大规模基因组分析揭示大肠杆菌VI型分泌系统的分布与多样性及其致病意义

这篇研究通过分析131,610株大肠杆菌基因组，系统揭示了VI型分泌系统(T6SS)的分布规律与临床关联。研究首次明确了T6SSi1 、T6SSi2 和T6SSi4b 亚型在肠道致病菌(IPEC)和肠外致病菌(ExPEC)中的差异化分布特征，修正了既往关于T6SS在系统发育群中分布的错误认知，并发现完整T6SS与多重耐药(MDR)的负相关性。该研究为理解T6SS在细菌致病机制中的作用提供了重要依据。

　　

大规模基因组分析揭示T6SS分布规律
研究团队构建了包含131,610株大肠杆菌基因组的数据库，通过整合EnteroBase和ClermonTyping工具的数据，系统分析了VI型分泌系统(T6SS)的分布特征。研究聚焦于大肠杆菌中存在的三个T6SSⁱ
亚类：T6SSⁱ¹
、T6SSⁱ²
和T6SS^i4b
。结果显示T6SSⁱ¹
广泛分布于各系统发育群，而T6SSⁱ²
主要与B1、B2和G群相关，T6SS^i4b
则较为罕见。

T6SS亚型与致病菌的关联特征
研究发现T6SSⁱ¹
主要与肠道致病菌(IPEC)相关，而T6SSⁱ²
则与肠外致病菌(ExPEC)密切相关。在序列分型(ST)层面，这种关联更为明显：优势ExPEC ST131和优势IPEC ST11分别显示出明显的生态位特异性趋势。值得注意的是，非完整T6SS与人类来源菌株的关联性更强。研究还发现T6SSⁱ¹
和T6SSⁱ²
分别与IPEC和ExPEC相关毒力因子(VAGs)存在显著关联，且完整T6SS亚类与多重耐药(MDR)呈负相关。

ST131和ST11的T6SS特征分析
对主要致病ST的深入分析揭示了有趣的生态位适应模式。在ST131中，T6SSⁱ²
核心基因tssM的断裂显示出人类与禽类/家畜来源菌株的显著差异：人类分离株中tssM断裂普遍存在，而禽类和家畜来源株多保持完整。该ST还携带三种vgrG基因变异体，其组合模式在食物和禽类来源菌株中呈现独特分布。对于主要IPEC ST11，研究发现其T6SSⁱ¹
完整性在人类和家畜来源菌株间存在显著差异，可能与vgrG基因的生态位特异性变异有关。

T6SS与毒力因子及耐药的共现关系
共现分析揭示了T6SS亚型与特定毒力因子的显著关联：T6SSⁱ¹
与志贺毒素(stx)、肠细胞脱落位点(eae)等IPEC标志物正相关；T6SSⁱ²
则与耶尔森菌素(fyuA)、colibactin(clbA)等ExPEC特征因子密切相关。研究还发现多重耐药(MDR)与完整T6SS亚型呈负相关，提示功能完整的T6SS可能与抗生素耐药存在互斥关系。值得注意的是，传统认为的ExPEC标志物溶血素A(hlyA)实际上在IPEC中更为普遍。

基因组特征对致病类型的预测价值
基于毒力因子的主成分分析(PCA)显示，IPEC和ExPEC基因组形成明显不同的聚类模式。机器学习模型利用T6SS和VAGs特征可高精度(准确率>0.98)预测菌株的致病类型，其中extra trees模型表现最佳。将该模型应用于未分类基因组，预测结果显示大部分可能具有ExPEC样特征。

这项研究不仅系统阐明了T6SS在大肠杆菌中的分布规律，还揭示了其与细菌致病性和抗生素耐药性的复杂关系。研究成果为理解大肠杆菌的致病机制提供了新视角，并为未来相关研究提供了宝贵的基因组资源。