大腸桿菌疫情總算告一段落。這種突如其來的大腸桿菌最初在德國出現，然后迅速蔓延至歐洲其他國家、甚至美國，共奪走了52人的生命。它為何有如此大的威力？全世界的研究人員都在努力破解。近日，一個國際小組利用Pacific Biosciences的單分子測序技術，深入研究了此次暴發菌株的致病性和進化起源，該研究成果發表在《新英格蘭醫學雜志》上。

研究人員對暴發的菌株以及11種相關的大腸桿菌菌株進行了測序，確定暴發菌株C227-11是腸聚集性大腸桿菌（EAEC）中的一員，但它與其他O104:H4菌株不同，因為它包含了編碼志賀毒素2的噬菌體以及其他毒力和耐藥性因子。

他們確定，最近與腸出血性大腸桿菌（EHEC）菌株的水平基因交換引發了這種高毒力暴發菌株的出現。同時，他們還發現，某些抗生素（包括環丙沙星）提高了志賀毒素2基因的表達，這表明應謹慎使用某些類別的抗生素，以抵抗這種新出現的病原體。

這項研究的作者來自第三代測序公司PacBio、馬里蘭大學醫學院、世界衛生組織、丹麥Statens Serum研究所等機構。他們提到，在此次暴發之前，只有三個EAEC基因組經過了測序，因此對這種大腸桿菌的系統發育的基因組規模了解很有限。

為了進一步深入了解這種菌株的進化歷史，他們使用PacBio RS對暴發菌株C227-11、7種其他的EAEC O104:H4菌株以及4種參考菌株進行了測序。平行利用三臺PacBio RS，他們獲得了每個分離株的約75倍覆蓋度。平均讀長達2067個堿基。之后，他們比較了11個菌株的數據，包括Ion Torrent和454的測序結果，以便找出所有分離株的拷貝數變異和單核苷酸變異。

研究人員還利用了53個大腸桿菌和痢疾桿菌的基因組數據，生成了系統發育樹，描繪暴發菌株的進化。盡管EAEC分離株分布在整個樹上，但所有的EAEC O104:H4菌株形成了一個不同的分支，有著非常保守的核心基因組。

此次德國暴發的編碼志賀毒素的菌株與缺乏編碼志賀毒素的噬菌體的EAEC O104:H4菌株之間的相似度說明噬菌體整合到EAEC基因組是一個最近發生的事件。此外，暴發菌株位于EAEC O104:H4分支證實了暴發菌株不是典型的腸出血性大腸桿菌。

文章的作者之一，馬里蘭大學醫學院的助理教授David Rasko談到：“這種多菌株的測序數據和分析顯著增加了關于致命大腸桿菌的科學信息量，并對其致病媒介有了關鍵的了解。我們的結果提供了迄今為止最完整的基因組數據，并強調了DNA測序的重要性，它幫助我們了解細菌基因組的可塑性如何促進新病原體的出現。”（生物通 薄荷）

原文摘要

Origins of the E. coli Strain Causing an Outbreak of Hemolytic–Uremic Syndrome in Germany