基于Bloom filter新算法BlooMine揭示隐孢子虫Gp60位点多态感染：全球尺度下牛源毒株多样性显著高于人源，为防控人畜共患隐孢子虫病提供关键基因组学证据
《BMC Genomics》：Investigating within-host population diversity of Cryptosporidium parvum using BlooMine
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为破解临床样本中隐孢子虫（C. parvum）多重感染（MOI）检测瓶颈，作者开发免比对工具BlooMine，对629份公开Illumina数据挖掘Gp60微卫星，发现牛携带多亚型概率为人2.3倍，且存在跨家族共感染，提示农业高暴露驱动微进化与重组，对 zoonosis 监测意义重大。
隐孢子虫（Cryptosporidium parvum）是一类可引发全球腹泻疫情的单细胞真核寄生虫，每年导致逾20万人死亡。由于临床粪便样本中卵囊量极少，DNA提取困难，全基因组测序（WGS）难以常规开展，因此人们对“同一宿主内是否共存多种虫株”这一关键流行病学问题一直缺乏高通量答案。虫株共存即多重感染（multiplicity of infection, MOI），不仅决定毒力强弱，还可能通过有性重组瞬间“拼凑”出具有新宿主嗜性或耐药表型的子代，给公共卫生防控带来不可预测的风险。传统基于Gp60基因（编码60 kDa表面糖蛋白）片段长度分型虽被广泛应用，但短串联重复（STR）区极易因PCR滑脱产生假等位基因，加之二代测序（NGS）读长短，常规比对方法难以准确解析，于是“真实多态 vs. 技术噪音”成为领域痛点。为此，英国研究团队开发了免比对、基于Bloom filter的算法工具BlooMine，试图直接从原始FASTQ中定位Gp60高度多态区，回答“谁更容易发生多重感染、多重感染如何塑造微进化”两大核心问题。
为验证假设，作者收集并过滤公共数据库中629份C. parvum Illumina数据，涵盖欧、美、亚、非四大洲的牛、人、羊、水牛、双峰驼、小鼠共7个宿主，最终592份样本覆盖Gp60目标区。研究采用三项关键技术：①BlooMine_screen模块以k-mer Bloom filter初筛含目标序列的读长；②BlooMine_SPaln二次软比对，用滑窗罚分模型容忍INDEL，判定读长是否真正携带完整Gp60片段；③BlooMine_MOI通过侧翼探针配对过滤，统计每份样本中≥2条可信等位基因的比例，并以L1=0.15、L2=0.075的滑脱阈值剔除PCR假等位基因。
研究结果
数据集与质控
经深度≥3条、最小等位频率5%过滤，共获得54种Gp60等位基因（A##G##R##-家族格式），其中8种仅作为次要等位基因出现，提示真实多态而非测序错误。
多态感染率
在592份有效样本中，51例（8.6%）被判定为多态，牛占31例，人占18例。分层Cochran–Mantel–Haenszel（CMH）检验显示，牛的多态几率是人源的2.26倍（95%CI 1.08–4.71，p=0.048），且该差异在调整洲别、测序深度、Gp60家族后仍显著（adj OR≈2.69，p=0.015）。
宿主与地理分布
最优势等位基因A15G2R1-IIa在人、羊、山羊样本中占比44%，而亚洲牛群则以A19G1-IId为主（80%）。北美出现3例人源IIa/IIc跨家族共感染，欧洲与北美均发现传统认为“牛特异”的A19G2R1-IIa出现在人样本中，提示宿主可塑性被低估。
等位基因共现与排斥
对140对共现组合进行CMH检验，发现A18G2R1-IIa与A19G2R1-IIa显著共存（|log2OR|=6.96），而A15G1R1-IIa与A5G3-IIc、A19G1-IId与A20G1-IId等呈强烈互斥（p<0.01），提示可能存在宿主内竞争或传播结构限制。
主要等位基因长度效应
逻辑回归表明，STR重复数每增加1个单位，多态感染几率升高15%（OR=e0.1421≈1.15，p<0.001），与“滑链错配”机制相符。
结论与讨论
本研究通过BlooMine首次实现大规模、免比对的Gp60 STR直接挖掘，证实牛群因高强度环境暴露及更长重复序列，更易发生C. parvum多重感染；多重感染不仅可在同一宿主内瞬时产生近缘等位基因，还可能让不同家族、不同物种（如C. tyzzeri-like）有机会性重组，从而成为“基因熔炉”。这一发现为解释隐孢子虫快速微进化、新毒株涌现及跨物种传播提供了机制线索，也提示 livestock 集中饲养场是 zoonosis 关键节点，应优先纳入基因组监测。未来结合长读长测序与多位点/全基因组标记，可进一步量化重组频率，验证“熔炉”假说，为全球 cryptosporidiosis 精准干预提供理论依据。论文已发表于《BMC Genomics》（2025）。
