益生菌介紹：歷史、科學和基因定序

在保健和健康飲食的話題中，每過一段時間就會有一項產品或話題的流行趨勢出現，其中有些討論不只是大眾的風潮，而是確實有益我們的健康生活，例如益生菌。
 

益生菌這種活的細菌和酵母菌能夠為我們的身體提供無數的益處。很多人第一次聽說益生菌都是在80年代和90年代，當時許多名人代言優酪乳，用廣告教育大眾說益生菌能讓人“規律”生活。
 

近年來，隨著大家對益生菌的認識增加，康普茶和克菲爾兩種含有豐富有益細菌的飲品在美國大受歡迎。由於飲品的攜帶性不高，可以選擇購買膠囊或小袋裝的益生菌會更方便。
 

但如此常見的益生菌，它們究竟是從哪裡來的呢？讓我們來了解益生菌的歷史，看看它如何從古文明時代發展至今。

發酵的歷史

益生菌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，其中微生物的酶分解食物中的糖分 或 喝。這種酶促過程會產生新的化合物，如乙醇、乳酸和二氧化碳，這些化合物 加入 食物的味道和質地不同。 

例如，麵包麵團中的酵母利用發酵來利用麵粉中葡萄糖的能量，產生二氧化碳作為廢物併產生氣泡 幫助 麵團在烘烤時會發酵。這 變更 在成分上也存在於乳酪中，因為乳酸會產生獨特的 風味和香氣。

古代的益生菌

10,000 多年來，人們一直在發酵他們的食物和飲料，以保持和改善風味、香氣和質地。幾乎每個文明都有自己的一系列方法：考古學家在西元前7000年左右的新石器時代中國發現了發酵的記錄，在那裡，用發酵大米製成的飲料特別普遍。在聖經的創世記（18：1-8）中，據說亞伯拉罕帶來了“小牛肉、麵包和優酪乳”的祭品，這表明乳酸在發酵乳製品中產生的酸味。也有人說，先知穆罕默德給了高加索的登山者開菲爾，一種富含乳酸的發酵飲料。

蘇美爾人也實行發酵，他們是最早 耕種食物的人之一。在西元前 1800 年左右的古代楔形文字文本中，有穀物被運送到啤酒廠 的記錄 ，甚至還有讚美詩歌頌釀造啤酒的讚美詩。記錄還顯示，蘇美爾人發酵牛奶：在一位農民的敘述中，提到他前一年從他的牛身上獲得了豐厚的牛奶、黃油和乳酪。

古埃及人也以發酵食物而聞名，尤其是通過烘烤酸麵包。麵包是每個埃及人飲食的主食，墳墓和寺廟的許多記錄都證明瞭這一點，這些 記錄 描繪了收集和加工穀物以碾磨麵包麵粉的過程。這種麵粉將用於麵團和發酵劑，發酵劑是由空氣中的酵母自然製成的。這種文化會 幫助 麵團在麵包烘烤之前發酵，形成透氣、耐嚼的質地，味道濃郁。

也許最令人印象深刻的是：世界上 最古老的乳酪是在 西元前1615年在中國塔克拉瑪干沙漠的一具木乃伊上發現的。 

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年首次被科學記錄，當時俄羅斯科學家和諾貝爾獎獲得者 埃利·梅奇尼科夫（Élie Metchnikoff ）研究了保加利亞高加索山脈的居民。他著迷於百歲老人（活到 100 歲的人）的高比例 或 older）在該地區，並觀察到該地區的村民經常喝一種發酵優酪乳。 

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，保加利亞醫生Stamen Grigorov最近發現了這種微生物。 正如我們今天所知道的，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。

當建立這種聯繫時，Metchnikoff的研究表明， 乳酸桿菌 可能會抵消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”，它起源於拉丁語“pro”，意思是“為了”，以及希臘語“bios” 或 “biotic”，意思是“生命”。 

今天，我們知道益生菌存在於許多不同的細菌和酵母屬中，但梅奇尼科夫的發現是我們對益生菌的了解的基礎。例如，現代研究表明益 生菌的好處 ，如改善情緒、緩解消化問題和支援健康的免疫力。

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

益生菌在我們的社會中比以往任何時候都更加普遍，這在康普茶、優酪乳和辛奇等越來越受歡迎的發酵食品中很明顯。然而，現代益生菌與美味的食物有關。近幾十年來，隨著 全基因組測序 的易得性，益生菌研究取得了進展。

益生菌和基因定序

基因測序是確定構成 DNA分子的四個化學“構建塊”（稱為鹼基）的順序的過程。這些鹼基包括腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，它們告訴科學家遺傳的類型 客戶資訊 在特定的DNA片段中攜帶。這在益生菌的情況下非常有價值，因為它不僅幫助我們識別世界上 不同的菌株 ，還幫助我們識別我們自己體內的菌株。

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，益生菌的研究發生了顯著的變化，其中很大一部分歸因於新型全基因組測序方法的普及，這要歸功於 人類基因組計劃等突破。隨著每人在各種條件下對1000多種細菌的解碼基因組序列，我們對與不同人類健康狀況相關的細菌類型的瞭解大大擴展。

基因組測序背後的最初努力主要集中在與疾病相關的不良細菌上。現在，其中一些注意力已經轉移到與食物相關的細菌和腸道共生體上，尤其是益生菌基因組測序——這是一門在2009年創造的 益生菌基因組學學科。

有了完整的基因組序列數據，專家們可以回答更多的問題，解決更多的問題，並在健康和醫學方面取得更大的進步。對從發酵食品中分離出的任何新菌株進行基因組測序 或 腸道允許科學家在短短一天內 回答許多 關於它的問題 或 二：

• 如果它很危險 ——如果它有產生組胺的基因 或 耐抗生素
• 如果它有用 ——例如，如果它具有將乳糖發酵成乳酸的基因
• 它的基因遺傳自誰
• 如果它是在微生物組已測序的人的腸道中發現的

PS128：我們從基因組定序中了解到什麼

2007年，當從發酵的芥菜中分離出一種新的細菌菌株時，基因組測序表明它屬於 植物乳桿菌物種。這種新菌株， 植物乳桿菌 PS128，可以很快被歸類為 潛在的人類益生菌 ，因為它沒有已知的產生組胺的基因 或 對常見抗生素具有耐藥性的基因。我們怎麼知道？因為基因組測序。 

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 乳酸菌 屬以前包含大量 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。 

乳糖通過發酵轉化為乳酸，在乳製品中很常見，由於它們對酸和膽鹽的抵抗力，乳酸菌 對商業用途特別有益。乳酸菌在對抗病原體方面也發揮著功能作用，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，此前基因組測序有助於揭示其遺傳內容的明顯區別。這個新的分類包括一個保留舊名稱「乳酸菌」的屬，以及新造的 乳酸菌，以及其他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，由於 糞便微生物組測序，專家可以確定單個微生物組的概況，這對於那些尋求更多地瞭解其特定健康需求的人來說可能具有啟發性。這種類型的測序現在由幾家公司通過以下方式提供首頁 糞便微生物組試劑盒，任何人都可以在線購買。 

公司建議，使用這些試劑盒，您可以根據其微生物組的概況更多地瞭解您的健康需求，並可能確定哪些益生菌將提供最佳益處。然而，這種“直接面向消費者”的試劑盒 不受FDA監管，其 分析性能 普遍缺乏。這些試劑盒中的許多都相當昂貴，除了對人類健康的適用性之外，陪審團仍然對至少一些結果的準確性和有效性持懷疑態度。

無論是以前的還是正在進行的創新，都為益生菌的研究和應用提供了大量新的可能性。例如， 宏基因組學等新方法 提供了更多 客戶資訊 關於分析的樣品。通過對從天然來源提取的基因組DNA混合物進行測序，可以識別該樣品中的微生物群落。這種更加簡化的方法使研究人員能夠同時識別許多微生物，尤其是具有獨特生長條件的微生物，而不是使用傳統方法分離和培養單個微生物。宏基因組技術已經可以識別大約70%的人類微生物群，其中許多微生物群很難在實驗室中生長。

宏基因組學方法 有可能揭示基因、其編碼的蛋白質和整個基因家族 ——這在醫學和生物技術中可能至關重要——而收集數據的新方法正在幫助推動該領域向前發展。這些系統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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