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本研究聚焦于侵袭性大肠杆菌（Escherichia coli）的同源重组特性，揭示其在特定人群中的频率和热点差异，为理解基因多样性及耐药性（AMR）提供新视角。
侵袭性大肠杆菌的基因多样性与耐药性一直是全球公共卫生领域的重大挑战。大肠杆菌作为一种机会性病原体，能够入侵人体无菌部位，引发严重疾病甚至死亡。然而，目前对于其在无菌环境中基因多样性的进化过程了解有限。为了填补这一空白，美国新罕布什尔州达特茅斯-希区柯克医疗中心的研究人员开展了一项研究，旨在量化血流感染中大肠杆菌同源重组的频率和特征。研究结果表明，同源重组在不同谱系中存在显著差异，这些差异部分源于垂直遗传的祖先重组和当代分支特异性重组的贡献。这一发现不仅揭示了侵袭性大肠杆菌基因多样性的来源，还为制定有效策略以减轻疾病负担和耐药性提供了科学依据，研究成果发表于《BMC Genomics》。
研究人员采用的主要技术方法包括：对557个短读长基因组序列进行分析，利用贝叶斯层次聚类分析（Bayesian hierarchical clustering）确定序列簇；通过Gubbins程序检测重组区域，并计算重组频率及相关指标；利用最大似然系统发育树（maximum likelihood phylogenetic tree）分析核心基因组的进化关系；同时结合多点序列分型（MLST）和血清分型技术确定菌株的序列类型（ST）和血清型。
研究结果表明，侵袭性大肠杆菌在不同谱系中表现出显著的同源重组频率差异。通过对来自达特茅斯-希区柯克医疗中心的557个大肠杆菌分离株的基因组分析，研究人员鉴定出四个主要的单系序列簇（BAPS1、BAPS4、BAPS10和BAPS14），它们分别以不同的序列类型（ST）为主。这些序列簇在重组特征上存在显著差异，包括单核苷酸多态性（SNP）数量、重组块数量、重组块累积碱基数量、重组与突变的概率比（r/m）以及重组与突变的速率比（ρ/θ）。此外，研究人员还发现，每个序列簇中都包含一组独特的耐药性和毒力基因，这些基因经历了重组事件。例如，与铁运输相关的毒力基因（如entEF、fepEG）和与Curli分泌通道相关的基因（如csgG）在所有四个序列簇中均经历了重组。然而，并没有发现任何一个耐药性基因在所有四个序列簇中都存在重组，但mdtABC、baeSR、emrKY和tolC等耐药性基因在BAPS4、BAPS10和BAPS14序列簇中经历了重组。
在讨论部分，研究人员指出，大肠杆菌通过同源重组频繁地获取、交换和维持等位基因及基因，这种能力使其在适应宿主、传播耐药性以及引发疾病方面表现出极高的灵活性。研究结果揭示了不同谱系间同源重组频率的差异，这种差异部分源于垂直遗传的祖先重组和当代分支特异性重组的贡献。这些发现强调了同源重组在塑造大肠杆菌基因多样性和致病潜力中的重要作用，同时也为理解不同谱系的进化轨迹和适应性后果提供了重要线索。未来的研究应进一步探索这些修复和防御机制在不同谱系中的分布和多样性，以更好地应对大肠杆菌耐药性和致病性的挑战。
