把益生菌搬上太空

一提起細菌和真菌，人們就會想到它們對人體、動物和植物的危害。的確，有一些致病菌生活在人、動植物的體內或體表，從活的人、動植物體內吸收營養物質，導致人、動植物患病。

但是，我們不應該將所有細菌和真菌「一棍子打死」

大部分的細菌和真菌對人體、動物和植物是有利的，我們稱之為益生菌。這些益生菌與它們的宿主（人、動物或植物）共同生活在一起，相互依賴，彼此有利，一旦分開，兩者都要受到很大影響，甚至出現不能生活而死亡的現象。

益生菌（Probiotics），最早來源於希臘語，意思是「對生命有益」，指可改善宿主（如動物或人類）腸內微生態的平衡並對宿主有正面效益的活性微生物。人體內對人有益的細菌或真菌主要有乳酸菌、雙歧桿菌、放線菌、酵母菌等。其被廣泛應用於生物工程、工農業、食品安全以及生命健康領域。

益生菌對人和動物的好處是十分廣泛的：

◆ 許多益生菌株在胃腸道內可產生消化酶，這些酶可幫助人體更好地消化所攝入的食品及吸收食品中的營養成分，並可以抑製有害微生物吸收營養物質及進入血液循環系統。嗜酸乳桿菌是這方面的代表菌株，它可分泌消化乳糖的乳糖酶，從而緩解乳糖不耐症。

◆ 益生菌還能產生維生素，其中包括泛酸、尼克酸、B1、B2、B6及維生素K等，同時能產生短鏈脂肪酸、抗氧化劑、氨基酸等等，對骨骼成長和心臟健康有重要作用。

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◆ 攝入益生菌後，活性益生菌可以在腸道內定殖，從而調節腸道各種不同菌群的平衡。

◆ 益生菌還可以直接對腸道的免疫系統產生影響，增強腸道的免疫功能。有助於抗癌與抑製過敏性疾病。

◆ 益生菌還可以預防和治療某些疾病：比如，可以預防和治療腸道綜合症、呼吸道感染、生殖系統感染、過敏、口臭、胃潰瘍等。

很多微生物對植物也是有益的，是植物的益生菌，不過它們有自己的專有名字——「植物內生菌」。植物內生菌是指生活在植物活組織內而不引起植物病變的一大類微生物，包括內生真菌、內生細菌和內生放線菌。幾乎所有植物中都伴隨植物內生菌存在，許多植物內生菌長期生活在植物體內的特殊環境中，與宿主協同進化，能夠產生與宿主植物相同或相似的活性代謝產物，並與宿主植物形成互益共生體系。

概括起來，植物內生菌對植物的作用有：

◆ 增強植物新陳代謝，促進光合作用和強化葉片保護膜，抵抗病原菌，促使根系發達；

◆ 產生抗菌物質，抑製有害微生物繁殖，產生有益物質防治農作物各類病害；

◆ 有益菌群與土壤中放線菌等共生共殖，形成良好的作物生長環境，提高土壤肥質，徹底改良土壤性質，最終實現綠色有機農產品及免耕作業和可持續發展之路；

◆ 目前它們已成為生物防治中有潛力的微生物農藥、增產菌，或作為潛在的生防載體菌而加以利用。

時至今日，益生菌可以說成為了「全民保健品」，種類繁多，能滿足不同年齡階段人的需求。科學、適當補充益生菌會對我們的人體有好處。

航天員在太空、尤其在長期空間飛行和到其他星球探測時，人體的免疫功能下降，可能會患上各種疾病。同時一些有害細菌，例如沙門氏菌，在太空微重力環境中變得更強壯，毒性更強。同時，太空飛行中人體免疫系統變得較弱，導致健康風險增加。

如何解決此類問題呢？一些微生物家想到了益生菌，如在航天員的食品中加入益生菌或讓航天員服用益生菌的膠囊。首先將此想法付諸實踐的是日本的養樂多有限公司和日本航空宇宙研究發展機構(JAXA)，他們在2014年簽訂了一個協議，共同在國際空間站上進行「益生菌對微重力環境下人體免疫功能和腸道微生物群影響的研究」。

這項研究的時間將從2014年持續到2020年，探究長期駐紮在國際空間站的航天員們連續服用益生菌後，是否可以改善他們的免疫系統和腸道菌群，為航天員的健康護理和即將到來太空時代的生命科學發展提供數據；通過聯合研究中獲得的知識，為地面益生菌研究的發展做出貢獻。

益生菌「上天」後會發生怎樣的變化？它們的活性是增強、不變、還是減弱了？2016年4月，在太空探索技術公司的龍飛船上開展了益生菌膠囊儲藏試驗。方法是將同樣的膠囊，分成兩組：一組「上天」，在國際空間站上「停留」一個月；另一組老老實實地在地面儲藏一個月。實驗完成後，對兩組益生菌膠囊進行分析。結果證實，國際空間站的膠囊中，活性益生菌數量與地表膠囊中的益生菌數量相當，說明太空環境對益生菌沒有明顯影響。

這次實驗用的益生菌是乾酪乳桿菌菌株Shirota。目前常用的益生菌有嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌和乾酪乳桿菌，它們一起被稱為「健康三益菌」。乾酪乳桿菌作為益生菌的一種，能夠耐受有機體的防禦機制，其中包括口腔中的酶，胃液中的低pH值和小腸的膽汁酸等，所以乾酪乳桿菌進入人體後可以在腸道內大量存活，起到調節腸內菌群平衡、促進人體的消化吸收等作用。

同時，乾酪乳桿菌具有高效降血壓、降膽固醇，並且能夠誘導產生抗菌素，促進縱橫諜海，產生抗體免疫，增強人體免疫及預防癌症和抑製腫瘤生長等作用。乾酪乳桿菌還具有緩解乳糖不耐症，緩解過敏等益生保健作用。美國食品和藥物管理局（FDA）已認定該菌株是安全的。近年來，由於乾酪乳桿菌對宿主營養、免疫、防病等方面顯著的益生功效，越來越成為研究、開發、生產的焦點。

下一步實驗是在國際空間站第51/52、53/54、55/56、57/58、59/60考察組的航天員中進行的。具體的方法是將航天員分為兩組，一組是實驗組，此組航天員從返回前4周至返回前1天，每天連續服用5粒凍乾乾酪乳桿菌菌株Shirota（LcS）；另一組是對照組，不服用乾酪乳桿菌菌株。取飛行前、中（飛行中取4次樣本）、後的糞便（1g×2管）和唾液（2毫升）。將糞便和唾液樣本放到預先準備好的糞便和唾液收集器中，然後儲存到國際空間站的-80℃冷凍室中，以便返回地面再進行分析。對照組在地面同時間取樣，操作程序與實驗組相同。此外，還測量了一些與免疫系統有關的指標，以了解腸道菌群和免疫系統是否發生了變化。目前此實驗正在進行中，結果有待今後發布。在完成此實驗後，課題組還打算擴大範圍，研究益生菌在外層空間的變化。此研究如果能得出好的結果，乾酪乳桿菌菌株Shirota將可以納入未來太空任務的食物中，對保護航天員的健康作出貢獻。

在地球人的餐桌上，新鮮蔬菜是每日不可缺少的。可對於長期太空飛行的航天員來說，要吃上新鮮的蔬菜是十分困難的。依靠貨運飛船送上的蔬菜，一到就被航天員搶吃一空，之後仍然要過著無蔬菜可吃的「悲慘」日子。對於星際探測的航天員來說，連這種「福氣」都沒有。因此，航天員在太空吃新鮮蔬菜也是一個亟待解決的大問題。現在已經證明在太空種植蔬菜是可行的，航天員也吃上了自己種植的生菜。下面一個問題是如何使種植的蔬菜克服太空種植的不良條件，獲得更大的豐收。目前，科學家和學生們正致力於將塗抹了益生菌的西蘭花種子送上太空的實驗。

2018年，在天鵝座空間站貨物補給任務中，六顆西蘭花種子飛上了太空。其中三顆種子被塗抹上了能與農作物共生、並促進農作物生長的兩種不同的細菌（實驗組）。益生菌被包裹在西蘭花種子外的塗層內，這種塗層能夠保護種子免於脫水，並在種子到達軌道前將其安全地乾燥存儲。當這種包裹著內生菌的西蘭花種子到達空間站後，它們將在一個小型植物生長室中水合，並在生長室持續的光照中進行光合作用。另外三顆種子是正常種子（對照組），它們沒有塗抹上益生菌。兩組種子在太空生長的情況由攝影機記錄下來。當植物從空間站返回地球後，研究人員將對兩組各項生長指標進行比較，看這些種子在空間站的生長狀況是否與地球上的模擬實驗結果一致。

這項實驗最初由加州山谷基督中學11名學生提出，他們在開展了一項地面模擬實驗，其實驗的目的是研究如何在充滿挑戰性的微重力條件下種植蔬菜。他們發現，與對照組相比，塗抹了益生菌實驗組西蘭花的生長速度明顯快得多。

此課題的負責人是一些有豐富植物內生菌研究經驗的科學家。十多年前，紐約州立大學環境與林業科學學院的教授莎倫·多蒂和她的團隊在斯諾奎米河沿岸的岩石和沙灘上發現了在營養不足的土地上生長的野生柳樹。這些植物選擇了最合適的微生物來幫助它們在惡劣的條件下生長。這些微生物能夠幫助作物（比如西蘭花）將空氣中的氮轉化為必需的營養素，減少其對合成肥料的需求。來自Intrinsyx科技公司的約翰. 弗裡曼也利用這些益生菌來促進作物（例如西紅柿、萵苣、大豆、小麥、玉米和西蘭花）的生長。他發現，即使水分和營養物質如氮和磷均匱乏，添加了益生菌的作物仍然能旺盛地生長。弗裡曼的實驗也證實了2016年多蒂與其同事開展的一項研究。該研究指出，天然的微生物能夠為共生的農作物提供養分，在它們的幫助下，植物能夠更好地抵抗乾旱和其他環境下的壓力。

多蒂的實驗室和弗裡曼等科學家聯合起來，開始測試幫助柳樹和楊樹在惡劣環境下生長的微生物是否同樣能在月球和火星上促進植物生長。多蒂表示：「我希望這些實驗能夠作為太空移民長期計劃的第一步，用一種科學有效的方式幫助人類在火星和月球上生存，而不是試圖把化學肥料帶到那些環境中。」此前，雖然研究人員在空間站中進行了多項植物種植實驗，但這是第一次嘗試利用有益微生物來促進植物在微重力環境下的生長。

文/沈羨雲

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