用作益生菌的微生物及其衍生產品

血液腫瘤科/細胞治療中心 陳駿逸醫師

 

傳統上,乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬和酵母菌屬(例如:釀酒酵母屬/Saccharomyces)是最著名的益生菌。

 

乳酸桿菌屬包含了 100 多個不同的菌種,屬於產乳酸菌 (lactic acid-producing bacteria,簡稱LAB) 群,該菌屬在動物和人類的胃腸道和消化系統中占了主導地位,在維持和恢復健康方面已被證實其功效,並且是公認的菌種。乳酸桿菌也已經應用於多種工業生產過程,例如:用於生產防腐劑、酸化劑、藥物和化妝品,這些細菌是最早發現的益生菌,由於其悠久的安全使用歷史,它們被認定為是安全標準的。其他已被證實具有益生菌功能的乳酸菌屬,包括:鏈球菌、乳球菌、腸球菌、片球菌和明串珠菌。

 

截至 2020 年,乳酸菌屬共有 261 種,這些種在基因型、表現型和生態學方面的差異很大。因此,為了使分組的種群之間保持更高的親緣關係,Zheng 等人提出了一種新的乳酸菌種群分類方法。提議將乳桿菌屬重新分類為25個屬,包括修訂後的乳桿菌屬(包含已被稱為德氏乳桿菌組/Lactobacillus delbrueckii、副乳桿菌/Paralactobacillus的宿主適應性微生物),以及23個新屬,並提議將其命名為乳酸桿菌屬(Lacticaseibacillus)、乳酸桿菌屬(Latilactobacillus)、糠秕乳桿菌屬(Fururan furilactobacillus)、檸檬酸乳桿菌屬(Limosilactobacillus)、果糖乳桿菌屬(Fructilactobacillus)、醋酸乳桿菌屬(Acetilactobacillus)、扁豆乳桿菌屬(Lentilactobacillus)和其他。他們也提議修改乳酸桿菌科(Lactobacillaceae)的描述,以涵蓋先前乳桿菌科和明串珠菌科(Leuconostocaceae)中包含的所有屬。到 2020 年,通用術語「乳酸桿菌」仍將用於指稱所有被歸類為乳酸桿菌科的生物。

 

芽孢桿菌屬(例如:克勞氏芽孢桿菌/B. clausii s和枯草芽孢桿菌/B. subtili)因其能夠產生芽孢的能力,是在食品和製藥行業中被廣泛用作為益生菌。其熱穩定性和在胃屏障低pH值下的存活力,優於其他益生菌微生物。這種革蘭氏陽性需氧菌的主要特徵是能夠形成內生芽孢,從而能夠長期維持活力。

 

然而使用芽孢桿菌的活芽孢作為益生菌的補充劑引發了許多問題,包括其安全性。將其用作動物飼料補充劑所獲得的知識表明,對於某些物種而言,其安全性可以通過定量包裝的方法得到保證。

 

雙歧桿菌(Bifidobacteria)被認為是極具前景的益生菌 ,這些細菌在動物和人類腸道中的大量存在,會與宿主的健康狀況有關。雙歧桿菌常用於食品和藥物製劑,其在飼養上的應用也日益增多。由於其長期安全使用的歷史,許多雙歧桿菌種群已被提議歸類為腸道益生菌)。

 

儘管人類腸道菌叢中的大多數益生菌微生物都屬於乳酸菌 (即LAB),但乳製品和發酵產品中存在的一些酵母菌株也已被歸類為益生菌,人們致力於尋找具有益生菌特性的酵母菌株,因為它們富含各種免疫刺激的化合物,例如蛋白酶、β-葡聚醣和甘露寡糖。酵母還具有對某些抗生素不敏感以及對工業加工條件(例如冷凍乾燥和高溫)具有良好耐受性的優勢,且酵母菌也是腸道菌叢殘留微生物系統的一部分。

 

釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)因其安全性和技術應用,已被廣泛研究並應用於工業領域,例如:烘焙和啤酒生產行業。布拉氏酵母菌(S. boulardii)是一種廣泛使用的益生菌酵母 ,可以作為治療性應用的益生菌,且已得到動物模型和臨床研究對其作用機轉、藥物動力學和療效的支持。根據歐洲食品安全局 (EFSA) 的說法,布拉氏酵母菌具有益生菌的地位,是使用最多、研究最多的益生菌酵母菌。

 

人們對能夠有效賦予人類和動物健康益處的新型益生菌菌株的需求,日益增長,此類微生物可以從不同的自然生態位中獲取,但目前尚未充分開發。根據世界衛生組織/糧農組織的規定,新型益生菌菌株的分離是從不同的天然來源進行的,例如土壤、植物、動物、胃腸道和乳製品。值得注意的是,從作為益生菌主要來源的傳統乳製品中分離複雜的微生物群落。是一項具有挑戰性的任務,包括耗時且需要經過一些發酵步驟。

 

傳統上用作益生菌的乳酸桿菌菌株通常來自人類或動物,因為這些菌株應該更適應人體胃腸道的條件。研究表明,益生菌菌株的來源是需要考慮的重要因素之一,腸道菌叢中的微生物種類可能在其原生環境中存活率較高,並且更能耐受惡劣的胃腸道條件。值得注意的是,來自食物或腸道的益生菌菌株,對外部壓力有不同的耐受性。例如,從食品中分離的益生菌菌株通常對食品加工過程中的溫度和pH值變化具有更高的耐受性,但與從腸道中分離的益生菌菌株相比,其通過胃腸道的存活率較低。

 

儘管有相當數量的益生菌菌株得到了充分表徵,但為了尋找具有益生菌潛力的新菌株,近年來,已有研究從生駱駝奶、健康馬奶、黎巴嫩巴拉迪山羊奶、水果加工副產品等、腸子、香腸(YCoris)、香腸,中分離出潛在的益生菌。

 

隨著對人體微生物組及其功能認識的不斷擴展,未來將有一系列潛在的新發現方法,以及新的潛在益生菌類群。隨著經濟實惠的全基因組定序和高效培養方法的進步,人們能夠從人類微生物群中分離和鑑定一系列新的微生物,這些微生物具有潛在的健康益處,並有可能被開發為下一代益生菌(簡稱NGP)。

 

目前,下一代益生菌(簡稱NGP)一詞可以作為這些「非傳統」微生物的有用描述。 NGP 也完全符合美國食品藥物管理局 (FDA) 對活體治療產品的定義:「一種生物製品:(1) 含有活生物體,例如細菌;(2) 適用於預防、治療或治癒人類疾病或病症;(3) 非疫苗」。

 

下一代益生菌(簡稱NGP)指的是從未在食品工業中使用過的微生物屬和種。目前,研究人員已在與健康相關的腸道細菌中尋找到候選菌株,包括擬桿菌屬Bacteroides、梭菌屬Clostridium、糞桿菌屬Faecalibacterium,和阿克曼氏菌屬的菌株Akkermansia,以及基因轉殖菌株(通常是攜帶新的健康有益特性的乳球菌。雖然擴大益生菌範圍的措施受到歡迎,但這也為業界和研究人員帶來了新的挑戰。 NGP 的主要問題在於其功效、安全性和技術穩定性。

 

大多數被視為潛在 NGP 的腸道細菌對營養要求較高,並且對氧氣非常敏感。這些微生物可能難以大規模地經濟量產,並且在加工和潛在產品配製過程中難以維持其活性。

 

與益生菌類似,已開發出後生元衍生物,也稱為代謝生元、生物源或簡稱為代謝物/無細胞上清液,它們是指由活菌分泌或細菌裂解後釋放的可溶性因子(產物或代謝副產物)。這些副產物透過提供額外的生物活性,為宿主帶來生理益處。另一個已被研究的概念是副益生菌,也稱為“非活性益生菌”、“滅活益生菌”或“幽靈益生菌”,指的是滅活(非活性)的微生物細胞,當以足夠的量施用時,會給病患帶來益處。

 

體外和體內研究的結果表明,一些後生元和副益生菌具有多種生物活性,例如抗發炎、免疫調節、抗增殖、抗氧化和抗菌。這些生物活性可能與臨床試驗報告的健康促進作用有關,但儘管有科學證據,但所涉及的作用機制和訊號路徑尚未完全闡明。副益生菌和後生元絕對有潛力為營養保健品產業開發含有功能性成分的生技產品。對於這些生物工程之副益生菌和後生元,仍然需要解決重要的安全和監管問題。

 

陳駿逸醫師建議的癌症個人化益生菌,係由抽血檢驗的方式,經由體外微流晶片的檢測平台,模擬益生菌與個人之細胞激素的防禦因子在消化道系統接觸之情況,將益生菌與血液中防禦因子放在一起培養,藉以刺激防禦因子產生免疫調節作用,然後借助體外微流晶片的檢測系統篩選出個人需要的免疫調節作用中,激活性較理想的益生菌。除了癌症患者以外,還可適用於免疫力低下(包括容易疲倦、生活/工作壓力大、睡眠品質不佳、容易被病毒感染、過敏性鼻炎、過敏性氣喘、食物過敏等),以及免疫抗進族群(包括: 蕁麻疹、皮膚炎、腸道炎、易腹瀉體質、腸漏症、糖尿病、長期頭痛、習慣性流產、甲狀腺亢進、乾燥症、乾癬、皮肌炎、紅斑性狼瘡、類風濕性關節炎等)。

 

陳駿逸醫師建議的個人化腸道益生菌NGS檢測,係使用專業的糞便採集盒,可以即時固定採集當下糞便中的腸道微生物,降低時間與外在環境因子的干擾,進而提升個人化腸道益生菌NGS檢測分析結果的準確度檢測。該平台採用美國基因定序龍頭企業Illumina的專利儀器設備,該設備獲得美國FDA核可認證,不只能夠定序分析腸道菌叢的種類,更可以定量細菌的數量與分佈,幫助了解腸道菌群的生理意義。

 

藉由次世代基因定序NGS的檢測技術,這是目前最新且高通量的一種基因定序的方法,採用一邊合成一邊定序,以雷射激發的偵測訊號方式,相比於傳統的基因進去速度快了將近100萬倍,一次可以分析2000多種的菌種,僅僅只需要4到6個禮拜就可以完成腸道菌叢的基因解嗎,相較於過去使用細菌培養的方法來分析腸道菌叢,往往會因為保存、運送、培養過程等等的因素,使腸道菌叢死亡,而導致檢驗的誤差。使用次世代基因定序方法,於採集當下即可以將基因固定,真正的即時反應腸道菌叢的真實狀況。

 

個人化腸道益生菌NGS檢測可以替腸胃道的健康做全方位的剖析,了解腸道菌叢相對的豐富度、多樣性以及平衡的狀況,以及益生質的含量、好壞菌的比例、致病菌與罹患疾病的風險評估等等的健康資訊,讓癌友個人飲食和生活管理有更明確的方向,達到預防疾病、調整癌症體質和精準癌症醫療的目的。

 

除了癌症患者以外,個人化腸道益生菌NGS檢測還可適用於經常腸胃道不舒服、便秘、腹瀉、腹脹,喜歡吃甜食、油炸或者常需要應酬飲酒以及三餐老是在外的外食族群,還有生活忙碌、飲食不正常、沒有運動習慣與代謝功能失常,例如高血脂、高血糖、高尿酸血、脂肪肝、脂肪胰等,以及心血管慢性疾病(如高血壓、動脈硬化)、另外對於體質虛弱、容易疲倦以及關心自己健康注重生活品質的民眾。

 

 

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