大腸菌
いくつかの研究において、大腸菌のプロテオームが調べられており、2006年までに4,237のオープンリーディングフレーム (ORF)のうち1,627(38%Iが実験的に特定されている。大腸菌K-12株の4,639,221塩基対の配列中には、注釈が付けられた4,288個のタンパク質コード遺伝子があるが、そのうち38%は機能が特定されていない。シーケンスされた他の5つの微生物との比較により、広い系統間や狭い系統間、そして大腸菌内における類似遺伝子(遺伝子ファミリー)の分布を明らかにする研究が行われた。パラログ遺伝子によるタンパク質の最大のファミリーの一つとして、80個のABCトランスポーターが挙げられる。ゲノムは全体として、特に複製に関わるものについては、非常に体系化されている。ゲノムには、挿入配列(IS)要素、ファージの残骸、および水平移動によるゲノムの可塑性を示す異常な組成の他の多くのパッチも含まれている。
実験室培養の長い歴史とその操作のしやすさから、大腸菌は現代の生物工学と工業微生物学において重要な役割を果たしている。例えば、Stanley Norman CohenとHerbert Boyerにより、プラスミドと制限酵素を使用して組換えDNAを作成する手法が考案され、バイオテクノロジーの基礎となった。
大腸菌は異種タンパク質の生産を行う上でよく利用される宿主であり、大腸菌での組換えタンパク質の生産を可能にするさまざまなタンパク質発現システムが開発されている。タンパク質の高レベル発現を可能にするプラスミドを使用して、大腸菌に遺伝子を導入することで、特定のタンパク質を工業的発酵プロセスで大量生産することが可能となる。大腸菌を用いた組換えDNA技術の最初の有用なアプリケーションの1つは、ヒトのインスリンの生産である。
従来は大腸菌での発現が困難または不可能と思われていたタンパク質であっても、近年可能になりつつあるものも多く知られている。例えば、細胞膜周辺腔や細胞質で製造されると考えられている複数のジスルフィド結合を有するタンパク質は、ジスルフィド結合を可能にするように十分に酸化され、グリコシル化などの翻訳後修飾が安定性や機能のために必要となるタンパク質は、Campylobacter jejuniが持つN-結合型グリコシル化システムを導入した大腸菌において発現された。