大腸菌
細胞は限られた時間、体外で生存することができる。排出された大腸菌は、好気性条件下で3日間、新鮮な糞便中で大量に増殖するが、その後は徐々に減少することが報告されている。大腸菌は株ごとに異なる特徴を持ち、また異なる動物の腸内には異なる株の大腸菌が生息している。そのため、糞便汚染を検出するための潜在的な指標生物として利用されている。例えば、環境水を汚染している糞便が人間から出たものか、鳥類から出たものかを推定することができる。一方で近年の研究から、宿主の外で何日も生存し増殖するような、環境的に持続的な大腸菌の存在が明らかになっている。
大腸菌は実験室で簡単かつ安価に増殖および培養でき、原核生物のモデル生物の一つとして、60年以上に渡って徹底的に研究されてきた。大腸菌は化学合成生物(ヘテロトロフ)であり、炭素源とエネルギー源を含む化学的に定義された培地で培養することができる。また大腸菌はバイオテクノロジーおよび微生物学の分野で重要な種であり、組換えDNAに基づく科学研究において宿主生物として多用されている。良好な培養条件下では、細胞分裂にわずか20分ほどしかかからない。遺伝子を組み込むことで、化学物質の生産にも利用される。
食品衛生法では、大腸菌群陰性とは加熱済み食品の加熱ができており、加熱後の二次汚染がないことと規定されている。また、食品衛生法の規格基準にある検査法で検出する菌を E. coli と記述しているが E. coli であってもこれにあてはまらない菌も多く、食品衛生上の行政用語である。これは検査法では、大腸菌群の培養温度が異なるだけの糞便性大腸菌群とほぼ同一の内容である。
細胞周期は3つの段階に分かれている。B期は、細胞分裂の完了とDNA複製の開始との間に発生する。C期は、染色体DNAを複製するのにかかる時間を含む。D期は、DNA複製の終了と細胞分裂の終わりの間の段階を指す。より多くの栄養素が利用可能である場合、大腸菌の倍加率はより高くなる。ただし、倍加時間がC期とD期の合計より短くなっても、C期とD期の長さ自体には変化はない。最速の成長率を示す状況下では、複製ラウンドが完了する前に次の複製が開始され、DNAに沿って複数の複製フォークが形成され、細胞周期が重複する。
急速に成長する大腸菌の複製フォークの数は、通常2n(n=1、2、または3)である。これは同期複製と呼ばれ、複製が複製起点から同時に開始された場合にのみ発生する。ただし、培養物内の細胞は、全てが同期的に複製されるわけではない。複数ペアの複製フォークが存在しない細胞においては、複製開始は非同期になる。この非同期は、たとえばDnaA やDnaAイニシエーター関連タンパク質DiaAへの変異によって引き起こされている可能性がある。
ヒトに対して、大腸菌の死骸を含んだ液体(大腸菌死菌浮遊液)が、直腸部に塗布されると、白血球が呼び寄せられるため、感染防御の役に立つことが知られており、これを利用した薬剤が実用化されている。また、遺伝子組み換え技術を用いて、大腸菌にヒト型インスリンを作らせる遺伝子を導入して、インスリンを生産することに利用されている。他にも、顆粒球コロニー刺激因子 (G-CSF) や組織プラスミノーゲン活性化因子(t-PA)などの生産も、同様の方法で行われている。大腸菌に感光性を与えて撮像素子として利用できる研究も実施される。
大腸菌をプログラムしてハミルトン経路問題などの複雑な数学問題を解決しようとする研究も行われている。
非病原性大腸菌 Nissle 1917株(Mutaflor)およびE. coli O83:K24:H31株(Colinfant)は、炎症性腸疾患を含むさまざまな胃腸疾患の治療のために、医薬品のプロバイオティック剤として使用されている。