系数 为将6种微生物的16S  rRNA基因可变区V3 ‑V4区微生物标志片 段的丰度进行 经典判别分析Can onical discrimi nant analysis后获得。 5.根据权利要求4所述的一种基于肠道微生物早期预测奶牛产后亚临床酮病的系统， 其特征在于， 所述微生物的16S  rRNA基因可变区V3 ‑V4区微生物特征片段丰度的测定方法 包括PCR、 扩增子测序、 二代高通 量测序、 Pan omics或Nan ostring宏基因 组测序。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114373505 B 2一种基于肠道微生物早期预测奶牛产后亚临床酮病的 系统 技术领域 [0001]本发明涉及围产期奶牛健康领域， 具体是一种基于产前肠道微生物预测奶牛产后 一周血液β‑羟丁酸水平进 而预测产后亚临床酮病的系统。 背景技术 [0002]我国奶牛养殖业在二十一世纪发展迅速， 奶牛年单产水平从不足4,000公斤上升 到超过8,000kg， 但是 随着奶牛产量不 断攀升， 产生的健康问题日益突出。 产后由于采食饲 料供应的能量无法满足产奶需要， 奶牛通常出现不同程度的能量负平衡， 因此需要通过动 员自身体组织进行供能。 在这一过程中， 体脂中大量的长链脂肪酸被分解成非酯化脂肪酸 进入肝脏， 不能被完全氧化的游离脂肪酸， 进一步形成BHBA、 乙酰乙酸、 丙酮等酮体， 部 分再 酯化形成甘油三酯 。 当肝脏中聚集大量的BHBA和甘油三酯时， 无法及时利用和清除， 便可造 成奶牛脂质代谢障碍， 同时BHBA向血液中扩散， 引发酮病、 脂肪肝等代谢性疾病。 据报道， 我 国围产后 期奶牛酮病发病率占泌乳奶牛群的10％～30％， 严重危害奶牛健康和牛场经济效 益。 [0003]酮病最常用的判定指标是血液BHBA浓度， 可分为亚临床型和临床型酮病。 亚临床 酮病定义为无 临床症状， 但机体检测酮体含量过多， 血浆BHBA浓度大于1.2mmol/L的奶牛产 后疾病。 研究统计由于产奶量减少造成的总 经济损失约占24％， 主要原因是酮病引起低血 糖降低乳糖合成， 从而导致产奶量下降。 亚临床酮病比临床酮病发生的频率更高， 隐蔽性更 强， 会造成奶牛奶产量降低、 奶牛淘汰率增加、 治疗 费用增加、 产犊周期延长等多方面经济 损失， 据报道大约3 0％～50％的奶牛在围产后期、 泌乳初期会发生 亚临床酮病。 [0004]目前， 有关奶牛亚临床酮病和酮病的防治剂和产品已有较多研究， 包括葡萄糖推 注、 糖皮质激素促糖异生、 胰岛素减少脂肪分解、 维生素B12/磷促进糖异生、 丙二醇作为糖 异生前体等方法， 但由于亚临床酮病症状较高的潜伏性， 不加针对的实施上述防治会产生 高额成本和对健康个体的副作用。 因此， 亟需简 便、 精准的预测方法判定产后易发亚临床酮 病的奶牛， 进 而精准实施早期干预， 减少奶牛围产期经济损失。 [0005]后肠道微生物在研究中与机体健康密不可分， 奶牛的食糜在消化道从前往后的过 程中， 营养物质被 吸收， 代谢废物丰度通过累积效应逐渐增加， 在后肠道蓄积。 人类和单胃 动物研究中， 后肠道微生物通过肠 ‑脑、 肠‑肝、 肠‑心脏等轴诱导 或参与机体的健康调控， 大 量新型微生物标志物被报道。 随着微生物16S  rRNA基因测序技术的快速发展， 使得通过微 生物测序获得标志微生物成为可能。 在现有的反刍动物研究中， 前胃微生物的研究非常丰 富， 前胃中的微生物被证明与奶牛的生产性能如产奶量、 乳蛋白含量和氮代谢效率、 饲料转 化效率等存在关联。 后肠道微生物被认为与奶牛机体的疾病和生理状态密切相关， 但相关 研究报道非常匮乏。 肠道微 生物对奶牛健康调控和预测的潜在价 值有待挖掘。 [0006]本发明首次成功建立了一种基于产前奶牛后肠道标志微生物预测产后一周血液 BHBA浓度的机器学习模型， 具有较高的模型效能(AUROC:0.876 ‑0.917(95％CI  0.778‑ 0.993))和准确率(Accuracy:0.839 ‑0.857)。 本发明为产后酮病的精准防治提供新型解决说　明　书 1/6 页 3 CN 114373505 B 3