大肠杆菌是一种革兰氏阴性杆状细菌，属于肠杆菌科。1885年，Theodor Escherich首次报道了这种微生物的存在。大肠杆菌通常于婴儿出生后几小时内定植在胃肠道中，一般情况下可与人类宿主和谐共存、互惠互利数十年。大肠杆菌包括共生菌株和致病菌株，后者可引发多种人类疾病，每年导致超过200万人死亡。目前，大肠杆菌约有186种不同O型和50多种H型抗原，这使得其血清型分型变得非常复杂。
大肠杆菌菌株间的多样性由其高度可塑的基因组驱动,基因有规律地获得和缺失使得不同谱系和菌株间基因组高度变异。庞大的基因库，基因组高度的可塑性，菌株的全球分布加上病原菌在生态位中普遍存在，使大肠杆菌成为重要的基因储存库，利于耐药和毒力等基因的传播。
大肠杆菌具有多种毒力因子，包括毒素、黏附素、铁载体和荚膜多糖。许多毒力因子与大肠杆菌的致病性有关。大肠杆菌致病菌包括肠道和肠外致病菌。肠道致病菌也称为腹泻性大肠杆菌，通过毒力基因特征可分为不同类型：肠致病性大肠杆菌（EPEC）、肠出血性大肠杆菌（EHEC）、肠产毒性大肠杆菌（ETEC）、肠侵袭性大肠杆菌（EIEC）、肠聚集性大肠杆菌（EAEC）、粘附侵袭性大肠杆菌（AIEC）和弥散粘附性大肠杆菌（DAEC）。EHEC是唯一引起发达国家关注的腹泻性大肠杆菌，其主要宿主是牛胃肠道。EHEC感染可引起严重腹泻，感染并发症可导致溶血性尿毒综合征；ETEC是导致全球人和动物急性腹泻病和发展中国家婴儿高死亡率的原因；EPEC可分为典型EPEC（tEPEC）和非典型EPEC（aEPEC），区别在于前者中存在EPEC pEAF。肠外致病性大肠杆菌（ExPEC）在人和动物肠道外可引发多种感染。根据宿主和感染部位的不同，ExPEC可分为新生儿脑膜炎大肠杆菌（NMEC）、败血症相关大肠杆菌（SEPEC）、尿路致病性大肠杆菌（UPEC），它们分别引起新生儿脑膜炎、败血症和尿路感染。禽致病性大肠杆菌（APEC）主要导致家禽呼吸道和全身性疾病。大肠杆菌基因组系统发育群包括A、B1、B2、C、D、F、G以及其他分支，ExPEC菌株主要分布于B2和D群，其通常比A和B1群菌株拥有更多的毒力相关基因，与共生菌和肠道致病性大肠杆菌有关。
大肠杆菌的高水平耐药令人担忧，其中最重要的机制包括获得编码广谱β-内酰胺酶的基因（对广谱头孢菌素的耐药性）、碳青霉烯酶基因（对碳青霉烯类的耐药性）、16S rRNA甲基化酶（对氨基糖苷类的耐药性）、质粒介导的喹诺酮类耐药性基因（对[氟]喹诺酮类药物的耐药性）和mcr基因（对多粘菌素的耐药性）。
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