益生菌介绍：历史、科学和基因定序

益生菌介绍：历史、科学和基因定序

在保健和健康饮食的话题中，每过一段时间就会有一项产品或话题的流行趋势出现，其中有些讨论不只是大众的风潮，而是确实有益我们的健康生活，例如益生菌。

益生菌这种活的细菌和酵母菌能够为我们的身体提供无数的益处。很多人第一次听说益生菌都是在80年代和90年代，当时许多名人代言优酪乳，用广告教育大众说益生菌能让人“规律”生活。

近年来，随着大家对益生菌的认识增加，康普茶和克菲尔两种含有丰富有益细菌的饮品在美国大受欢迎。由于饮品的携带性不高，可以考虑购买胶囊或小袋装的益生菌会更方便。

但如此常见的益生菌，它们究竟是从哪里来的呢？让我们来了解益生菌的历史，看看它如何从古文明时代发展至今。

发酵的历史

益生菌与人类的历史息息相关。虽然我们当时并不像现代这样了解益生菌，但因为发酵作用的关系，人类已经食用了益生菌好几个世纪。

发酵是一种化学过程，是微生物的酶分解食物或饮料中的糖分。这种酶促过程会产生新的化合物，例如乙醇、乳酸和二氧化碳，使食物附有不同的味道和质地。

举个例子，面包面团中的酵母通过发酵来使用面粉中的葡萄糖能量，并产生二氧化碳作为废物，从而产生气泡帮助面团在烘烤时发酵。过程中产生的乳酸会带来特殊的口味和香气，这种在成分上的改变就和乳酪相同。

10,000 多年来，为了保存和提升食物的风味、香气和质地，人们一直在发酵食物和饮料。几乎每个文明都有自己一系列的方法：考古学家在公元前 7000 年左右的中国新石器时代发现了发酵的记录，在当时由发酵米制成的饮料最为常见。在圣经的创世记（18：1-8）中，据说亚伯拉罕带来了“小牛肉、面包和酸乳”的祭品，表示其中的酸味是因为乳酸存在于发酵乳制品的关系。另外，先知穆罕默德也给了在高加索山的登山者克菲尔，而这也是一种富含乳酸的发酵饮料。

苏美人也有发酵的经验，他们是最早以农业为食的人们之一。在公元前 1800 年左右的古代楔形文字中，有谷物被运送到酿酒厂的记录，甚至还有颂扬酿造啤酒的赞美诗。甚至有记载表示：一位苏美尔农民提到因前一年牛奶、黄油和乳酪都有很好的产量，所以他们使用了发酵牛奶。

古埃及人也以发酵食物闻名，尤其是通过烘烤酸种面包。许多坟墓和寺庙都显示了面包一直是埃及人的主食，这些记录也记载了他们如何收集、加工谷物，直到碾磨面粉来制作面包的过程。这种面粉被用于制作面团和作为发酵剂，其中发酵剂是由空气中的酵母自然形成，帮助面团在面包烘烤之前发酵，形成具有空气感和嚼劲的质地，同时也富有多重风味。

最令人惊讶的是：世界上最古老的乳酪是在公元前 1615 年，从中国塔克拉玛干沙漠中的一具木乃伊身上发现。

尽管如此，发酵背后的秘密直到 20 世纪才真正被发现。

益生菌的发现

益生菌于 1907 年首次受到记录，当时俄罗斯科学家和诺贝尔奖得主埃利·梅奇尼科夫 （Élie Metchnikoff） 对保加利亚高加索山脉的居民进行了研究。他对该地区高比例的百岁老人（活至100岁以上）现象十分感兴趣，因此发现该地区的村民经常饮用一种发酵优酪乳。

梅奇尼科夫与发现发酵作用中微生物的研究者，路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）为同时代的人。由于也对这些微生物与人类健康的关联相当感兴趣，梅奇尼科夫很快地对这些存在村民喝的优酪乳中的微生物进行研究。

在显微镜下研究了微生物后，他发现这种优酪乳含有一种细菌，他将其鉴定为保加利亚乳杆菌，这是一种最近由保加利亚医生Stamen Grigorov发现的微生物。正如我们今天所知，优酪乳牛奶的培养通常是通过添加乳酸菌（如保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌）来完成的。

当这种联系被建立之后，Metchnikoff的研究表明，乳酸杆菌将抵抗导致疾病和衰老的负面胃肠道影响。Metchnikoff将乳酸杆菌称为“益生菌 probiotics”，它的字源为拉丁语的“pro”，意思是“为了”，以及希腊语“bios” 或 “biotic”，代表了“生命”。

如今我们知道益生菌存在于许多不同的细菌和酵母属中，但梅奇尼克夫的发现为我们对益生菌的理解奠定了基础。例如现代研究显示了益生菌的好处，像是改善情绪、缓解消化问题和帮助免疫力。

如果不是这个发现，我们对益生菌的认知就不会如此发展。以下是现代透过梅奇尼科夫的研究结果而对益生菌产生的了解。

现代益生菌

由于那些发酵食物越来越受欢迎，如康普茶、优酪乳和泡菜等，我们能够明显发现益生菌在生活中比以往更加普遍。然而，现代益生菌的应用已不再只关乎食物的美味。近几十年来，随着全基因定序的易得性，益生菌研究有了更多的进展。

益生菌和基因定序

基因定序是确定构成四化学“砌块”（称为碱基）顺序的过程，同时这些碱基也构成了DNA 分子。这些碱基包括腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，代表了每一段DNA片段中包含了哪一种的遗传基因。这对于益生菌的研究非常有帮助，因为它不仅让我们识别不同菌株的存在，还帮助我们发现体内的菌株。

但首先，我们先简单介绍基因定序的发现：

在过去十年中，益生菌的研究有了明显进步，特别是对于新型全基因定序方法的研究，这要归功于人类基因组计划的突破。通过在各种条件下每人解码超过1000种细菌的基因组序列，让我们对于-不同细菌类型所对应的健康情况关联有进一步的理解。

研究基因组定序的最初原因是为探讨与疾病相关的不良细菌。近期的研究已经转变为讨论与食物相关的细菌以及肠道共生体，尤其是益生菌基因组的测序，一门在2009年被产出的益生菌基因组学科。

有了完整的基因组序列数据，专家可以回答并解决更多的问题，并在健康和医学方面有更大的突破。从发酵食品或肠道中分离出的任何新菌株基因测序，都能让专家在快速回答许多相关问题：

• 它是否具危险性- 是否具有产生组织胺的基因或能够抵抗抗生素
• 它是否有效果- 例如它是否具有将乳糖发酵成乳酸的基因
• 它的基因遗传自谁
• 是否是在经过肠道微生物组定序的肠道中被发现

PS128：我们从基因组定序中了解到什么

在2007年一种新型细菌菌株从发酵的芥菜中被分离出来，基因定序显示它属于植物乳杆菌属。这种新菌株-乳杆菌PS128很快地被归类为潜在人体中的益生菌，因为它没有已知的基因能够产生组织胺，也沒有那种常見抵抗抗生素的基因，而因为基因定序我们才知道了这些。

最近，植物乳杆菌PS128更名為植物乳杆菌PS128。为什么？再次，因为基因组测序。

虽然乳酸杆菌属以前包含了大量的产生乳酸的细菌物种，但基因组测序显示，从进化的角度来看，这些>260物種中的許多物種彼此之間關係相當遙遠。

在乳制品中乳糖通过发酵转换为乳酸是很常见的。乳酸菌拥有对酸和胆盐的抵抗力，因此在商业用途上有许多益处。乳酸菌在对抗病原体这方面也扮演了重要角色，因为它们除了乳酸外还会产生抗菌化合物，例如细菌素和过氧化氢。

2020年，细菌名称的官方记录杂志接受了重新分类的提案，该杂志将乳酸菌重新分类为25个新属，在基因定序的帮助下显示其遗传内容的明显区别。这种新的分类包括一个保留旧名称「乳酸杆菌」的属，以及新定义的乳杆菌属和其他23个新属。

益生菌的未来

由于基因定序和快速发展的现代技术等突破，使我们对微生物组和益生菌的了解大有进展，让我们对人类的健康知识有更进一步的研究发展。

例如通过粪便微生物组测序，专家可以确定微生物组个别的特征，这对于那些寻求更特定健康需求的人來說十分有帮助。这种类型的测序服务现在有由几家公司作提供，通过线上购买，大家皆能在家使用粪便微生物组试试剂套组。

然而公司建议在使用这些试试剂套组时，可以根據其微生物组的特征了解个人的健康需求，并确定哪种益生菌将提供最佳效果。然而，这种“直接销售给消费者”的试试剂套组不受FDA监管，其分析性能通常不足。这些试试剂套组通常都相当昂贵，除了在人类健康的适用性之外，在部分结果的准确性和有效性也被抱持怀疑。

无论是过去还是近期在进行的研究，皆为益生菌带来新的可能性和应用。例如总基因体学等新方法提供了更多关于分析样品的信息。通过从天然来源提取的DNA混合物进行测序，可以识别该样本中的微生物群落。与使用传统方法分离和培养单个微生物不同的是，这种更加简化的办法使研究人員能够一次识别许多微生物，特别是具有独特生长条件的微生物。总基因体学的技术已经能够鉴定出大约70%的人类微生物群，其中许多微生物群是很難在实验室中生长的。

总基因体学的技术揭示基因、编码的蛋白质和整个基因家族，除了这在医学和生物技术中非常重要之外，收集数据的新方法也推动了该领域的发展。这些技术将进一步研究益生菌及其与免疫系统、新陈代谢和整个微生物组的相互作用。