Τα παθογόνα στελέχη Escherichia coli των πτηνών (APEC) είναι ο αιτιολογικός παράγοντας της κολιβακίλλωσης, μιας ασθένειας με σημαντικές οικονομικές απώλειες για τα οικόσιτα πουλερικά. Τα μη-παθογόνα στελέχη E. coli των πτηνών (AFEC) κατοικούν συμβιωτικά στο έντερο των πτηνών. Οι υποκείμενοι μηχανισμοί παθογένειας των APEC και η διάκρισή τους από τα AFEC παραμένουν σε μεγάλο βαθμό ασαφείς και κανένα σύνολο γονιδίων δεν έχει συσχετιστεί αποκλειστικά με τα APEC. Μια ολοκληρωμένη βάση δεδομένων υψηλής-ποιότητας γονιδιωμάτων στελεχών E. coli απομονωμένων από πτηνά, δημιουργήθηκε εξάγοντας δεδομένα από μελέτες που δημοσιεύθηκαν την περίοδο 2000-2022. Τα συλλεχθέντα γονιδιώματα αναλύθηκαν μέσω μιας μελέτης συσχέτισης σε επίπεδο μικροβιακού γονιδιώματος (mGWAS), για τον εντοπισμό γονιδίων που σχετίζονται σημαντικά με τον παθογόνο φαινότυπο των στελεχών E. coli από πτηνά. Στη συνέχεια, το σύνολο των σημαντικών γονιδίων χαρακτηρίστηκε σε ένα δίκτυο αλληλεπίδρασης πρωτεΐνης-πρωτεΐνης με τη βάση δεδομένων STRING για τη διερεύνηση των βιολογικών διεργασιών που εμπλέκονται στην κολιβακίλλωση. Η ανάλυση mGWAS εντόπισε 21 γονίδια που σχετίζονται σημαντικά με το φαινότυπο APEC. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ των μεταβολικών οδών που σχετίζονται με την πρόσληψη θρεπτικών συστατικών από τα κύτταρα του ξενιστή καθώς και η ρύθμιση της άμυνας στην ανοσολογική απόκριση του ξενιστή είναι απαραίτητη για την εξέλιξη της νόσου της κολιβακίλλωσης. Επιπρόσθετα, εντοπίστηκαν σημαντικά γονίδια που πιθανώς συνεπιλέγονται με άλλους φαινοτύπους E. coli (π.χ. μικροβιακή αντοχή). Επιπλέον, αναπτύχθηκε ένας ταξινομητής δένδρων, ο οποίος χρησιμοποιώντας ένα σύνολο 12 γονιδίων και ένα σύνολο κανόνων απόφασης, μπορεί να διακρίνει τα γονίδια APEC από τα AFEC με ακρίβεια 79.5%. Συμπερασματικά, αυτό το έργο παρείχε πληροφορίες για τις βιολογικές διεργασίες που εμπλέκονται στην κολιβακίλλωση. Ταυτόχρονα, η ολοκληρωμένη βάση δεδομένων των γονιδιωμάτων E. coli από πτηνά αντιπροσωπεύει μια πολύτιμη πηγή για μελλοντικές μελέτες στο συγκεκριμένο πρόβλημα.

Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) is the causative agent of colibacillosis, a disease with significant economic losses for domestic poultry. Avian fecal E. coli (AFEC) are the commensal counterparts of APEC, which symbiotically inhabit the gut of birds. The underlying pathogenicity mechanisms of APEC and their distinction from AFEC remain largely elusive and no set of genes has been exclusively associated with APEC. A comprehensive database of high-quality avian E. coli genomes was built by data-extraction from studies published in the period 2000-2022. The collected genomes were analyzed though a microbial genome-wide association study (mGWAS) framework, to identify genes significantly associated with the pathogenic phenotype of avian E. coli. Then, the set of significant genes was characterized in a protein-protein interaction network with the STRING database, to explore the biological processes involved in colibacillosis. Overall, mGWAS analysis identified 21 genes significantly associated with the APEC phenotype. Results suggested that the interplay between pathways associated with the scavenging of nutrients from the host’s cells as well as regulation of defense from the host’s immune response are essential for the establishment of colibacillosis. Additionally, significant genes that are likely co-selected with other E. coli phenotypes (e.g., antimicrobial resistance) were identified. Moreover, a decision-tree classifier was developed, which by using a set of 12 genes and a set of decision rules, it can distinguish APEC genomes from their commensal counterparts with an accuracy of 79.5%. In conclusion, this project provided insights for the biological processes involved in colibacillosis. At the same time, the comprehensive database of avian E. coli genomes represents a valuable resource for future studies on this topic.