胃肠道是数万亿微生物的家园，统称为肠道微生物群。
以前人们认为，胃肠道中的微生物细胞大约有10倍于人体细胞，但最近的估计是接近一比一的比例，天平只是稍微向微生物倾斜：
换句话说，看起来我们的微生物比人体细胞略多一些。肠道微生物群主要由两个主要的细菌群体主导：类杆菌和韧皮菌。还有数量少得多的变形杆菌、疣鼻杆菌、放线菌和镰刀菌。细菌的数量和类型可能因人而异，但对于什么是"健康"的微生物群已经有明确的共识。
微生物在整个胃肠道内都有，但大多数都在大肠或结肠内。
由于我们每天吃的和喝的都要经过胃肠道——我们的饮食会影响我们的肠道微生物组。这并不奇怪，例如，吃高纤维饮食的人往往有较高的普雷沃特菌水平。而那些饮食中蛋白质和脂肪含量较高的人有更多的细菌，这两种细菌都是类杆菌类的成员。
事实上，研究表明，即使是坚持进行一整天的严格的动物性饮食或植物性饮食，可以改变微生物组的组成，但我们通常会恢复到我们的常规微生物组——只要我们的饮食恢复正常。
饮食中能够独特地影响微生物组的两个部分是益生菌和益生元。
益生菌是提供健康益处的活的微生物--例如，帮助增强或恢复我们肠道微生物组的健康。许多自然生活在我们体内的微生物都在益生菌食品、饮料和膳食补充剂中发现。
益生菌在发酵乳制品如酸奶和酸乳酪以及泡菜和酸菜等食物中也有发现，但并不是所有类型的发酵食品都一定是这样，并非所有类型的发酵食品都有资格成为"益生菌"。要让一种食品或饮料被认为是"益生菌"，必须有足够的活细菌。在食品加工过程中存活下来，以便它们在食品或饮料中存在，并且这些存活下来的细菌必须是那些已知的有益于人类健康的细菌——基于研究证实过的才行。
两组被研究得很好的细菌是乳酸杆菌，它属于韧皮类；和双歧杆菌，属于放线菌的一种。这两种细菌通常都存在于含有益生菌的食品中。益生菌也存在于膳食补充剂中，并被添加到其他食品和饮料中。如麦片、蛋白质奶昔和果汁。
益生元是宿主微生物使用的食物成分，它们提供了一个健康的环境。许多益生元存在于高纤维食物中，它们不会被人类的消化系统所分解，并能进入大肠，在那里被肠道细菌发酵。所以基本上，益生元是我们肠道微生物的食物。蔬菜、水果、全谷物和豆类，如豌豆和豆子，自然产生的益生菌纤维的最佳来源。一些包装食品中的成分，如菊粉和低聚糖，也被列为益生菌。
一般来说，大多数人都没有吃足够的纤维。美国人平均每天吃大约16克的纤维，而建议是每天吃25~38克的纤维。现在，当肠道微生物代谢益生菌时，有些会产生短链脂肪酸，如丁酸盐、乙酸盐和丙酸盐。在胃肠道中，这些短链脂肪酸滋养着胃肠道的细胞，并与减少某些类型的癌症的风险有关，如结肠直肠癌，增强钙的吸收，以及缓解便秘和腹泻。短链脂肪酸还能进入血液并进入其他器官，在那里它们可以作为信号与大脑沟通，以及调节免疫系统和炎症。
以植物为基础的饮食或高纤维饮食促进了具有更高能力的细菌的存在定殖。发酵益生菌纤维，从而增加短链脂肪酸的产生，这可能有助于对我们的健康产生全面的好处。
对食品和膳食补充剂中的益生菌效果的研究正在进行，而我们也在不断地了解它们对健康的影响。
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