تجزیه و تحلیل توالی ژنوم بیانگر این است که ژن های ویرولانس در پاتوژن ها، تا حدودی متفاوت از سایر ژن ها در کروموزوم می باشد. این تفاوت ها شامل محتوای نوکلئوتیدها، درصد GC، ارتباط ژن های ویرولانس با عناصر متحرک ژنتیکی مانند (توان الحاقی، ترانسپوزون ها، اینتگرون ها، پلاسمید ها) می باشد (گارمندیا و همکاران، ۲۰۰۵)^۶.
توانایی یک ارگانیسم برای ایجاد عفونت نه تنها به حساسیت میزبان در مقابل تهاجم میکروارگانیسم بستگی دارد، بلکه به ویژگی بیماریزایی ارگانیسم نیز مربوط می شود. یک ارگانیسم برای ایجاد عفونت باید دارای فاکتورهایی باشد که اجازه ورود به میزبان و بیماریزایی را پیدا کند. سویه های بیماری زا و غیر بیماری زا اشریشیاکلی در خصوصیات بیوشیمیایی و حساسیت دارویی مشابه اند. توانایی UPEC برای ایجاد عفونت علائم دار دستگاه ادراری به دلیل وجود دو نوع عامل ویرولانس می باشد: ادهسین ها ( مثل فیمبریه نوع I، P-فیمبریه، S-فیمبریه، FIC-فیمبریه و…) و توکسین ها (مثل همولیزین، فاکتور نکروزدهنده تومور) (ناظمی و همکاران، ۲۰۱۰ ). اتصال به اپی تلیوم دستگاه ادراری اولین مرحله UTI می باشد و این باعث می شود تا باکتری نسبت به نیروهای هیدرودینامیک جریان ادرار مقاوم باشد (بهرانی و همکاران ۲۰۰۲) و این موضوع باعث افزایش یافتن توانایی آن ها برای تکثیر و تهاجم به بافت کلیوی می گردد (جدول شماره۱-۱) (تیبا و همکاران، ۲۰۰۸)^۱.

۱-۹-۱-ژن aer (آئروباکتین):
مولکول های متصل به آهن مانند آئروباکتین و آنتروباکتین به وسیله ی برخی از سویه های بیماری زایی اشرشیا کلی، سنتز می گردند. زمانی که میزان آهن در دسترس بافتی پایین باشد، این مولکول ها با اتصال به آهن موجبات ادامه ی حیات باکتری را فراهم می نمایند. باکتری ها به واسطه تولید ترکیبات ترشح کننده آهن مانند آئروباکتین با پروتئین های ترشح کننده آهن موجود در بدن رقابت کرده و آهن را از آنها می گیرد.
۱-۹-۱-۱- ژن آلفا همولیزین (hlyA) و سایتوتوکسیک نکروزیتینگ فاکتور۱ (CNF1):
همولیزین ها، سموم مقاوم و حساس به گرما، فعالیت متابولیک، المنت های ژنتیکی، پلاسمیدها، عموماً با تهاجم ارتباط دارد. توکسین هایی هستند که باعث آسیب بافتی می شوند که انتشار باکتری و ترشح مواد غذایی میزبان را تسهیل می کند و ممکن است همچنین باعث تغییر مسیر های انتقال پیام در میزبان شود.^[۲۸]

اتصال دهنده ها (Adhesions):
از دیگر عوامل تهاجم اتصال دهنده ها می باشند که ممکن است فیمبریه ای یا غیر فیمبریه ای باشد. فیمبریه (پیلی) رشته ایی از جنس پروتئین است و بصورت پلیمری از زیر واحدها در سطح باکتری تشکیل می شود. نقش اصلی آن ها در اتصال می باشد و بطور مستقیم در بیماریزایی سویه های اشریشیاکلی تاثیر دارد. پیلی می توان به عنوان گیرنده باکتریوفاژ نیز عمل کند و در جذب و انتقال DNA و همچنین تحرک باکتری ایفای نقش می کند. فیمبریه نوع I (نه فیمبریه نوع P) در خلال کلونیزه شدن ابتدائی سلول های اپیتلیال بیان شده در حالیکه فیمبریه P بعداً هنگامی که باکتری در قسمت تحتانی دستگاه تنفس یا بافت های بدن است، بیان می شود. باکتری ها هنگامی که فیمبریه نوع یک را بیان می کنند سریعاً به وسیله ماکروفاژها کشته می شوند. انواعی از پیلی که در استقرار و بیماریزایی سویه های مختلف E.coli نقش دارند که شامل پیلی تیپ Ι، پیلی نوع P، پیلی نوع S، پیلی CS1 و پیلی تیپ ۴ می شوند. پیلی تیپ Ι به گیرنده های گلیکوپروتئینی که حاوی مانور، که در سطح RBC و سلول های یوکاریوتی یافت می شوند متصل می شوند. پلی نوع P با سلول های کلیه و مجاری ادرای ارتباط برقرار می کنند و نقش مهمی در ایجاد بیماری یوروپاتوژن (عفونت مجاری ادرای) دارند. پیلی نوع S در سویه های که باعث مننژیت در نوزادان می شود دیده می شوند. پیلی CS1 موجب استقرار سویه های ETEC در روده می شوند(توت و همکاران، ۲۰۰۱)^۱.
پیلی تیپ ۴ که به دو کلاس ۴A و ۴B تقسیم می شود. انواع ۴B در بسیاری از پاتوژن های روده ایی دیده می شود مانند پیلی تشکیل دهنده تجمع یا BFP (Bundle-forming pili) که در EPEC در قطبین باکتری ایجاد می شود یا CFA/Ш و لانگوس پیلی که در سویه ETEC وجود دارد(آماویزیت وهمکاران، ۲۰۰۱)^۲. یک اتصال دهنده بارز و غیر فیمبریه ای پروتئین اینتمین (Intimin) می باشد که به وسیله ژن eae (اتصال و جدایی اشریشیاکلی) (Attaching and effacting) موجود در EHEC و EPEC تولید می شود که به سلول باکتری اجازه اتصال به سطح آنتروسیت را داده و موجب بروز حرکات تیپیک اتصال و محو شدن می گردد(ون و همکاران، ۲۰۰۱)^۳.^[۲۹]
جدول شماره (۱-۱): ژن های ویرولانس در اشریشیا کلی و عملکرد ژن ها