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如何在沸水中活下来

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文章摘要

这是一篇由微生物学方向的博士生 Jane A. Cook 写的科普长文，副标题是”一个益生菌悖论”。文章从 MIT 最有名的那盒牛奶讲起：1994 年买下、1995 年被一位据说乳糖不耐受的本科生在冰箱里重新发现，他没有扔掉它，而是给它办了个生日派对。此后这盒”牛奶”在常温下的高玻璃罐里度过余生，Random Hall 宿舍的住客年年为它庆生，20 岁那年它还申请了 MIT 并被拒；罐子要定期”打嗝”放气，最终它稳定成一罐浑浊的褐色液体。有人问为什么不扔掉，一位住客回答：”能拿来讲故事的东西，干嘛要扔？”

作者用这句话串起了整篇文章的主题——”从本该被扔掉的东西里学到的知识”。她举了巴斯德：酿酒不只产出酒，也在桶壁上留下酸性结晶，而这些副产物没有被丢弃，而是被巴斯德和同代人研究，最终引出了发酵这一定义他职业生涯、也奠定现代食品安全基础的现象。从亚里士多德到 1850 年代，人们普遍认为是起始物质（谷物、牛奶）本身的某种内在属性让它自发变成啤酒、酸奶，或最终腐坏。巴斯德用他著名的鹅颈瓶实验证明了这些转化需要活的生物：让气体能进出但微生物不能进入的瓶子里的肉汤保持澄清，而被敲断瓶颈暴露于空气的那一瓶则变浑发酵。这个发现对拿破仑三世是好消息——法国出口给英国的葡萄酒总在运输途中”自发”变坏，赔钱又损声誉，政府悬赏求解；巴斯德把对肉汤做过的事更温和地用在酒上：加热到足以杀死微生物但不破坏风味，这就是 1865 年发明的巴氏杀菌法，不久后被用于让储存的牛奶可以安全饮用。

由此，杀菌成了现代生活的主要业务。最显眼的表现是抗生素（据 CDC 数据，2024 年美国每 1000 人约有 700 张抗生素处方），其次是超市里琳琅满目的消毒产品；更不显眼的则是让超市和医药得以存在的整套消毒基础设施——高温高压灭菌设备制造商 Steris 是家年营收 50 亿美元、市值 210 亿美元的公司；美国每年巴氏杀菌约 500 亿升液态奶；连菠菜这类沙拉青菜在包装前都要用稀漂白水洗掉土壤微生物。

但与这场”对细菌的战争”并行的，是一个反向的产业：益生菌。它强调有些微生物是朋友不是敌人（这是真的），并主张你应该有意地、大量地、持续地吃它们，而且最好为含有它们的产品多付点钱（这就相当可疑了）。作者指出 “probiotic”（意为”为了生命”）其实名不副实，因为它的正式定义就是活的微生物——吃益生菌不过就是有意地吃细菌；而我们本来就一直在无意中从环境里摄入微生物。她还给了一个尺度感：我们拼命想杀死的那些细菌，在物种层面上被和平共处甚至有益的细菌以至少 1000 比 1 压倒。

文章的引子来自一次购物。她感冒了想买柠檬姜茶，买了盒 Bigelow，回家烧水冲泡加蜂蜜，一口差点吐出来——姜味有了、柠檬有点、但还有一股说不上来的粉状碱味，实在难喝。再看盒子才发现自己迷迷糊糊买到了新品：Bigelow 柠檬姜茶含益生菌。也就是说，配料里除了香茅和肉桂，还有细菌，而她刚刚用比巴氏杀菌高 40 度的水把它们煮了。于是两个问题浮上来：茶难喝是因为在喝死细菌水吗？如果正常冲泡的最终结果就是这样，那一开始往茶里放细菌到底图什么？她在实验室的欢乐时光上跟自己的博导提起这事，导师立刻来了精神：”对吧？益生菌茶难喝死了。”两人一致觉得可疑：这些细菌到底能不能到达肠道？到了之后又真的有用吗？于是有了那个简单的念头——把茶包里的细菌在实验室里养出来。

准备阶段。 茶里的菌株 BC30 全称是 Bacillus coagulans GBI-30, 6086，2012 年获 FDA 的 GRAS（一般认为安全）认定，据其官网称存在于全球一千多种”领先的食品、饮料和宠物食品”中。她需要弄清三件事：这个物种在实验室培养安全吗？它爱吃什么？喜欢什么生长条件？作为商业益生菌，BC30 既是 BSL-1（常规防护下可安全培养）又可食用。但她强调自己仍不会在家做这件事、也不会从培养板上刮细菌吃，因为 BC30 偏爱的营养基（富含糖与氨基酸的 MRS 琼脂）同样受它那些亲戚欢迎，而那些亲戚里包括引起链球菌性咽炎的化脓性链球菌和引起食物中毒的蜡样芽孢杆菌——没有无菌操作和物种级确认，你无法确知板子上长的是什么。按美国微生物学会博客的说法，若培养成功，应在 30–33 度有氧条件下 48 小时后看到半透明的白色菌落。

实验设计。 她设了三种覆盖真实饮茶场景的浸泡条件：守规矩型（按说明用沸水泡 4 分钟）、”我忘了我泡了茶”型（沸水 15 分钟）、冷泡无政府主义者型（顾名思义）。每个容器一个新鲜未过期的茶包、八盎司指定温度的水。为了把茶和茶包”半无菌”地带到实验室，她用了部门务虚会上办盲眼倒液体比赛剩下的 Falcon 管，在自家灶台的明火旁分装，把火当作简易本生灯。

实验室部分。 她得先做 MRS 琼脂平板。实验室很少用 MRS，她第一次去找时只翻出一瓶十年前结成硬块、玻璃瓶内壁长着大片绿斑的 MRS 粉，好在后面还有一瓶看起来正常的。她把肉汤粉、琼脂和水混在玻璃瓶里，松盖后送进高压灭菌锅（”高压灭菌锅”是”巨型压力锅”的雅称，而且正是前文提到的 Steris 制造），121 度 45 分钟灭菌。琼脂冷到能拿之后倒进培养皿，隔夜凝固。第二天她把三种茶各取 400 微升涂布到平板上，还额外做了关键对照：如果茶包里原本有细菌但被煮死了，那么直接把未冲泡茶包的干燥内容物、以及冷水泡过的茶包内容物撒到琼脂上，应该能看到生长。全部平板（含一块检验无菌的空白 MRS 板）放进 37 度培养箱——标准生长温度，比推荐值略高。她当时并不看好。

结果。 两天后取出平板，她首先注意到的是气味：几乎所有平板上都点缀着白色小菌落，打开一块凑近看，一股甜腻的姜味扑面而来——那是细菌代谢 MRS 板上糖分的副产物。所有茶与茶包的平板都长了菌，无菌对照板保持干净。沸水冲泡与茶包本身长出的菌落大小不一，其中一些明显更大，而冷水茶的菌落则大小均匀。按已知体积换算成 CFU/mL 后，结果与她的预期完全相反：4 分钟条件下，沸水泡出的菌落数是冷水的五倍；15 分钟条件下也是近四倍。为了确认这些菌落确实是 Bacillus coagulans，她没有选昂贵的测序，而是用 PCR：下载 BC30 基因组，挑出两段在 NCBI 数据库中不与其他物种匹配的区域，用 Primer3 设计两对引物，从七块板各挑最大的菌落做菌落 PCR（反应中的高温会炸开细胞释放 DNA），凝胶电泳后紫外成像——两套引物、来自基因组完全不同的部位，都出了条带。

答案：如何在沸水中活下来。 Bigelow 知道一些她不知道的事。BC30 和它的许多亲戚一样是产芽孢细菌：营养匮乏时，Bacillus coagulans 会不对称分裂，把最基本的细胞信息打包进一个有厚保护外壳的芽孢里。这些芽孢耐干燥、耐饥饿、耐辐射、耐化学消毒剂、耐极端高温——茶包里的正是这些芽孢，它们泡在沸水里毫发无损。像植物种子一样，一旦落到适宜生长的环境（比如 37 度的 MRS 平板），它们就重新萌发成活跃细胞。这也正是它们作为益生菌的前提：芽孢在茶包（或任何上千种含 BC30 的产品）里休眠且货架稳定，理论上到达消化道后萌发，并对宿主产生某种效果。她还补了一个绝妙的讽刺：工业上大规模生产芽孢的做法是在营养肉汤大罐里养菌，不补充营养让它们挨饿从而触发芽孢化，约 24 小时后用酶杀掉剩余的未成孢细胞，浓缩、水洗，最后——巴氏杀菌。

那么这茶有用吗？ BC30 的宣传点是改善”消化健康”和”蛋白质吸收”。官网列出的消化健康终点是 IBS 成人的排便频率、腹痛与腹胀减少；但作者指出在其推广的那项研究里，安慰剂组腹痛与腹胀的基线莫名其妙地分别比 BC30 组高 12.5% 和 30%，安慰剂组在随后疗程中毫无变化，而 BC30 组一周后降到安慰剂水平并稳定——若两组基线一致，结果会有说服力得多，而且严重度评分是自评的，很难标准化。蛋白质吸收方面则有血液氨基酸水平上微小但统计显著的差异。最关键的是剂量对比：她能找到的临床试验（包括上面那项 IBS 研究）多是每日给 10 亿 CFU（芽孢），连续一到八周；而按她的计算，一杯正确冲泡的益生菌茶大约含 3 万 CFU，是临床验证剂量的 0.003%。她也诚实地补充：她只是一个人做了一个实验；而且关于 BC30 能否挺过消化道，独立研究结论相互冲突——有研究认为芽孢杆菌类益生菌到不了，另一项在人工肠道系统中则报告约一半初始剂量的芽孢能通过；还有研究认为益生菌的效果压根不来自细胞复活，而是来自免疫系统对休眠或活跃细胞的反应。

文章最后把视野拉宽。芽孢生物的耐热性对商业生物技术有用，却给食品工业带来麻烦：土壤中常见的蜡样芽孢杆菌在食物中繁殖时会释放耐热毒素，活菌到达小肠后也能产毒；即便未开封的巴氏奶最终也会因为耐热芽孢（多为土壤芽孢杆菌）繁殖而变质。Bacillus coagulans 本身也是土壤细菌，并非人类肠道菌群的典型居民，它于 1915 年在一罐变质凝结的罐装牛奶中被发现；尽管出身如此，它作为病原体几乎是惰性的，感染报告极其罕见，安全记录相当出色。但安全只是第一步：Pendulum、Seed 这类新益生菌公司以临床数据为卖点（前者针对 II 型糖尿病的血糖控制，后者针对健康成人的胀气与排便规律），它们产品的主干是更常见于肠道的菌种，且都主打多物种配方——投放的其实是微型微生物群落。作者所在实验室的研究方向之一是本无害的肠道常住菌在（通常已经很虚弱的）人身上出现异常致病行为；她指出我们对”健康的肠道菌群长什么样”至今没有共识——她们与一个覆盖非洲大陆的联盟合作编目健康成年女性的菌群时，相对于以西方国家为中心的既往研究，新发现了超过 1000 个物种。因此试图把特定微生物组合引入肠道的公司，永远是在朝一个移动的靶子射击；对于益生菌市场瞄准的那些常见胃肠不适，答案也许根本不是加入更多生物体，而是通过饮食干预改变肠道的代谢环境，促成执行特定功能、与物种无关的”行会”（guilds）。

结尾她写道，一个菌落要在平板上可见，至少由上百万、往往接近十亿个细胞组成；了解细菌如何生长与适应并没有削减她的惊奇感，只是放大了它。她想象当年从变质罐装牛奶里第一次培养出 Bacillus coagulans 的科学家也怀着同样的惊奇，也想象某种惊奇、敬畏与恐惧的混合让 Random Hall 那盒牛奶活了 27 年。下一个巴斯德可能是一个乳糖不耐受的本科生，或者一个在拖延的博士生，也可能是你——停下来多看一会儿、追问世界为什么是这样，正是我们颠覆”什么才有价值、什么才值得一看”的方式，因为说到底，垃圾只存在于观者眼中。

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