考虑等位基因多样性和多拷贝基因检测可提高抗生素耐药性基因型判定的准确性

背景 抗菌药物耐药性（AMR）的基因组预测依赖于从原始测序数据或基因组组装序列中准确检测耐药基因或核心基因的等位变异。对于若干细菌物种和抗生素而言，AMR 基因型与表型之间的不一致较为常见，这表明重要的误差来源仍未得到解决。针对粪肠球菌（Enterococcus faecium），我们重点识别了四环素耐药性中造成不一致的来源，因为该耐药性的基因型检测准确性尤其偏低。我们考察了抗生素耐药基因（ARG）中的结构变异——包括基因重复、截短、中断以及完整与部分基因拷贝混合存在的构型——作为短读长数据中基因型—表型不一致来源的影响。我们还将研究进一步扩展至其他抗生素类别以及另一种细菌物种：大肠杆菌（Escherichia coli）。 方法 我们分析了粪肠球菌和大肠杆菌的基因组集合，整合了高质量完整组装、模拟的 Illumina 短读长数据以及匹配的 AMR 表型数据。针对多类抗生素，我们检验了 ARG 的完整性、拷贝数和等位多样性，并使用多种常用生物信息学工具（SRST2、ARIBA 和 AMRFinderPlus）评估其对 ARG 检测及 AMR 判定准确性的影响。 结果 对于粪肠球菌，在排除了特定 tet 等位变体对四环素敏感性影响之后，我们发现 tet(M) 的完整性和拷贝数对检测准确性具有显著影响。在粪肠球菌基因组中，重复和不完整的 ARG 也较为常见，尤其见于大环内酯类相关基因 erm(B) 以及氨基糖苷类相关基因 ant(6)-Ia 和 aph(3')-IIIa。在大肠杆菌中，tet(A)、erm(B) 以及与氨基糖苷相关的基因（aph(3')-IIIa 和 ant(6)-Ia）也观察到类似模式。在两个物种的各类 ARG 中，基于短读长比对的方法在某些情况下会将中断的基因错误报告为完整基因，而基于组装的方法则常常无法解析重复基因的完整拷贝。当工具经过调整以考虑基因完整性，并纳入包含物种特异性等位基因的扩展 AMR 数据库后，检测准确性得到提升。 结论 我们的研究结果表明，生物信息学方法在处理 ARG 拷贝数与完整性以及考虑等位变异方面的局限性，是导致基因型—表型错误的重要来源。这凸显了改进 AMR 数据库和生物信息学工具的必要性，即应将这些因素纳入考虑，以实现对 AMR 的可靠基因组预测。

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🏷️ 抗生素耐药 耐药基因检测 等位基因多样性 多拷贝基因 基因型-表型一致性 细菌基因组分析