O- พอลิแซ็กคาไรด์แอนติเจนที่จำเพาะหรือที่เรียกว่าโซ่พอลิแซ็กคาไรด์เฉพาะ O ตั้งอยู่ที่ชั้นนอกสุดของโมเลกุลไลโปโพลีแซคคาไรด์และประกอบด้วยโอลิโกแซ็กคาไรด์ซ้ำหลายถึงหลายสิบ (มากถึง 40) โอลิโกแซ็กคาไรด์แต่ละหน่วยเป็นโอลิโกแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยโมโนแซ็กคาไรด์ 3 ถึง 5 ตัว โมโนแซ็กคาไรด์เหล่านี้มักเป็นน้ำตาลที่เป็นกลางและน้ำตาลอะมิโน โครงสร้างของสายโซ่แอนติเจน O เป็นส่วนที่แปรผันได้มากที่สุดขององค์ประกอบของไลโปโพลีแซคคาไรด์ และความหลากหลายของมันจะกำหนดลักษณะแอนติเจนของสายพันธุ์แกรมลบต่างๆ

แอนติเจน O ของแบคทีเรียแกรมลบมีความจำเพาะของสปีชีส์ ซึ่งเกิดจากประเภท ตำแหน่งการกระจาย ทิศทางการจัดเรียง และโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมโนแซ็กคาไรด์ในสายโพลีแซ็กคาไรด์ที่แตกต่างกัน O แอนติเจนสามารถทำปฏิกิริยากับแอนติบอดีที่สอดคล้องกันได้อย่างเฉพาะเจาะจง Escherichia coli ชนิดต่าง ๆ มีชนิดและการจัดเรียงตัวของโมโนแซ็กคาไรด์ของสายแอนติเจน O ต่างกัน ก่อตัวเป็นแอนติเจนเฉพาะ ดังนั้นสายโซ่ O แอนติเจนจึงเป็นพื้นฐานทางโครงสร้างของความจำเพาะทางซีรั่มวิทยาของสายพันธุ์ต่างๆ โครงสร้างนี้ยังเป็นตัวกำหนดแอนติเจนหลักของสายพันธุ์แกรมลบ และส่วนใหญ่มีความจำเพาะของสายพันธุ์แกรมลบ ซึ่งสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเฉพาะของสายพันธุ์ได้ ตามลักษณะทางสัณฐานวิทยาของโคโลนี เมื่อสายโพลีแซคคาไรด์ O-antigen หายไป จะเป็นแบคทีเรียหยาบ และสาย O-antigen polysaccharide ที่สมบูรณ์คือแบคทีเรียชนิดเรียบ