Escherichia coli (allgemein abgekürzter E. coli) ist eine mit dem Gramm negative, Bakterie in der Form von der Stange, die im niedrigeren Eingeweide von warmblütigen Organismen (endotherms) allgemein gefunden wird. Die meisten E. coli Beanspruchungen sind harmlos, aber einige serotypes können ernste Nahrungsmittelvergiftung in Menschen verursachen, und sind gelegentlich für Produktrückrufe wegen der Nahrungsmittelverunreinigung verantwortlich. Die harmlosen Beanspruchungen sind ein Teil der normalen Flora der Eingeweide, und können ihren Gastgebern durch das Produzieren des Vitamins K, und durch das Verhindern der Errichtung von pathogenen Bakterien innerhalb des Eingeweides nützen.

E. coli und verwandte Bakterien setzen ungefähr 0.1 % der Eingeweide-Flora ein, und fäkal-mündliche Übertragung ist der Hauptweg, durch den pathogene Beanspruchungen der Bakterie Krankheit verursachen. Zellen sind im Stande, außerhalb des Körpers für eine beschränkte Zeitdauer zu überleben, die sie ideale Anzeigeorganismen macht, um Umweltproben für die fäkale Verunreinigung zu prüfen. Es, gibt jedoch, einen wachsenden Körper der Forschung, die umweltsmäßig beharrlichen E. coli untersucht hat, der seit verlängerten Zeitspannen außerhalb des Gastgebers überleben kann. Die Bakterie kann auch leicht und billig in einer Laboreinstellung gewachsen werden, und ist seit mehr als 60 Jahren intensiv untersucht worden. E. coli ist der am weitesten studierte prokaryotic Musterorganismus und eine wichtige Art in den Feldern der Biotechnologie und Mikrobiologie, wo es als der Gastgeber-Organismus für die Mehrheit der Arbeit mit der recombinant DNA gedient hat.

Geschichte

Die Klassen Escherichia und Salmonella sind vor ungefähr 102 Millionen Jahren abgewichen (Vertrauenswürdigkeitszwischenraum: 57-176 mya), der mit der Abschweifung ihrer Gastgeber zusammenfällt: der erstere, in Säugetieren und die Letzteren in Vögeln und Reptilien gefunden werden. Dem wurde von einem Spalt des escherichian Vorfahren in fünf Arten gefolgt (E. albertii, E. coli, E. fergusonii, E. hermannii und E. vulneris. Die letzten E. coli Vorfahr spalten sich zwischen 20 und 30 mya auf.

1885 hat Theodor Escherich, ein deutscher Kinderarzt, zuerst diese Art in den Fäkalien von gesunden Personen entdeckt und hat sie Bakterie coli Kommune wegen der Tatsache genannt, die es im Doppelpunkt gefunden wird und frühe Klassifikationen von Prokaryotes diese in eine Hand voll Klassen gelegt haben, die auf ihrer Gestalt und motility gestützt sind (damals, war die Klassifikation von Ernst Haeckel von Bakterien in Königreich Monera im Platz).

Bakterie coli war die Typ-Arten der jetzt ungültigen Klasse-Bakterie, als es offenbart wurde, dass die ehemalige Typ-Art ("Bakterie triloculare") vermisst wurde.

Im Anschluss an eine Revision von Bakterien wurde es als Bazillus coli von Migula 1895 wiederklassifiziert und später in der kürzlich geschaffenen Klasse Escherichia, genannt nach seinem ursprünglichen Entdecker wiederklassifiziert.

Die Klasse gehört in einer Gruppe von Bakterien informell bekannt als "coliforms", und ist ein Mitglied der Familie von Enterobacteriaceae ("der Unterleibstyphus") von Gammaproteobacteria.

Im Mai 2011 ist ein E. coli Beanspruchung das Thema gewesen, der in Deutschland begonnen hat. Bestimmte Beanspruchungen von E. coli sind eine Hauptursache der foodborne Krankheit. Der Ausbruch hat angefangen, als mehrere Menschen in Deutschland mit enterohemorrhagic E. coli (EHEC) Bakterien angesteckt wurden, zu Hemolytic-Uremic-Syndrom (HUS), ein medizinischer Notfall führend, der dringende Behandlung verlangt. Der Ausbruch hat Deutschland, aber 11 andere Länder einschließlich Gebiete in Nordamerika nicht nur betroffen. Am 30. Juni 2011 hat deutscher Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) (Bundesinstitut für die Risikobewertung, eine föderalistische, völlig gesetzliche Entität laut des öffentlichen Rechts der Bundesrepublik Deutschland, eines Instituts innerhalb des deutschen Bundesministeriums des Essens, der Landwirtschaft und des Verbraucherschutzes) bekannt gegeben, dass Samen des Bockshornklees von Ägypten die Ursache des EHEC Ausbruchs wahrscheinlich waren.

Biologie und Biochemie

E. coli ist mit dem Gramm negativer, fakultativer anaerobic und non-sporulating. Zellen sind normalerweise in der Form von der Stange, und sind ungefähr 2.0 Mikron (μm) lange und 0.5 μm im Durchmesser, mit einem Zellvolumen 0.6 - 0.7 (μm). Es kann von einem großen Angebot an Substraten leben. E. coli verwendet mischsaure Gärung in anaerobic Bedingungen, Laktat, succinate, Vinylalkohol, Azetat und Kohlendioxyd erzeugend. Da viele Pfade in der mischsauren Gärung Wasserstoffbenzin erzeugen, verlangen diese Pfade, dass die Niveaus von Wasserstoff niedrig sind, wie der Fall ist, wenn E. coli zusammen mit wasserstoffverbrauchenden Organismen, wie methanogens oder Sulfat reduzierenden Bakterien lebt.

Das optimale Wachstum von E. coli kommt an 37°C (98.6°F) vor, aber einige Laborbeanspruchungen können bei Temperaturen bis zu 49°C (120.2°F) multiplizieren. Wachstum kann durch aerobic oder anaerobic Atmung, mit einer großen Vielfalt von redox Paaren, einschließlich der Oxydation von Brenztraubensäure, Ameisensäure, Wasserstoff und Aminosäuren und der Verminderung von Substraten wie Sauerstoff, Nitrat, fumarate, dimethyl sulfoxide und trimethylamine N-Oxyd gesteuert werden.

Beanspruchungen, die Geißeln besitzen, sind motile. Die Geißeln haben eine peritrichous Einordnung.

E. coli und verwandte Bakterien besitzen die Fähigkeit, DNA über die Bakterienkonjugation, transduction oder Transformation zu übertragen, die genetischem Material erlaubt, sich horizontal durch eine vorhandene Bevölkerung auszubreiten. Dieser Prozess hat zur Ausbreitung des Gens geführt, das shiga Toxin von Shigella bis, getragen durch einen bacteriophage verschlüsselt.

Ungleichheit

Escherichia coli umfasst eine enorme Bevölkerung von Bakterien, die einen sehr hohen Grad sowohl der genetischen als auch phenotypic Ungleichheit ausstellen. Genom sequencing einer Vielzahl dessen isoliert E. coli, und verwandte Bakterien zeigt, dass eine taxonomische Wiederklassifikation wünschenswert sein würde. Jedoch ist das größtenteils wegen seiner medizinischen Wichtigkeit nicht getan worden, und Escherichia coli bleibt eine der verschiedensten Bakterienarten: Nur 20 % des Genoms sind für alle Beanspruchungen üblich. Tatsächlich, aus dem Entwicklungsgesichtspunkt, den Mitgliedern der Klasse sollte Shigella (dysenteriae, flexneri, boydii, sonnei) als E. coli Beanspruchungen klassifiziert werden, ein Phänomen hat taxa verkleidet genannt. Ähnlich sind andere Beanspruchungen von E. coli (z.B die K-12-Beanspruchung, die allgemein in der recombinant DNA-Arbeit verwendet ist), genug verschieden, dass sie Wiederklassifikation verdienen würden.

Eine Beanspruchung ist eine Untergruppe innerhalb der Art, die einzigartige Eigenschaften hat, die es von anderen Beanspruchungen unterscheiden. Diese Unterschiede sind häufig nur am molekularen Niveau feststellbar; jedoch können sie auf Änderungen zur Physiologie oder dem Lebenszyklus der Bakterie hinauslaufen. Zum Beispiel kann eine Beanspruchung pathogene Kapazität, die Fähigkeit gewinnen, eine einzigartige Kohlenstoff-Quelle, die Fähigkeit zu verwenden, auf eine besondere ökologische Nische oder die Fähigkeit zu nehmen, antimikrobischen Reagenzien zu widerstehen. Verschiedene Beanspruchungen von E. coli sind häufig mit dem Gastgeber spezifisch, es möglich machend, die Quelle der fäkalen Verunreinigung in Umweltproben zu bestimmen. Zum Beispiel erlaubt das Wissen, welche E. coli Beanspruchungen in einer Wasserprobe da sind, Forschern, Annahmen darüber zu machen, ob die Verunreinigung aus einem Menschen, einem anderen Säugetier oder einem Vogel entstanden ist.

Serotypes

Ein allgemeines Unterteilungssystem von E. coli, aber nicht gestützt auf der Entwicklungszusammenhängendkeit, ist durch serotype, der auf Hauptoberflächenantigenen basiert (O Antigen: ein Teil der lipopolysaccharide Schicht; H: flagellin; K Antigen: Kapsel), z.B. O157:H7) (NB: K-12, die allgemeine Laborbeanspruchung ist nicht ein serotype.)

Genom-Knetbarkeit

Wie der ganze lifeforms entwickeln sich neue Beanspruchungen von E. coli durch die natürlichen biologischen Prozesse der Veränderung, Genverdoppelung und horizontalen Genübertragung in besonderen 18 % des Genoms der Laborbeanspruchung MG1655 wurde seit der Abschweifung von der Salmonelle horizontal erworben. In der Mikrobiologie sind alle Beanspruchungen von E. coli auf E. coli K-12 oder E. coli B Beanspruchungen zurückzuführen. Einige Beanspruchungen entwickeln Charakterzüge, die für ein Gastgeber-Tier schädlich sein können. Diese giftigen Beanspruchungen verursachen normalerweise einen Anfall von der Diarrhöe, die in gesunden Erwachsenen unangenehm ist und häufig Kindern in der sich entwickelnden Welt tödlich ist. Giftigere Beanspruchungen, wie Ursache ernste Krankheit oder Tod im Ältlichen, dem sehr jungen oder dem immunocompromised.

Beanspruchung von Neotype

E. coli ist die Typ-Arten der Klasse (Escherichia), und der Reihe nach ist Escherichia die Typ-Arten der Familie Enterobacteriaceae, wo es bemerkt werden sollte, dass der Familienname von der Klasse Enterobacter + "i" (sic) nicht entstielt. + "aceae", aber von "enterobacterium" + "aceae" (enterobacterium, nicht eine Klasse, aber ein alternativer trivialer Name zur Darmbakterie seiend).

Wie man

glaubt, wird die ursprüngliche von Escherich beschriebene Beanspruchung verloren, folglich wurde eine neue Typ-Beanspruchung (neotype) als ein Vertreter gewählt: Die Neotype-Beanspruchung ist ATCC 11775, auch bekannt als NCTC 9001, der zu Hühnern pathogen ist und O1:K1:H7 serotype hat. Jedoch in den meisten Studien entweder O157:H7 oder K-12 werden MG1655 oder K-12 W3110 als ein vertretender E.coli verwendet.

Phylogeny von Beanspruchungen von Escherichia coli

Escherichia coli ist eine Art. Eine Vielzahl von Beanspruchungen, die dieser Art gehören, ist isoliert und charakterisiert worden. Zusätzlich zu serotype (siehe supra) können sie gemäß ihrem phylogeny, d. h. der abgeleiteten Entwicklungsgeschichte, wie gezeigt, unten klassifiziert werden, wo die Art in sechs Gruppen geteilt wird.

Die Verbindung zwischen der phylogenetic Entfernung ("Zusammenhängendkeit") und Pathologie, ist z.B die Beanspruchungen von O157:H7 serotype klein, die einen clade ("eine exklusive Gruppe") bilden - Gruppe E unten - ist alle Enterohaerogic-Beanspruchungen (EHEC), aber nicht alle EHEC-Beanspruchungen sind nah verbunden. Tatsächlich werden vier verschiedene Arten von Shigella unter E. coli Beanspruchungen verschachtelt (siehe supra), während Escherichia albertii und Escherichia fergusonii außerhalb dieser Gruppe sind. Alle allgemein verwendeten Forschungsbeanspruchungen von E. coli' gehören der Gruppe A und werden hauptsächlich von der K-12-Beanspruchung von Clifton abgeleitet (λ  F ; O16) und zu einem kleineren Grad vom "Bazillus von d'Herelle coli" Beanspruchung (B Beanspruchung) (O7).

Genome

Die erste ganze DNA-Folge eines E. coli Genom (Laboratorium spannen K-12 abgeleiteten MG1655), wurde 1997 veröffentlicht. Wie man fand, war es ein kreisförmiges DNA-Molekül 4.6 Millionen Grundpaare in der Länge, 4288 kommentierte Protein codierende Gene (organisiert in 2584 operons), sieben ribosomal RNS (rRNA) operons und 86 Übertragungs-RNS (tRNA) Gene enthaltend. Trotz, das Thema der intensiven genetischen Analyse seit etwa 40 Jahren zu sein, war eine Vielzahl dieser Gene vorher unbekannt. Wie man fand, war die Codierdichte mit einer Mittelentfernung zwischen Genen von nur 118 Grundpaaren sehr hoch. Wie man beobachtete, hat das Genom eine bedeutende Anzahl von transposable genetischen Elementen enthalten, hat Elemente, rätselhaften prophages und bacteriophage Reste wiederholt.

Heute sind mehr als 60 ganze genomic Folgen der Arten Escherichia und Shigella verfügbar. Der Vergleich dieser Folgen zeigt einen bemerkenswerten Betrag der Ungleichheit; nur ungefähr 20 % jedes Genoms vertreten Folgen, die in jedem des Isolierens da sind, während sich etwa 80 % jedes Genoms darunter ändern können, isoliert. Jedes individuelle Genom enthält zwischen 4,000 und 5,500 Genen, aber die Gesamtzahl von verschiedenen Genen unter allen sequenced E. coli Beanspruchungen (das Pangenom) geht 16,000 zu weit. Diese sehr große Vielfalt von Teilgenen ist interpretiert worden, um zu bedeuten, dass zwei Drittel des E. coli Pangenom, das in anderen Arten hervorgebracht ist, und durch den Prozess der horizontalen Genübertragung angekommen sind.

Rolle als normaler microbiota

E. coli kolonisiert normalerweise eine gastrointestinal Fläche eines Säuglings innerhalb von 40 Stunden der Geburt, mit dem Essen oder Wasser oder mit den Personen ankommend, die das Kind behandeln.

Im Darm klebt es am Schleim des Dickdarms. Es ist der primäre fakultative anaerobe der menschlichen gastrointestinal Fläche. (Fakultative anaerobes sind Organismen, die entweder in die Anwesenheit oder in Abwesenheit von Sauerstoff wachsen können.) Als lange, da diese Bakterien genetische Element-Verschlüsselung für Giftigkeitsfaktoren nicht erwerben, bleiben sie gütige Tischgenossen.

Therapeutischer Gebrauch von nichtpathogenem E. coli

Gemäß seinem Hersteller spannen nichtpathogene Escherichia coli Nissle 1917 auch bekannt als Mutaflor werden als ein probiotic Agent in der Medizin hauptsächlich für die Behandlung von verschiedenen gastroenterological Krankheiten einschließlich entzündlicher Darm-Krankheit verwendet.

Rolle in Krankheit

Giftige Beanspruchungen von E. coli können Gastroenteritis, Harnfläche-Infektionen und Neugeborenengehirnhautentzündung verursachen. In selteneren Fällen sind giftige Beanspruchungen auch für hemolytic-uremic Syndrom, Bauchfellentzündung, Brustdrüsenentzündung, Septikämie und mit dem Gramm negative Lungenentzündung verantwortlich.

Musterorganismus in der Lebenswissenschaft-Forschung

Rolle in der Biotechnologie

Wegen seiner langen Geschichte der Laborkultur und Bequemlichkeit der Manipulation, E. coli spielt auch eine wichtige Rolle in der modernen biologischen Technik- und Industriemikrobiologie. Die Arbeit von Stanley Norman Cohen und Herbert Boyer in E. coli, mit plasmids und Beschränkungsenzymen, um recombinant DNA zu schaffen, ist ein Fundament der Biotechnologie geworden.

E. coli ist ein sehr vielseitiger Gastgeber für die Produktion von heterologous Proteinen, und verschiedene Protein-Ausdruck-Systeme sind entwickelt worden, die die Produktion von recombinant Proteinen in E. coli erlauben. Forscher können Gene in die Mikroben mit plasmids einführen, die hohen Ausdruck des Proteins erlauben, und solches Protein in Industriegärungsprozessen erzeugte Masse sein kann. Eine der ersten nützlichen Anwendungen der recombinant DNA-Technologie war die Manipulation von E. coli, um menschliches Insulin zu erzeugen. Viele Proteine haben vorher schwierig gedacht, oder unmöglich, in E. coli in der gefalteten Form ausgedrückt zu werden, sind auch in E. coli erfolgreich ausgedrückt worden. Zum Beispiel können Proteine mit vielfachen disulphide Obligationen im periplasmic Raum oder im Zytoplasma von Mutanten gemacht erzeugt werden genug oxidierend, um Disulphide-Obligationen zu erlauben, sich zu formen, während Proteine, die Postübersetzungsmodifizierung wie glycosylation für die Stabilität oder Funktion verlangen, mit dem System von N-linked glycosylation von Campylobacter jejuni ausgedrückt worden sind, der in E. coli konstruiert ist.

Modifizierte E. coli Zellen sind in der Impfentwicklung, bioremediation, und Produktion von unbeweglich gemachten Enzymen verwendet worden.

Musterorganismus

E. coli wird oft als ein Musterorganismus in Mikrobiologie-Studien verwendet. Kulturbeanspruchungen (z.B. E. coli K12) werden an die Laborumgebung, und verschieden von wilden Typ-Beanspruchungen gut angepasst, haben ihre Fähigkeit verloren, im Eingeweide zu gedeihen. Viele Laboratorium-Beanspruchungen verlieren ihre Fähigkeit, biofilms zu bilden. Diese Eigenschaften schützen wilde Typ-Beanspruchungen vor Antikörpern und anderen chemischen Angriffen, aber verlangen einen großen Verbrauch an der Energie und den materiellen Mitteln.

1946 haben Joshua Lederberg und Edward Tatum zuerst das als Bakterienkonjugation bekannte Phänomen mit E. coli als eine Musterbakterie beschrieben, und es muss das primäre Modell, Konjugation zu studieren. E. coli war ein integraler Bestandteil der ersten Experimente, um phage Genetik zu verstehen, und frühe Forscher, wie Seymour Benzer, haben E. coli und phage T4 verwendet, um die Topografie der Genstruktur zu verstehen. Vor der Forschung von Benzer war es nicht bekannt, ob das Gen eine geradlinige Struktur war, oder wenn es ein sich verzweigendes Muster hatte.

E. coli war einer der ersten Organismen, um sein Genom sequenced zu haben; das ganze Genom von E. coli K12 wurde durch die Wissenschaft 1997 veröffentlicht.

Die langfristigen Evolutionsexperimente mit E. coli, begonnen von Richard Lenski 1988, haben direkte Beobachtung von Hauptentwicklungsverschiebungen im Laboratorium erlaubt. In diesem Experiment hat eine Bevölkerung von E. coli unerwartet die Fähigkeit zu aerobically metabolize Zitrat entwickelt, das in E. coli äußerst selten ist. Da die Unfähigkeit, aerobically anzubauen, normalerweise als ein diagnostisches Kriterium verwendet wird, mit dem man E. coli von anderem, nah verwandten Bakterien wie Salmonelle unterscheidet, kann diese Neuerung ein im Laboratorium beobachtetes Artbildungsereignis kennzeichnen.

Durch das Auswerten der möglichen Kombination von Nanotechnologien mit der Landschaft-Ökologie können komplizierte Habitat-Landschaften mit Details am nanoscale erzeugt werden. Auf solchen synthetischen Ökosystemen sind Entwicklungsexperimente mit E. coli durchgeführt worden, um die Raumbiophysik der Anpassung in einer Insel biogeography auf dem Span zu studieren.

Studien werden auch in die Programmierung E. coli durchgeführt, um komplizierte Mathematik-Probleme wie das Pfad-Problem von Hamiltonian potenziell zu beheben.

Siehe auch

• Bakteriologische Wasseranalyse
• Bakterien von Coliform
• Verunreinigungskontrolle
• Damm dcm spannt
• Fäkaler coliforms
• GIANTmicrobes
• Internationaler Code der Nomenklatur von Bakterien
• Liste von Bakterienklassen genannt nach Vornamen
• Mannan Oligosaccharide hat Ernährungsergänzungen gestützt
• System von T4 rII

Außenverbindungen

• Foto Blog Posten von Escherichia Coli
• E. coli Gegen die Organische Landwirtschaft
• E. coli: Schutz von sich und Ihrer Familie von einer manchmal tödlichen Bakterie
• E. Coli-Statistik
• Spinat und E. coli Ausbruch - die Vereinigten Staaten. FDA
• E. Coli-Ausbruch vom Frischen Spinat - die Vereinigten Staaten. CDC
• Aktuelle Forschung über Escherichia coli am Forschungspark Norwich
• E. Coli-Gasproduktion von der Traubenzucker-Videodemonstration
• Die richtige Weise, E. coli zu schreiben

Datenbanken

• EcoSal hat Ständig Webquelle aktualisiert, die auf der klassischen ASM-Presseveröffentlichung Escherichia coli und Salmonelle gestützt ist: Zellulare und Molekulare Biologie
• Uropathogenic Escherichia coli (UPEC)
• ECODAB Die Struktur der O-Antigene, die die Basis der serological Klassifikation von E. coli bilden
• 2DBase 2.-seitige Datenbank der Universität von Escherichia coli von Bielefeld - Gärungsengineering Group (AGFT)
• 5S rRNA Datenbankinformation über nucleotide Folgen 5S rRNAs und ihre Gene
• ACLAME Eine Klassifikation von Beweglichen genetischen Elementen
• Matrices von AlignACE, die nach zusätzlichen verbindlichen Seiten im E. coli genomic Folge suchen
• Die Datenbank von ArrayExpress von funktionellem genomics experimentiert
• So bald wie möglich Umfassende Genom-Information für mehrere Darmbakterien mit der Gemeinschaftsanmerkung
• Bacteriome E. coli DNA BINDENDE Seite Matrices, der zum Ganzen E. coli K-12 Genom angewandt

ist

• Genpfortmittelpunkt von BioGPS
• BRENDA umfassendes Enzym-Informationssystem
• BSGI Genomics Bakterienstrukturinitiative
• CATH Protein-Struktur-Klassifikation
• CBS Genom-Atlas
• CDD erhaltene Bereichsdatenbank
• CIBEX Zentrum für die Informationsbiologie-Genausdruck-Datenbank
• ZÄHNE
• Coli Genetische Aktienzentrum-Beanspruchungen und genetische Information über E. coli K-12
• coliBASE
• EcoCyc - literaturbasierter curation des kompletten Genoms, und der transcriptional Regulierung, Transportvorrichtungen und metabolischen Pfade
• PortEco (früher EcoliHub) - GeNIH-förderte umfassende Datenquelle für E. coli K-12 und seinen phage, plasmids, und bewegliche genetische Elemente
• EcoliWiki ist der Gemeinschaftsanmerkungsbestandteil von PortEco