大腸桿菌

1885年，德國奧地利兒科醫生特奧多爾·埃舍裏希（Theodor Escherich，1857年11月29日—1911年2月15日）嘗試找出霍亂病原時，他在健康人的糞便中分離出了這種生物，由於它存在於結腸（colon）中，便將其最初命名為“Bacterium coli commune”。 ^[6] 

注：原核生物的早期分類根據其形狀和運動性將其分為少數幾個屬，在當時Ernst Haeckel對原核生物界（Monera）已經存在細菌的分類。

在對細菌屬（Bacterium）進行修訂後，Migula於1895年將其重新歸類為“Bacillus coli”，後來由Aldo Castellani和Albert John Chalmers將其重新分類為新創建的埃希氏菌屬（Escherichia），以其最初的發現者的名字的屈折語尾而拉丁化命名，省略屬名後也常以E. coli表記。 ^[11] 

大腸桿菌屬（Escherichia）屬於為腸桿菌科，但腸桿菌科的學名不是“Escherichiaceae”，而是“Enterobacteriace”。 ^[16] 

大腸桿菌是一種兩端鈍圓、能運動、無芽孢的革蘭氏陰性、兼性厭氧、桿狀、大腸埃希氏菌屬細菌，常見於小腸下部的温血生物。 ^[5]  大多數大腸桿菌的菌株是無害的，無害的菌株是動物腸道中正常寄居菌，會製造維生素K、防止腸道中其他致病菌的生長，對人體有益。但其中很小一部分在一定條件下引起疾病，某些血清型（EPEC、ETEC等）大腸桿菌會在其宿主中引起嚴重的食物中毒，並且偶爾會導致產品召回的食品污染事件，這主要是由特定的菌毛抗原、致病性毒素等感染引起的，除胃腸道感染以外，還會引起尿道感染、關節炎、腦膜炎以及敗血型感染等 ^[1]  。

大腸桿菌經常透過糞便排放而散佈到環境中，它們會在新鮮的糞便且氧氣充足的環境中大量孳生約3天，之後菌數就會下降。 ^[15] 

這種細菌可以在實驗室環境中輕鬆、廉價地生長和培養，被廣泛用於生物實驗中基因複製和表現的宿主。 ^[12-13]  大腸桿菌也是一種化學營養型，其化學成分確定的培養基必須包含碳源和能源。大腸桿菌是研究最廣泛的原核模式生物，也是生物技術和微生物學領域的重要物種，在重組DNA的大部分工作中，它都是宿主生物。在有利的條件下，複製只需 20 分鐘 ^[14]  。

按照國際公認的分類，主要有六個種類的大腸桿菌，即能夠致使胃腸道感染的腸致病性大腸桿菌（Enteropathogenic E. coli，EPEC）、腸道產毒素性的大腸桿菌（enterotoxigenic E. coli，ETEC）、腸侵襲性大腸桿菌（enteroinvasive E. coli，EIEC）、腸出血性大腸桿菌（enterohemorrhagic E. coli，EHEC）、腸聚集性大腸桿菌（enteroaggregative E. coli，EAEC）以及近年來發現的腸產志賀樣毒素同時具有一定侵襲力的大腸桿菌（ESIES），另外，還有能夠致使尿道感染的尿道致病性的大腸桿菌（uropathogenic E. coli，UPEC），以及最新命名的腸道集聚性的黏附大腸桿菌（EAggEC） ^{[1]  [17]}  。

根據大腸桿菌的感染性狀能否產生溶血素和有無溶血的能力，可將大腸桿菌分為兩大類：即溶血性的大腸桿菌和非溶血性的大腸桿菌 ^[1]  。

根據大腸桿菌在感染過程中能否產生腸毒素的能力，可將大腸桿菌分為兩大類：即產腸毒素性的大腸桿菌和非產腸毒素性的大腸桿菌。產腸毒素性的大腸桿菌是人和多種動物的任何感染性腹瀉的重要病原，鑑定產腸毒素性的大腸桿菌主要是測定所分離大腸桿菌分泌的腸毒素的類型。除此之外，也可以根據大腸桿菌產生腸毒素的能力，結合其對不同腸毒素的敏感性，而將大腸桿菌分型，稱為腸毒素型 ^[1]  。

大腸桿菌是短桿菌，兩端呈鈍圓形，革蘭陰性。有時因環境不同，個別菌體出現近似球杆狀或長絲狀；大腸桿菌多是單一或兩個存在，但不會排列呈長鍊形狀；大多數的大腸桿菌菌株具有莢膜或微莢膜結構，但是不能形成芽孢；多數大腸桿菌菌株生長有菌毛，其中一些菌毛是針對宿主及其他的一些組織或細胞具有黏附作用的宿主特異性菌毛 ^[1]  。

大腸桿菌的生化代謝非常活躍。大腸桿菌可以發酵葡萄糖產酸、產氣，個別菌株不產氣，大腸桿菌還能發酵多種碳水化合物，也可以利用多種有機酸鹽。大腸桿菌在常用的生化特性檢測項目中，甲基紅試驗呈陽性，吲哚產生和乳糖發酵是陽性（個別菌株表現陰性），維-培試驗是陰性，尿素酶和檸檬酸鹽利用呈陰性（極個別菌株表現陽性），硝酸鹽還原試驗表現陽性，氧化酶表現陰性，氧化-發酵試驗表現為F型 ^[1]  。

對人和多種動物來講，由於病原大腸桿菌常常傾向具有一定的宿主特異性，對人有致病作用的菌株常常是很少引起動物的感染，反之亦然，據此可將病原大腸桿菌大致上將其劃分為兩種：即人病原大腸桿菌和動物病原大腸桿菌。動物的致瀉性大腸桿菌已被明確的特徵主要是類似於ETEC的菌株。UPEC是一羣能夠引起人的尿道感染最常見的病原大腸桿菌。尿道感染是很少獨立存在於動物的大腸桿菌病中的感染症狀 ^[1]  。

大腸桿菌的發生與流行感染是呈世界性分佈的，但大腸桿菌的流行性還是存在一定的區域分佈特徵的。這些區域分佈的特徵在人的大腸桿菌感染中表現的更明顯些，最大的可能是因為與區域間經濟條件和社會衞生狀況等有一定聯繫的 ^[1]  。

動物的大腸桿菌病可以發生在多種家畜、家禽、養殖經濟動物以及其他陸生動物和某些水產動物，其中豬和雞是最為易感的，而且危害十分嚴重 ^[1]  。

大腸桿菌在動物羣體間的感染的季節發病特徵不是非常明顯。在一年四季豬均可發生，但只要是發生在豬的產仔期至斷乳期，這與豬的易感日齡相關聯。犢牛和羔羊多發生於冬季和春季。其他動物的大腸桿菌感染在常年均有發生，季節性不明顯 ^[1]  。

人的大腸桿菌病的主要傳染源是因為在胃腸道感染患者的糞便中有大量大腸桿菌病原菌排至體外構成的。大腸桿菌在人之間的傳播途徑多是通過糞-口這一傳播途徑，在一定的條件下可引起大腸桿菌病散發或流行 ^[1]  。

食品中的大腸桿菌進行快速準確的檢測已成為了人們經常關注的問題。下面闡述食品中的大腸桿菌檢測的方法及分析 ^[2]  。

這種方法主要是在44.5℃下的培養基上進行大腸桿菌的培養，該培養基含有熒光底物，需要培養24h。然後對熒光底物進行釋放，需要採用葡萄糖醛酸進行，讓培養基能夠在紫外光的照射下發出熒光。採用這樣的方式方法，還可以進行統計學估計原來樣品中的菌落。主要步驟包括髮酵、分離培養、二次發酵、顯微鏡觀察等 ^[2]  。

該方法主要過程：加入10mL左右的無菌水於濾器中，然後摻入一些無菌水進行清潔濾器的內壁，再進行過濾，將濾膜放在M-FC培養基中，兩者之間不能夠有氣泡，然後進行密封，存放温度為44.5℃，存放時間約24h，直到大腸桿菌的菌羣變成藍色或藍綠色。然後記錄數據，估算每一單位的水溶液菌羣數量，然後進行大腸桿菌量值的換算 ^[2]  。

用無菌吸管吸取稀釋度樣品1mL，該樣品與乳糖膽鹽發酵類似，然後將其放入無菌培養皿中，再加入温度於45℃下的CDLJJD顯色培養基中10mL的量，並進行培養皿中溶液均勻混合，可以通過快速轉動培養皿的方式，等溶液凝固以後，加入5mL左右 ^[3]  ，然後快速搖晃培養基，使其可以均勻覆蓋平板表面，等其凝固以後，翻轉培養基，在温度37℃中培養24h左右，然後觀察其形態，顏色等變化。除此之外，平行設置兩個稀釋度培養基，步驟是先稀釋樣本，通過稀釋後，微生物可以分散為單個細胞，然後進行一定環境條件下培養，直到其長成菌落為止，然後進行計算大腸桿菌的數量，通過稀釋度和樣本數量進行計算 ^[2]  。

該分離技術的主要原理是以磁珠為載體和抗體，進行抗體和磁珠的結合，然後通過磁力技術完成力學的移動，進而分離大腸桿菌。與其他分離細菌的方式相比，這樣的方式方法具有一定的優點，該技術可以提升樣本中病原性弧菌的檢測成功率，並且免疫磁珠技術可以於不同菌種中對不同的微生物進行處理，進而在很大程度上提高檢測效率 ^[2]  。

主要是運用免疫自動化分析儀，該技術產生並運用於1970年。隨着科技的發展和進步，自動化儀器檢測技術應用非常廣泛，並且操作起來非常方便，可以節約很多時間，其受干擾的程度較小，可以節省人力物力的投入，也可以提高檢測的精確度。在現階段的發展過程中，自動酶的免疫檢測體系的應用非常廣泛 ^[2]  。

在近些年的發展過程中，生物發光技術應用很廣泛，是一種比較快速的檢測微生物的技術。在活性細胞中，ATP是其常見的能量代謝產，可以提供細胞生理活動過程中所需的能量。並且，該技術可以在生物體內可以在一定範圍內保持一定的含量。食品中的大腸桿菌檢測技術可以採用熒光光度的方法，因為生物體發光的原因是有熒光素酶的作用，產生了發光的效果。該物質來源於北美的螢火蟲體內，可以催化熒光素的氧化作用，不過，該物質性質不穩定，可以對熒光進行快速分解。另外，該檢測技術結果獲得過程是非常快的，並且該設備攜帶方便，十分適用於現場檢測 ^[2]  。

可引起腹瀉的致病性大腸桿菌、傷寒桿菌、霍亂弧菌等普通細菌繁殖體，80℃熱水需要5~10分鐘、沸水需要2~5分鐘才能殺滅。 ^[4] 

大腸桿菌是現代生物學中研究最多的一種細菌，作為一種模式生物，其基因組序列已全部測出。用分子生物學方法在大腸桿菌得出的結論可用於其它生物的研究。此外，在生物工程中，大腸桿菌被廣泛用於基因複製和表現的宿主。 ^[12-13] 

1996年，蘇格蘭威肖爆發大腸桿菌食物中毒事件，造成21人死亡 ^[10]  。這一死亡人數在2011年H4型大腸桿菌疫情被超過，該事件與有機葫蘆巴芽苗（fenugreek sprouts）有關，導致53人死亡 ^[7-9]  。