The advent of human intestinal organoid systems has revolutionized the way we understand the interactions between the human gut and microorganisms given the host tropism of human microorganisms. The gut microorganisms have regionality (i.e., small versus large intestine) and the expression of various virulence factors in pathogens is influenced by the gut milieu. However, the culture conditions, optimized for human intestinal organoids, often do not fully support the proliferation and functionality of gut microorganisms. In addition, the regional identity of human intestinal organoids has not been considered to study specific microorganisms with regional preference. In this review we provide an overview of current efforts to understand the role of microorganisms in human intestinal organoids. Specifically, we will emphasize the importance of matching the regional preference of microorganisms in the gut and tailoring the appropriate luminal environmental conditions (i.e., oxygen, pH, and biochemical levels) for modeling real interactions between the gut and the microorganisms with human intestinal organoids.
This study is performed in order to clarify the histochemical structure, the distribution of mucous cell and goblet cell, and the histochemical properties of the mucosubstances in the middle region of intestinal mucosa and rectum of Raja kenojei. In the H&E stain, distribution of the mucous cells and acidophilic cells were a more compacted middle portion than other regions of intestine, but the former was more than the latter in the number of mucous cells to rectum. The mucosubstances were stained with aldehyde fuchsin pH 1.7-alcian blue(pH 2.5) stain and then compared to distribution of the mucosubstances used in image and microscope technology(IMT-Size5). The middle intestine of Raja kenojei was composed of mucous cells having only large amounts of mucosubstances in the distal region was much more than that of proximal region. It was two types of mucous cells to rectum, one type was the same as proximal intestine while the other had small amounts of weakly sulfated and large amounts of carboxylated mucins.
The gastrointestinal tract of three Percida, Lateolabrax japonicus, Epinephelus septemfasciatus and Mugil cephalus, was investigated immunocytochemically for the occurrence of somatostatin-. seotonin-, gastrin-, pancreatic polypeptide(PP)-, cholecystokinin-8(CCK-8)- and glucagon-immunoreactive cells. In Lateolabrax japonicus and Epinephelus septemfasciatus, five endorcrine cell types, such as somatostatin-, serotonin-, gastrin-, PP- and CCk-8-immunoreactive cells were demonstrated. In Mugil cephalus, however, six endocrine cell types, such as somatostatin-, serotnin-gastrin-, PP-, CCK-8- and glucagon-immunoreactive cells were detected. Somatostatin- and serotonin-immunoreactive cells were detected in the gastric mucosa of all species. Glucagon-immunoreactive cells were found only in the gastric mucoas of Mugil cephalus. In the pyloric caeca, PP-and CCK-8-immnuoreactive cells fo all species. gastrin-immunoreactive cells of Epinephelus septemfasciatus and Mugil cephalus, and serotonin-immunoreactive cells of Epinephelus septemfasciatus were demonstrated. In the intestinal mucosa of all species, gastrin-, PP- and CCK-8-immunoreactive cells were detected, and in the intestinal mucosa of Epinephelus septemfasciatus serotonin-immunoreactive cells were also detected. The frequency of these immunoreactive cells differs from each portion of the gastrointestinal tract of all species.
Severe combined immunodeficiency (SCID) is a life-threatening syndrome of recurrent infections and gastro-intestinal alterations due to severe compromise of T cells and B cells. Clinically, most patients present symptoms before the age of 3 months and without intervention SCID usually results in severe infections and death by the age of 2 years. Its association with intestinal anomalies as multiple intestinal atresias (MIA) is rare and worsens the prognosis, resulting lethal. We describe the case of a four year-old boy with SCID-MIA. He presented at birth with meconium peritonitis, multiple ileal atresias and underwent several intestinal resections. A targeted Sanger sequencing revealed a homozygous 4-bp deletion ($c.313{\Delta}TATC$; p.Y105fs) in tetratricopeptide repeat domain 7A (TTC7A). He experienced surgical procedures including resection and stricturoplasty. Despite parenteral nutrition-associated liver disease, the patient is surviving at the time of writing the report. Precocious immune system assessment, scrutiny of TTC7A mutations and prompt surgical procedures are crucial in the management.
Li, Guo-Xun;Wang, Xi-Mo;Jiang, Tao;Gong, Jian-Feng;Niu, Ling-Ying;Li, Ning
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.19
no.1
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pp.1-7
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2015
Our previous study has shown berberine prevents damage to the intestinal mucosal barrier during early phase of sepsis in rat through mechanisms independent of the NOD-like receptors signaling pathway. In this study, we explored the regulatory effects of berberine on Toll-like receptors during the intestinal mucosal damaging process in rats. Male Sprague-Dawlay (SD) rats were treated with berberine for 5 d before undergoing cecal ligation and puncture (CLP) to induce polymicrobial sepsis. The expression of Toll-like receptor 2 (TLR 2), TLR 4, TLR 9, the activity of nuclear factor-kappa B ($NF-{\kappa}B$), the levels of selected cytokines and chemokines, percentage of cell death in intestinal epithelial cells, and mucosal permeability were investigated at 0, 2, 6, 12 and 24 h after CLP. Results showed that the tumor necrosis factor-${\alpha}$ (TNF-${\alpha}$) and interleukin-6 (IL-6) level were significantly lower in berberine-treated rats compared to the control animals. Conversely, the expression level of tight junction proteins, percentage of cell death in intestinal epithelial cells and the mucosal permeability were significantly higher in berberine-treated rats. The mRNA expression of TLR 2, TLR 4, and TLR 9 were significantly affected by berberine treatment. Our results indicate that pretreatment with berberine attenuates tissue injury and protects the intestinal mucosal barrier in early phase of sepsis and this may possibly have been mediated through the TLRs pathway.
Inflammatory bowel disease (IBD) is a global disease that is in increasing incidence. The gut, which contains the largest amount of lymphoid tissue in the human body, as well as a wide range of nervous system components, is integral in ensuring intestinal homeostasis and function. By interacting with gut microbiota, immune cells, and the enteric nervous system, the intestinal barrier, which is a solid barrier, protects the intestinal tract from the external environment, thereby maintaining homeostasis throughout the body. Destruction of the intestinal barrier is referred to as developing a "leaky gut," which causes a series of changes relating to the occurrence of IBD. Changes in the interactions between the intestinal barrier and gut microbiota are particularly crucial in the development of IBD. Exploring the leaky gut and its interaction with the gut microbiota, immune cells, and the neuroimmune system may help further explain the pathogenesis of IBD and provide potential therapeutic methods for future use.
You Jin Jang;Bonggyu Min;Jong Hyun Lim;Byung-Yong Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.9
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pp.1149-1161
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2023
Changes in the gut microbiome cause recolonization by pathogens and inflammatory responses, leading to the development of intestinal disorders. Probiotics administration has been proposed for many years to reverse the intestinal dysbiosis and to enhance intestinal health. This study aimed to evaluate the inhibitory effects of two newly designed probiotic mixtures, Consti-Biome and Sensi-Biome, on two enteric pathogens Staphylococcus aureus and Escherichia coli that may cause intestinal disorders. Additionally, the study was designed to evaluate whether Consti-Biome and Sensi-Biome could modulate the immune response, produce short-chain fatty acids (SCFAs), and reduce gas production. Consti-Biome and Sensi-Biome showed superior adhesion ratios to HT-29 cells and competitively suppressed pathogen adhesion. Moreover, the probiotic mixtures decreased the levels of pro-inflammatory cytokines, such as tumor necrosis factor-α, interleukin (IL)-6 and IL-1β. Cell-free supernatants (CFSs) were used to investigate the inhibitory effects of metabolites on growth and biofilms of pathogens. Consti-Biome and Sensi-Biome CFSs exhibited antimicrobial and anti-biofilm activity, where microscopic analysis confirmed an increase in the number of dead cells and the structural disruption of pathogens. Gas chromatographic analysis of the CFSs revealed their ability to produce SCFAs, including acetic, propionic, and butyric acid. SCFA secretion by probiotics may demonstrate their potential activities against pathogens and gut inflammation. In terms of intestinal symptoms regarding abdominal bloating and discomfort, Consti-Biome and Sensi-Biome also inhibited gas production. Thus, these two probiotic mixtures have great potential to be developed as dietary supplements to alleviate the intestinal disorders.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Indole-3-propionic acid (IPA) is a tryptophan-derived microbial metabolite that has been associated with protective effects against inflammatory and metabolic diseases. However, there is a lack of knowledge regarding the effects of IPA under physiological conditions and at the intestinal level. MATERIALS/METHODS: Human intestinal epithelial Caco-2 cells were treated for 2, 24, and/or 72 h with IPA or its precursors - indole, tryptophan, and propionate - at 1, 10, 100, 250, or 500 μM to assess cell viability, integrity, differentiation, and proliferation. RESULTS: IPA induced cell proliferation and this effect was associated with a higher expression of extracellular signal-regulated kinase 2 (ERK2) and a lower expression of c-Jun. Although indole and propionate also induced cell proliferation, this involved ERK2 and c-Jun independent mechanisms. On the other hand, both tryptophan and propionate increased cell integrity and reduced the expression of claudin-1, whereas propionate decreased cell differentiation. CONCLUSIONS: In conclusion, these findings suggested that IPA and its precursors distinctly contribute to the proliferation, differentiation, and barrier function properties of human intestinal epithelial cells. Moreover, the pro-proliferative effect of IPA in intestinal epithelial cells was not explained by its precursors and is rather related to its whole chemical structure. Maintaining IPA at physiological levels, e.g., through IPA-producing commensal bacteria, may be important to preserve the integrity of the intestinal barrier and play an integral role in maintaining metabolic homeostasis.
Gu, Min Jeong;Song, Sun Kwang;Park, Sung Moo;Lee, In Kyu;Yun, Cheol-Heui
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.27
no.4
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pp.580-586
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2014
Intestinal epithelial cells (IECs) forming the barrier for the first-line of protection are interconnected by tight junction (TJ) proteins. TJ alteration results in impaired barrier function, which causes potentially excessive inflammation leading to intestinal disorders. It has been suggested that toll-like receptor (TLR) 2 ligands and some bacteria enhance epithelial barrier function in humans and mice. However, no such study has yet to be claimed in swine. The aim of the present study was to examine whether Bacillus subtilis could improve barrier integrity and protection against deoxynivalenol (DON)-induced barrier disruption in porcine intestinal epithelial cell line (IPEC-J2). We found that B. subtilis decreased permeability of TJ and improved the expression of zonula occludens (ZO)-1 and occludin during the process of forming TJ. In addition, ZO-1 expression of IPEC-J2 cells treated with B. subtilis was up-regulated against DON-induced damage. In conclusion, B. subtilis may have potential to enhance epithelial barrier function and to prevent the cells from DON-induced barrier dysfunction.
Background: It is known that inducible nitric oxide synthase (iNOS)/nitric oxide (NO) plays an integral role during intestinal inflammation, an important factor for colon cancer development. Natural compounds from Curcuma longa L. (Zingiberaceae) have long been a potential source of bioactive materials with various beneficial biological functions. Among them, a major active curcuminoid, demethoxycurcumin (DMC) has been shown to possess anti-inflammatory properties in lipopolysaccharide (LPS)-activated macrophages or microglia cells. However, the role of DMC on iNOS expression and NO production in an in vitro inflamed human intestinal mucosa model has not yet been elucidated. This study concerned inhibitory effects on iNOS expression and NO production of DMC in inflamed human intestinal Caco-2 cells. An in vitro model was generated and inhibitory effects on NO production of DMC at 65 ${\mu}M$ for 24-96 h were assessed by monitoring nitrite levels. Expression of iNOS mRNA and protein was also investigated. DMC significantly decreased NO secretion by 35-41% in our inflamed cell model. Decrease in NO production by DMC was concomitant with down-regulation of iNOS at mRNA and protein levels compared to proinflammatory cytokine cocktail and LPS-treated controls. Mechanism of action of DMC may be partly due to its potent inhibition of the iNOS pathway. Our findings suggest that DMC may have potential as a therapeutic agent against inflammation-related diseases, especially in the gut.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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