益生菌：歷史、科學和基因測序

在健康和健康飲食的世界里，時尚來來去去，但有些事情超越了潮流。以益生菌為例。 

益生菌是活的細菌和酵母，為我們的身體提供健康益處。對於我們中的許多人來說，我們最初是通過80年代和90年代名人代言的優酪乳廣告瞭解益生菌的，這些廣告以吹捧益生菌如何讓你“規律”而聞名。 

近年來，被稱為康普茶的發酵茶飲料已成為美國人中廣受歡迎的飲料，以及優酪乳飲料開菲爾，兩者都富含活菌。當然，你總是可以在膠囊中獲得益生菌 或 小袋形式。 

很明顯，益生菌將繼續存在，但它們是從哪裡來的呢？事實上，益生菌與文明本身一樣古老。讓我們探索我們所知道的益生菌的歷史，以及我們今天對益生菌的理解是如何繼續發展的。

發酵的歷史

益生菌的歷史與人類的歷史並駕齊驅。雖然我們並不總是像現代那樣瞭解益生菌，但由於發酵，我們已經食用了幾個世紀。

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。這個過程以厭氧方式（無氧）發生，產生乙醇、乳酸和二氧化碳等新化合物。 

結果，食物的成分和質地完全改變了。

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CO₂ 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，這是一種發酵飲料，也富含乳酸。

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，直到 20 世紀，發酵背後的奇跡才真正被發現。

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 較老的），並觀察到該地區的村民經常喝一種發酵優酪乳。 

作為路易士·巴斯德（Louis Pasteur）的同時代人，他發現了在發酵中起作用的微生物，梅奇尼科夫對這些微生物對人類健康的影響很感興趣。因此，他很快就研究了這些村民喝的優酪乳中可能發現的微生物。

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。

如果不是這一發現，我們對益生菌的理解就不會像上個世紀那樣發展。以下是我們今天對益生菌的理解，這是梅奇尼科夫的發現的結果。

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，現代益生菌不僅與美味的食物有關——它們還在基因測序領域掀起了巨大的波瀾。

益生菌和基因測序

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，我們簡要介紹一下基因測序的發現：

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1000多種不同細菌的基因組序列的解碼，我們對細菌生物學的理解得到了顯著擴展。

雖然基因組測序背後的最初努力主要集中在引起疾病的病原菌上，但現在其中一些注意力已經轉移到與食物相關的細菌、腸道共生菌和益生菌——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 ——如果它有引起組胺反應的基因 或 抗生素耐藥性
• 如果它有用 ——例如，如果它具有將乳糖發酵成乳酸的基因
• 它的遺傳親戚是誰
• 如果它是在微生物組已測序的人的腸道中發現的

PS128：我們從基因組測序中了解到什麼

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，因為它沒有任何已知的產生組胺的基因 或 抗生素耐葯基因。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 產乳酸細菌 物種，但基因組測序顯示，從進化的角度來看，這260種細菌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，因為它們會產生乳酸等抗菌化合物 ，以及細菌素和過氧化氫。

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

由於基因測序等突破以及現代技術可以以驚人的速度進行測序，我們對微生物組和益生菌的理解大大擴展，這讓我們對人類健康的瞭解有了跨越式的發展。 

例如，藉助 糞便微生物組測序，專家可以確定單個微生物組的特徵，這對於那些尋求更多地瞭解其特定健康需求的人來說具有啟發性。也許最令人印象深刻的是，我們甚至可以加深對自己微生物組的理解。首頁 糞便微生物組試劑盒，任何人都可以在線購買。 

有了這些試劑盒，任何人都可以根據他們的微生物組概況更多地了解他們的健康需求，這可以 幫助 確定哪些益生菌將提供最佳益處。雖然這些套件仍然相當昂貴，但許多公司正在努力使它們更容易通過不同的方式獲得 支付方式 選擇，以便更多人可以更好地為他們的腸道護理提供資訊。

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可以在人類 中進行即時研究 。在這種情況下，該方法涉及直接從天然來源對基因組DNA進行測序。這比以前可用的方法要精簡得多，在這種方法中，研究人員需要能夠培養給定的細菌菌株才能提取足夠的DNA來對其進行測序。 該技術可以識別70%的人類微生物群，這些微生物群很難在實驗室中生長。

像這樣的方法 有可能發現基因、基因家族及其編碼的蛋白質 ——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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