本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
科学家们非常擅长在实验室中培养大肠杆菌。他们确切地知道在哪些条件下各种菌株会茁壮成长。不幸的是，从细菌在理想的、孤立的、最终不切实际的环境中的行为中所能学到的东西是有限的。这就是为什么加州大学河滨分校的一组研究人员决定研究大肠杆菌O157:H7——一种可能导致出血性腹泻和肾衰竭的病原体——在人类食用受污染的食物后是如何传播到地下水的。
“这项研究的新颖之处在于，我们研究的是细菌在通过人体结肠和化粪池之后，直到到达地下水的整个过程，”研究的共同作者，环境微生物学家伊恩·马库斯说。“而且我们是在不将大肠杆菌菌株与其他微生物隔离的情况下进行的——这是一种比以前的实验更现实的方法。”
但是为了让这项研究，发表在《应用与环境微生物学》上的研究取得成功，马库斯和他的同事们首先必须建造一个人类结肠的复制品，并且每天“喂食”它三次。“我们给它的是人体直到那个时候都无法消化的东西，比如纤维，以及某些糖和蛋白质，所有这些都是基于西式饮食，”马库斯说。
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通过分析模拟结肠的内容物、化粪池和由此产生的地下水，研究人员发现，当大肠杆菌与其他微生物（如真菌和原生动物）相互作用时，它容易形成生物膜。生物膜是由多种微生物组成的微生物群落，包括细菌，它们相互连接并连接到表面。虽然生物膜不一定有害，但一旦形成，它们就很难去除，当它们包含病原体时，这是一个问题。“在我们的研究中，大肠杆菌通常受到生物膜的保护，”马库斯说，“因此它比以前认为的更强大，在环境中持续的时间也更长。”当分离的大肠杆菌菌株被释放到地下水中时，它们往往会传播更远的距离，因为它们没有附着在任何东西上，“但它们也死得更快，”马库斯指出。
科学家们曾考虑在实验中使用人体受试者，但选择了结肠模型，因为他们想确保每个变量都是一致的。“我们不能让实验受到某人决定午饭吃一块糖果的影响，”马库斯说。
但是由于这种实验性的简化，食物混合物和结肠环境没有变化，研究人员不能明确地说在这种系统中培养的大肠杆菌细胞更容易形成生物膜。“我们可以说的是，在环境生物学中，采用基于系统的方法而不是还原论的方法会产生截然不同的结果，”马库斯解释说。“而这些结果可能更接近真实情况。”