大肠杆菌

大肠杆菌（/ˌɛʃəˈrɪkiə ˈkoʊlaɪ/），又名大肠杆菌（/ˌiː ˈkoʊlaɪ/），是大肠杆菌属的革兰氏阴性兼性厌氧杆状大肠杆菌，常见于大肠杆菌下段。 温血生物。 大多数大肠杆菌菌株是无害的，但某些血清型（EPEC、ETEC 等）会在其宿主体内引起严重的食物中毒，并且偶尔会导致导致产品召回的食品污染事件。 大多数菌株不会引起人类疾病，并且是肠道正常微生物群的一部分； 这些菌株对人类无害甚至有益（尽管与致病菌株相比，这些菌株的研究往往较少）。 例如，一些大肠杆菌菌株通过产生维生素 K2 或通过防止病原菌在肠道定植而使其宿主受益。 大肠杆菌和人类之间的这些互利关系是一种互惠生物关系——人类和大肠杆菌都在互惠互利。 大肠杆菌随粪便排出到环境中。 在有氧条件下，这种细菌会在新鲜粪便中大量生长三天，但之后其数量会缓慢下降。

大肠杆菌和其他兼性厌氧菌约占肠道菌群的 0.1%，粪口传播是致病菌致病的主要途径。 细胞能够在体外存活一段有限的时间，这使它们成为检测环境样本是否存在粪便污染的潜在指示生物。 不过，越来越多的研究已经检验了环境持久性大肠杆菌，这种大肠杆菌可以存活很多天并在宿主之外生长。

这种细菌可以在实验室环境中轻松且廉价地生长和培养，并且已经进行了 60 多年的深入研究。 大肠杆菌是化学异养菌，其化学成分确定的培养基必须包含碳源和能量源。 大肠杆菌是研究最广泛的原核模式生物，也是生物技术和微生物学领域的重要物种，在重组 DNA 的大部分工作中，它都是宿主生物。 在有利条件下，只需 20 分钟即可繁殖。

大肠杆菌是革兰氏阴性、兼性厌氧、不形成孢子的大肠杆菌。 细胞通常呈杆状，长约 2.0 μm，直径约 0.25-1.0 μm，细胞体积为 0.6-0.7 μm3。 抗生素可以有效治疗消化道以外的大肠杆菌感染和大多数肠道感染，但不能用于治疗这些细菌中的一种菌株引起的肠道感染。 允许细菌游动的鞭毛具有周生排列。 它还通过称为 intimin 的粘附分子附着并抹去肠道的微绒毛。

大肠杆菌可以在多种底物上生存，并在厌氧条件下使用混合酸发酵，产生乳酸、琥珀酸、乙醇、乙酸和二氧化碳。 由于混合酸发酵中的许多途径都会产生氢气，因此这些途径要求氢气含量较低，例如大肠杆菌与产甲烷菌或硫酸盐还原菌等耗氢生物共存时的情况。

此外，大肠杆菌的新陈代谢可以重新调整为仅使用 CO2 作为生物质生产的碳源。 换句话说，通过异源表达固碳基因和甲酸脱氢酶并进行实验室进化实验，可以改变这种专性异养生物的代谢以显示自养能力。 这可以通过使用甲酸盐来减少电子载体并提供这些合成自养生物内部合成代谢途径所需的 ATP 来完成。

大肠杆菌具有三种天然糖酵解途径：EMPP、EDP 和 OPPP。 EMPP 采用十个酶促步骤，每个葡萄糖分子产生两个丙酮酸、两个 ATP 和两个 NADH，而 OPPP 作为 NADPH 合成的氧化途径。

尽管 EDP 在这三种途径中在热力学上更有利，但大肠杆菌不使用 EDP 进行葡萄糖代谢，主要依赖 EMPP 和 OPPP。 除了在使用葡萄糖酸盐生长期间外，EDP 主要保持无活性。

在存在糖混合物的情况下生长时，细菌通常会通过称为分解代谢物抑制的过程依次消耗糖。 通过抑制参与代谢较不喜欢的糖的基因的表达，细胞通常会首先消耗产生最高生长速率的糖，然后是产生次高生长速率的糖，依此类推。 在这样做的过程中，细胞确保它们有限的代谢资源被用于最大化生长速度。