益生菌：歷史、科學和基因定序

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

益生菌是活細菌和酵母菌，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來瞭解益生菌的，這些廣告以吹捧益生菌如何讓你“經常”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，還有優酪乳飲料開菲爾，兩者都富含活文化。當然，您總是可以獲得膠囊或小袋形式的益生菌。 

很明顯，益生菌將繼續存在，但它們從何而來？事實上，益生菌與文明本身一樣古老。讓我們來探索一下我們所知道的益生菌的歷史，以及我們對益生菌的理解是如何在今天繼續發展的。

發酵的歷史

益生菌的歷史與人類的歷史齊頭並進。雖然我們並不總是像現代那樣理解益生菌，但由於發酵，我們已經食用了它們幾個世紀。

發酵 是一種化學過程，其中微生物的酶分解食物或飲料中的糖分。這個過程在厭氧（沒有氧氣）中發生，產生新的化合物，如乙醇、乳酸和二氧化碳。 

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_{二氧化碳作為廢物} ，併產生氣泡，幫助麵團在烘烤時上升。這種成分的變化也發生在乳酪中，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，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，這表明發酵乳製品中乳酸產生的酸味。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，而他們為第一批耕種食物的人之一。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，提到他前一年從牛身上獲得的牛奶、牛油和芝士的回報率很高。

古埃及人也以發酵食物而聞名，特別是通過烘烤酸麵包。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。這種文化將有助於麵團在麵包烘烤之前發酵，從而產生通風、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，發酵背後的奇跡直到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伊里亞 · 梅契尼可夫(Élie Metchnikoff) 研究了保加利亞高加索山脈的居民。他對該地區百歲老人（活到100歲或以上的人）的高比例著迷，並觀察到該地區的村民經常喝一種發酵優酪乳飲。 

與發現了有助於發酵的微生物的路易士 · 巴斯德（Louis Pasteur）為同時代人，梅奇尼科夫對這些微生物在人類健康上的影響感興趣。因此，他很快就開始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，他將其確定為 保加利亞乳桿菌，保加利亞醫生賽德蒙·格里戈羅夫 (Stamen Grigorov) 最近發現了這種微生物。 正如我們今天所知，優酪乳用牛奶的培養通常是 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。

當食用連結建立時，梅奇尼科夫的研究表明， 乳酸桿菌 可能會抵消導致疾病和衰老的負面胃腸道影響。梅奇尼科夫將 乳酸桿菌 稱為“益生菌”，它起源於拉丁語“pro”，意思是“支持”，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瞭解的基礎。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。

如果沒有這個發現，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Metchnikoff 的發現的結果。

現代的益生菌

益生菌在我們的社會中比以往任何時候都更加普遍，康普茶、乳酪和韓式泡菜等越來越受歡迎的發酵食品也很明顯。然而，現代益生菌不僅僅與美味的食物有關——它們也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，它們告訴科學家特定DNA片段中攜帶的遺傳信息類型。這對於益生菌來說非常有價值，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，簡要介紹一下基因測序發現的時程表：

在過去的十年中，益生菌的研究發生了顯著的變化，其中大部分歸因於越來越多的新型全基因組測序方法，這要歸功於人類基因組計劃等突破。隨著1000多種不同細菌的解碼基因組序列，我們對細菌生物學的理解已經大大擴展。

雖然基因組測序背後的最初努力主要集中在引起疾病的致病細菌上，但其中一些注意力現在已經轉移到與食物相關的細菌，腸道共生菌和益生菌 - 這是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。從發酵食品或腸道中分離出的任何新菌株的基因組測序使科學家能夠在一兩天內回答有關它的許多問題：

• 如果它是危險的 – 如果它具有引起組胺反應或抗生素耐藥性的基因
• 如果它有用 - 例如，如果它具有將乳糖發酵成乳酸的基因
• 它的遺傳親屬是誰
• 如果在微生物組測序的人的腸道中發現

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，基因組測序顯示它屬於 植物乳桿菌。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抗性基因。我們怎麼知道？因為基因組測序。 

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

雖然乳酸桿菌 (Lactobacillus) 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260種物種中的許多物種彼此之間相當遙遠。 

乳糖通過發酵轉化為乳酸，在乳製品中很常見，由於乳酸菌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起著功能性作用，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，細菌名稱官方記錄期刊接受了一項重新分類的提案，在基因組測序有助於揭示其遺傳內容的明確區別后，該期刊將乳酸桿菌重新分類為 25 個新屬。這個新的分類包括一個保留舊名稱 (Lactobacillus) 的屬，以及新產生的乳桿菌和其他23個新屬(Lactiplantibacillus)。

益生菌的未來

由於基因測序等突破以及現代技術可以驚人的速度進行，我們對微生物組和益生菌的理解大大擴展，這在我們對人類健康的瞭解方面取得了飛躍式的發展。 

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，這對那些尋求更多地瞭解其特定健康需求的人來說是有啟發性的。也許最令人印象深刻的是，我們甚至可以通過家用糞便微生物組試劑盒加深對我們自己的微生物組的理解，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群概況瞭解更多關於他們的健康需求，這有助於確定哪些益生菌將提供最佳益處。雖然這些試劑盒仍然相當昂貴，但許多公司正在努力通過不同的付款方式使它們更容易獲得，以便更多的人可以更好地管理他們的腸道護理。

以前和正在進行中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，可以使用宏基因組學等新方法對人類進行 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，在這些方法中，研究人員需要能夠培養給定的細菌菌株，以便能夠提取足夠的DNA對其進行測序。 這項技術已經能夠鑒定出70%的人類微生物群，這些微生物群在實驗室中很難生長。

像這樣的方法有可能 發現新基因，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 - 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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