關於益生菌：歷史、科學和基因定序

在健康飲食生活的話題中一段時間就會有一波風潮出現，然而有些討論不只是大眾盲從的趨勢，而是確實有益我們的健康生活，例如益生菌。 

益生菌是活的細菌和酵母菌，為我們的身體提供無數的益處。對於許多人來說，我們第一次瞭解益生菌是在80年代和90年代名人代言優酪乳的時期，這些廣告吹捧益生菌讓人“規律”的生活。 

近年來，被稱為康普茶的發酵茶和優酪乳飲品克菲爾在美國廣受大眾喜愛，兩者成分皆含有有益的細菌。當然，益生菌也被生產在膠囊或小袋包裝的形式中，使大家隨手可得。 

但如此常見的益生菌，它們究竟是從哪裡來的呢？事實上，益生菌與文明本身一樣古老。讓我們來了解益生菌的歷史，看看人類對它的了解是如何發展至今的。

發酵的歷史

益生菌的歷史與人類的歷史息息相關。雖然我們當時並不像現代如此瞭解益生菌，但由於發酵作用的關係，人類已經食用了益生菌好幾個世紀。

發酵是一種化學過程，是微生物的酶分解食物或飲品中的糖分。這種酶促過程會產生新的化合物，例如乙醇、乳酸和二氧化碳使食物附有不同的味道和質地。 

舉例來說，麵包麵團中的酵母透過發酵來使用麵粉中的葡萄糖能量，並產生二氧化碳作為廢物因而產生氣泡幫助麵團在烘烤時發酵。過程中產出的乳酸會帶來特殊的口味和香氣，這種在成分上的改變就和乳酪相同。

古代的益生菌

10,000 多年來，為了保存和提升食物的風味、香氣和質地，人們一直在發酵食物和飲料。幾乎每個文明都有自己一系列的方法：考古學家在西元前 7000 年左右的中國新石器時代發現了發酵的記錄，在當時由發酵米製成的飲料最為常見。在聖經的創世記（18：1-8）中，據說亞伯拉罕帶來了“小牛肉、麵包和酸乳”的祭品，表示其中的酸味是因為乳酸存在於發酵乳製品的關係。另外，先知穆罕默德也給了在高加索山的登山者克菲爾，而這也是一種富含乳酸的發酵飲料。

蘇美爾人也有發酵的經驗，他們是最早以農業為食的人們之一。在西元前 1800 年左右的古代楔形文字中，有穀物被運送到釀酒廠的記錄，甚至還有頌揚釀造啤酒的讚美詩。甚至有記載表示:一位蘇美爾農民提到因前一年牛奶、黃油和乳酪都有很好的產量，所以他們使用了發酵牛奶。

古埃及人也以發酵食物為名，尤其是透過烘烤酸種麵包。許多墳墓和寺廟都顯示了麵包一直是埃及人的主食，這些記錄也記載了他們如何收集、加工穀物，直到碾磨麵粉來製作麵包的過程。這種麵粉被用於製作麵團和作為發酵劑，其中發酵劑是由空氣中的酵母自然形成，幫助麵團在麵包烘烤之前發酵，形成具空氣感和嚼勁的質地，同時也富有多重風味。

最令人驚訝的是：世界上最古老的乳酪是在西元前 1615 年，從中國塔克拉瑪干沙漠中的一具木乃伊身上發現。 

儘管如此，發酵背後的祕密直到 20 世紀才真正被發現。

益生菌的發現

益生菌於 1907 年首次受到記錄，當時俄羅斯科學家和諾貝爾獎得主埃利·梅奇尼科夫 （Élie Metchnikoff） 對保加利亞高加索山脈的居民進行了研究。他對那裡高比例的百歲老人（活至100歲以上）現象十分感興趣，因此發現該地區的村民經常飲用一種發酵優酪乳。 

梅奇尼科夫與發現發酵作用中微生物的研究者，路易士·巴斯德（Louis Pasteur）為同時代的人。由於也對這些微生物與人類健康的關係相當感興趣，梅奇尼科夫很快的對這些存在於村民喝的優酪乳中的微生物進行研究。

在顯微鏡下研究了微生物后，他發現這種優酪乳含有一種細菌，他將其鑒定為 保加利亞乳桿菌，這是一種最近由保加利亞醫生Stamen Grigorov發現的微生物。 正如我們今天所知，優酪乳牛奶的培養通常是通過添加乳酸菌（如 保加利亞 乳桿菌和 嗜熱鏈球菌）來完成的。

當這種聯繫被建立之後，Metchnikoff的研究表明，乳酸桿菌將抵抗導致疾病和衰老的負面胃腸道影響。Metchnikoff將乳酸桿菌稱為“益生菌 probiotics”，它的字源為拉丁語的“pro”，意思是“為了”，以及希臘語“bios” 或 “biotic”，代表了“生命”。 

如今我們知道益生菌存在於許多不同的細菌和酵母屬中，但梅奇尼克夫的發現為我們對益生菌的瞭解奠定了基礎。例如現代研究顯示了益生菌的好處，像是改善情緒、緩解消化問題和幫助免疫力。

如果不是這個發現，我們對益生菌的認知就不會如此發展。以下是現代透過梅奇尼科夫的研究結果而對益生菌產生的了解。

現代益生菌

由於那些發酵食物越來越受歡迎，如康普茶、優酪乳和泡菜等，我們能夠明顯發現益生菌在生活中比以往更加普遍。然而，現代益生菌的應用已不再只關乎食物的美味。近幾十年來，隨著全基因定序的易得性，益生菌研究有了更多的進展。

益生菌和基因定序

基因定序是確定構成四個化學“砌塊”（稱為鹼基）順序的過程，同時這些鹼基也構成了DNA 分子。這些鹼基包括腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，代表著每一段DNA片段中包含了哪一種的遺傳基因。這對於益生菌的研究非常有幫助，因為它不僅讓我們識別不同菌株的存在，還幫助我們發現了體內的菌株。

但首先，我們先簡單介紹一下基因定序的發現：

在過去的十年中，益生菌的研究有了明顯的進步，特別是對於新型全基因定序方法的研究，這要歸功於人類基因組計劃的突破。透過在各種條件下每人解碼超過1000種細菌的基因組序列，讓我們對於-不同細菌類型所對應的健康情況關聯有進一步的理解。

研究基因組定序的最初原因是為了探討與疾病相關的不良細菌。近期的研究已經轉變為討論與食物相關的細菌以及腸道共生體，尤其是益生菌基因組的測序，一門在2009年被產出的益生菌基因組學科。

有了完整的基因組序列數據，專家可以回答並解決更多的問題，並在健康和醫學方面有更大的突破。從發酵食品或腸道中分離出的任何新菌株基因測序，都能讓專家在快速回答許多相關問題：

• 它是否具危險性– 是否具有產生組織胺的基因或能夠抵抗抗生素
• 它是否有效果– 例如它是否具有將乳糖發酵成乳酸的基因
• 它的基因遺傳自誰
• 是否是在經過腸道微生物組定序的腸道中被發現

PS128：我們從基因組定序中了解到什麼

在2007年一種新型細菌菌株從發酵的芥菜中被分離出來
，基因定序顯示它屬於植物乳桿菌屬。這種新菌株-乳桿菌PS128很快地被歸類為潛在人體中的益生菌，因為它沒有已知的基因能夠產生組織胺，也沒有那種常見抵抗抗生素的基因，而因為基因定序我們才知道了這些。 

最近， 植物 乳桿菌PS128更名為 植物乳桿菌 PS128。為什麼？再次，因為基因組測序。 

雖然乳酸桿菌 屬 以前包含了大量的 產生乳酸的細菌物種，但基因組測序顯示，從進化的角度來看，這些>260物種中的許多物種彼此之間關係相當遙遠。 

在乳製品中乳糖透過發酵轉換為乳酸是很常見的。乳酸菌擁有對酸和膽鹽的抵抗力，因此在商業用途上有許多益處。乳酸菌在對抗病原體這方面也扮演了重要角色，因為它們除了乳酸外還會產生抗菌化合物，例如細菌素和過氧化氫。

2020年，細菌名稱的官方記錄雜誌接受了重新分類的提案，該雜誌將乳酸菌重新分類為25個新屬，在基因定序的幫助下顯示其遺傳內容的明顯區別。這種新的分類包括一個保留舊名稱「乳酸桿菌」的屬，以及新定義的乳桿菌屬和其他23個新屬。

益生菌的未來

由於基因定序和快速發展的現代技術等突破，使我們對微生物組和益生菌的了解大有進展，讓我們對人類的健康知識有更進一步的研究發展。 

例如透過糞便微生物組測序，專家可以確定微生物組個別的特徵，這對於那些尋求更特定健康需求的人來說十分有幫助。這種類型的測序服務現在有由幾家公司作提供，透過線上購買，大家皆能在家使用糞便微生物組試劑套組。 

然而公司建議在使用這些試劑套組時，可以根據其微生物組的特徵瞭解個人的健康需求，並確定哪種益生菌將提供您最佳效果。然而，這種“直接銷售給消費者”的試劑套組不受FDA監管，其分析性能通常不足。這些試劑套組通常都相當昂貴，除了在人類健康的適用性之外，在部分結果的準確性和有效性也被抱持懷疑。

無論是過去還是近期在進行的研究，皆為益生菌帶來新的可能性和應用。例如總基因體學等新方法提供了更多 關於分析樣品的資訊。透過從天然來源提取的DNA混合物進行測序，可以識別該樣本中的微生物群落。與使用傳統方法分離和培養單個微生物不同的是，這種更加簡化的方法使研究人員能夠一次識別許多微生物，特別是具有獨特生長條件的微生物。總基因體學的技術已經能夠鑒定出大約70%的人類微生物群，其中許多微生物群是很難在實驗室中生長的。

總基因體學的技術揭示基因、編碼的蛋白質和整個基因家族，除了這在醫學和生物技術中非常重要之外，收集數據的新方法也推動了該領域的發展。這些技術將進一步研究益生菌及其與免疫系統、新陳代謝和整個微生物組的相互作用。 

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