본 연구에서는 최근에 연구되어 온 장내 세균총이 특히 주요 장질환의 발병에 있어서, 어떠한 역할을 하는지 보고된 여러 문헌들을 중심으로 연구 결과들을 요약 하였다. 예를 들자면, 면역체계를 매개하여 병이 악화되는 여러 질환에서 정상일 때와 달리 바뀐 장내 세균총을 통해 악화된다고 보고된 바 있다. 장내 세균총의 역할에 대해 많이 연구된 장질환 중에서, 많이 연구된 3개의 질환은 과민성 장 증후군, 염증성 장질환, 대장암이다. 그러나, 사람의 장내에 존재하는 세균총은 몸에 이로우며, 비타민 A 합성, 단사슬지방산의 생산, 담즙산 대사과정과 같은 장내 생리적 기능 매개를 통해 장내 항상성을 유지한다고 알려져 있다. 이와 같이, 장내에 존재하는 이로운 세균 군집과 해로운 세균 군집의 균형은 장내 건강에 주요한 영향을 미친다. 장질환을 포함한 여러 질환의 발병 및 진행에서 장내 세균총의 변화가 주요 원인으로 추측되고 있는 실정이다. 현재까지 보고된 많은 연구 결과에도 불구하고, 어떤 장내 세균총 구성이 몸에 가장 이로운 지학계에서도 의견이 분분한 상태이다. 본 논문에서는, 주요 장질환으로 알려진 과민성 장 증후군, 염증성 장질환, 대장암과 장내 세균총과의 관계에 대해 연구한 논문들에 대해 연결 지어 요약하였다. 마지막으로, 장내 세균총을 매개로 악화되는 장질환을 완화하며, 장내 건강을 지키기 위한 수단으로 천연물을 이용한 치료 전략을 제시하고자 한다.
Objective: The aim of this study was to examine shifts in the composition of the bacterial population in the intestinal tracts (ITs) of weaning piglets by antibiotic treatment using high-throughput sequencing. Methods: Sixty 28-d-old weaning piglets were randomly divided into two treatment groups. The Control group was treated with a basal diet without antibiotics. The Antibiotic group's basal diet contained colistin sulfate at a concentration of 20 g per ton and bacitracin zinc at a concentration of 40 g per ton. All of the pigs were fed for 28 days. Then, three pigs were killed, and the luminal contents of the jejunum, ileum, cecum, and colon were collected for DNA extraction and high-throughput sequencing. Results: The results showed that the average daily weight gain of the antibiotic group was significantly greater (p<0.05), and the incidence of diarrhea lower (p>0.05), than the control group. A total of 812,607 valid reads were generated. Thirty-eight operational taxonomic units (OTUs) that were found in all of the samples were defined as core OTUs. Twenty-one phyla were identified, and approximately 90% of the classifiable sequences belonged to the phylum Firmicutes. Forty-two classes were identified. Of the 232 genera identified, nine genera were identified as the core gut microbiome because they existed in all of the tracts. The proportion of the nine core bacteria varied at the different tract sites. A heat map was used to understand how the numbers of the abundant genera shifted between the two treatment groups. Conclusion: At different tract sites the relative abundance of gut microbiota was different. Antibiotics could cause shifts in the microorganism composition and affect the composition of gut microbiota in the different tracts of weaning piglets.
Trimethylamine N-oxide (TMAO), which is transformed from trimethylamine (TMA) through hepatic flavin-containing monooxygenases, can promote atherosclerosis. TMA is produced from dietary carnitine, phosphatidylcholine, and choline via the gut microbes. Previous works have shown that some small molecules, such as allicin, resveratrol, and 3,3-dimethyl-1-butanol, are used to reduce circulating TMAO levels. However, the use of bacteria as an effective therapy to reduce TMAO levels has not been reported. In the present study, 82 isolates were screened from healthy Chinese fecal samples on a basal salt medium supplemented with TMA as the sole carbon source. The isolates belonged to the family Enterobacteriaceae, particularly to genera Klebsiella, Escherichia, Cronobacter, and Enterobacter. Serum TMAO and cecal TMA levels were significantly decreased in choline-fed mice treated with Enterobacter aerogenes ZDY01 compared with those in choline-fed mice treated with phosphate-buffered saline. The proportions of Bacteroidales family S24-7 were significantly increased, whereas the proportions of Helicobacteraceae and Prevotellaceae were significantly decreased through the administration of E. aerogenes ZDY01. Results indicated that the use of probiotics to act directly on the TMA in the gut might be an alternative approach to reduce serum TMAO levels and to prevent the development of atherosclerosis and "fish odor syndrome" through the effect of TMA on the gut microbiota.
버섯의 섭취는 버섯의 유용 성분에 의해 면역체계 및 장내미생물균총의 변화를 유발한다. 그중 많이 알려진 β-glucan 구조 기반 물질들은 염증매개물질의 분비는 억제하고 대식세포의 활성은 유발하여 면역력의 증진을 도와인체의 면역기능을 증진시킨다. 직접적인 유용 성분 이외의 다른 물질은 장내 미생물균총에 의해 단쇄지방산으로 변화되며, 변화된 단쇄지방산은 면역 및 다양한 질병의 완화를 유발하게 된다. 버섯이 포함하고 있는 성분은 β-glucan 외에도 장내미생물균총을 변화하게 유도하는 prebiotic로써의 역할을 수행하게 된다. 변화된 장내미생물균총은 외부로부터 들어오는 다양한 감염성 균의 감염을 막으며, 면역체계의 균형 유지를 도우며, 질병을 예방하게 된다. 국내 섭취 빈도가 높은 새송이, 표고, 느타리, 팽이, 목이, 양송이 버섯의 유용 성분의 탐색, 장내미생물균총의 변화 및 섭취 시 인체의 단쇄지방산 변화 연구는 추후 버섯의 유용 성분, 장내미생물 및 질병과의 인과관계를 풀어내는데 기여할 것으로 여겨진다.
최근 10년간 미생물생태분석 기반의 연구는 차세대염기서열분석법이 개발된 이래로 지속적으로 증가하고 있다. 장내미생물생태와 건강의 연관성은 미생물 생태학 분야에 있어서 중요한 결과로 여겨지고 있다. 미생물 군집 분석은 주로 16S rRNA 유전자 가변 영역의 염기서열을 통해 분석되지만 이는 미생물의 활성 정보를 제공하지 않는다. 본 연구에서는 cDNA 기반의 미생물 생태분석을 수행하고 DNA 및 cDNA기반의 미생물생태분석 결과를 비교하였다. 두 가지의 서로 다른 접근법이 Butyrate producer와 probiotics와 같이 장내 대사과정에서 중요한 미생물의 abundance 뿐만 아니라 비만 지표로 알려진 Firmicutes 와 Bacteroidetes의 비율에 있어서 차이가 있음을 나타내었다. 따라서, cDNA 기반 미생물 군집은 이전에 수행된 DNA 기반 미생물 군집 분석과 비교하여 장내미생물생태의 역할과 관련된 또 다른 분석 방향성을 제공한다.
Kim, Minji;Cho, Jae Hyoung;Seong, Pil-Nam;Jung, Hyunjung;Jeong, Jin Young;Kim, Sheena;Kim, Hyeri;Kim, Eun Sol;Keum, Gi Beom;Guevarra, Robin B.;Kim, Hyeun Bum
Journal of Animal Science and Technology
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제63권6호
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pp.1386-1396
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2021
Copper is an essential mineral for pigs, thus it is used as a feed additive in the forms of copper sulfate. Therefore, this study aimed at characterizing the fecal microbiota shifts in pigs as fed by different forms of copper supplementation. 40 growing pigs aged 73 ± 1 days with an average weight of 30.22 ± 1.92kg were randomly divided into 5 groups. The control group (CON) fed with basal diet, while treatment groups were fed a basal diet supplemented with 100 ppm/kg of copper sulfate (CuSO4), Cu-glycine complex (CuGly), Cu-amino acid complex (CuAA), and Cu-hydroxy(4methylthio)butanoate chelate complex (CuHMB) for 28 days of trial, respectively. The data presented the comparison between inorganic and organic copper supplementation through gut microbiota in growing pigs. Alpha and Beta diversity anaylsis resulted in copper supplementation did shifted gut microbioal community structure. At the phylum level, Firmicutes and Bacteroidetes were the most abundant phyla at all times regardless of treatment. At the genus level, the relative abundances of Prevotella, Lactobacillus, Megasphaera, and SMB53 of the CuGly and CuHMB groups were significantly higher than those of copper sulfate and basal diet groups. Overall, this study may provide the potential role of organic copper replacing inorganic copper, resulting in increased beneficial bacteria in the pig gut.
Ju Young Eor;Chul Sang Lee;Sung Ho Moon;Ju Young Cheon;Duleepa Pathiraja;Byeonghyeok Park;Min Jae Shin;Jae-Young Kim;Sangjong Kim;Youngbae Noh;Yunhan Kim;In-Geol Choi;Sae Hun Kim
한국축산식품학회지
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제43권4호
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pp.659-673
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2023
Compared to infant formula, breast milk is the best source of nutrition for infants; it not only improves the neonatal intestinal function, but also regulates the immune system and gut microbiota composition. However, probiotic-fortified infant formula may further enhance the infant gut environment by overcoming the limitations of traditional infant formula. We investigated the probiotic formula administration for one month by comparing 118 Korean infants into the following three groups: infants in each group fed with breast milk (50), probiotic formula (35), or placebo formula-fed group (33). Probiotic formula improved stool consistency and defecation frequency compared to placebo formula-fed group. The probiotic formula helped maintaining the level of secretory immunoglobulin A (sIgA), which had remarkably decreased over time in placebo formula-fed infants (compared to weeks 0 and 4). Moreover, probiotic formula decreased the acidity of stool and considerably increased the butyrate concentration. Furthermore, the fecal microbiota of each group was evaluated at weeks 0 and 4. The microbial composition was distinct between each groups, and the abundance of health-promoting bacteria increased in the probiotic formula compared to the placebo formula-fed group. In summary, supplementation of probiotic infant formula can help optimize the infant gut environment, microbial composition, and metabolic activity of the microbiota, mimicking those of breast milk.
Seungki Lee;Ahyoung Choi;Kyung-Hoon Park;Youngjin Cho;Hyunjin Yoon;Pil Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제33권12호
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pp.1648-1656
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2023
We have previously observed that feeding with single-cell hemoprotein (heme-SCP) in dogs (1 g/day for 6 days) and broiler chickens (1 ppm for 32 days) increased the proportion of lactic acid bacteria in the gut while reducing their body weights by approximately 1~2%. To define the roles of heme-SCP in modulating body weight and gut microbiota, obese C57BL/6N mice were administered varied heme-SCP concentrations (0, 0.05, and 0.5% heme-SCP in high fat diet) for 28 days. The heme-SCP diet seemed to restrain weight gain till day 14, but the mice gained weight again later, showing no significant differences in weight. However, the heme-SCP-fed mice had stiffer and oilier bodies compared with those of the control mice, which had flabby bodies and dull coats. When mice were dissected at day 10, the obese mice fed with heme-SCP exhibited a reduction in subcutaneous fat with an increase in muscle mass. The effect of heme-SCP on the obesity-associated dyslipidemia tended to be corroborated by the blood parameters (triglyceride, total cholesterol, and C-reactive protein) at day 10, though the correlation was not clear at day 28. Notably, the heme-SCP diet altered gut microbiota, leading to the proliferation of known anti-obesity biomarkers such as Akkermansia, Alistipes, Oscillibacter, Ruminococcus, Roseburia, and Faecalibacterium. This study suggests the potential of heme-SCP as an anti-obesity supplement, which modulates serum biochemistry and gut microbiota in high-fat diet-induced obese mice.
Min-Jin Kwak;Dong-Jin Ha;Min Young Park;Ju Young Eor;Kwang-Youn Whang;Younghoon Kim
Journal of Animal Science and Technology
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제66권2호
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pp.398-411
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2024
Upregulation of the nutritional value of feed is the major target of various studies in the livestock industry, and dietary enzyme supplementation could aid in digesting the nondegrading nutrients of grains in feed ingredients. Dried distillers' grains with solubles (DDGS) is a byproduct of the fermentation process in the beverage industry and can be used as a large supply source of fiber in feed. Therefore, we conducted an experiment with male broiler chickens to investigate the effect of various types of enzymes on DDGS and compare the efficacy of single enzyme and multienzyme complexes on growth performance and gut environments in broiler chickens. We used 420 1-day-old broiler chickens (Ross 308), and they were allotted into 4 dietary treatments with seven replications (CON, corn-soybean meal [SBM] diet; NC, DDGS supplemented diet; SE, 0.05 % of mannanase supplemented DDGS-based diet; MC, 0.10% of multienzyme complex (mannanase and xylanase, glucanase) supplemented DDGS-based diet. The dietary exogenous enzyme in the DDGS-supplemented diet could improve growth performance as much as the growth of the control group, and digestibility of dry matter, crude protein, and gross energy were significantly increased by enzyme addition in groups of chicks fed DDGS-supplementation diet. Moreover, the populations of pathogenic bacteria, coliforms, and Bacteroidetes were significantly decreased by enzyme supplementation, which might lead to improved gut mucus-secreting cells and inflammatory cytokines in the jejunum. Collectively, dietary single enzyme and multienzyme complexes could improve gut environments, including intestinal immune responses and gut microbial population, and lead to improvement of growth performance in broiler chickens.
Sunghyun Yoon;SungJun Park;Seong Eun Jung;Cheonghoon Lee;Woon-Ki Kim;Il-Dong Choi;GwangPyo Ko
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제34권6호
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pp.1299-1306
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2024
Antibiotics are used to control infectious diseases. However, adverse effects of antibiotics, such as devastation of the gut microbiota and enhancement of the inflammatory response, have been reported. Health benefits of fermented milk are established and can be enhanced by the addition of probiotic strains. In this study, we evaluated effects of fermented milk containing Lacticaseibacillus rhamnosus (L. rhamnosus) SNUG50430 in a mouse model with antibiotic treatment. Fermented milk containing 2 × 105 colony-forming units of L. rhamnosus SNUG50430 was administered to six week-old female BALB/c mice for 1 week. Interleukin (IL)-10 levels in colon samples were significantly increased (P < 0.05) compared to water-treated mice, whereas interferon-gamma (IFN-γ) and tumor necrosis factor alpha (TNF-α) were decreased, of mice treated with fermented milk containing L. rhamnosus SNUG50430-antibiotics-treated (FM+LR+Abx-treated) mice. Phylum Firmicutes composition in the gut was restored and the relative abundances of several bacteria, including the genera Coprococcus and Lactobacillus, were increased in FM+LR+Abx-treated mice compared to PBS+Abx-treated mice. Interestingly, abundances of genus Coprococcus and Lactobacillus were positively correlated with IL-5 and IL-10 levels (P < 0.05) in colon samples and negative correlated with IFN-γ and TNF-α levels in serum samples (P < 0.001). Acetate and butyrate were increased in mice with fermented milk and fecal microbiota of FM+LR+Abx-treated mice were highly enriched with butyrate metabolism pathway compared to water-treated mice (P < 0.05). Thus, fermented milk containing L. rhamnosus SNUG50430 was shown to ameliorate adverse health effects caused by antibiotics through modulating immune responses and the gut microbiota.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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