Microbial protein is one of the sources of protein in the rumen and can also be the source of glutamate production. Glutamic acid is used as fuel in the metabolic reaction in the body and the synthesis of all proteins for muscle and other cell components, and it is essential for proper immune function. Moreover, it is used as a surfactant, buffer, chelating agent, flavor enhancer, and culture medium, as well as in agriculture for such things as growth supplements. Glutamic acid is a substrate in the bioproduction of gamma-aminobutyric acid (GABA). This review provides insights into the role of glutamic acid and glutamic acid-producing microorganisms that contain the glutamate decarboxylase gene. These glutamic acid-producing microorganisms could be used in producing GABA, which has been known to regulate body temperature, increase DM intake and milk production, and improve milk composition. Most of these glutamic acid and GABA-producing microorganisms are lactic acid-producing bacteria (LAB), such as the Lactococcus, Lactobacillus, Enterococcus, and Streptococcus species. Through GABA synthesis, succinate can be produced. With the help of succinate dehydrogenase, propionate, and other metabolites can be produced from succinate. Furthermore, clostridia, such as Clostridium tetanomorphum and anaerobic micrococci, ferment glutamate and form acetate and butyrate during fermentation. Propionate and other metabolites can provide energy through conversion to blood glucose in the liver that is needed for the mammary system to produce lactose and live weight gain. Hence, health status and growth rates in ruminants can be improved through the use of these glutamic acid and/or GABA-producing microorganisms.
This study aimed to optimize gamma-aminobutyric acid (GABA) production by employing five strains of lactic acid bacteria (LAB) that were capable of high cell growth and GABA production using a modified synthetic medium. GABA production in the strains was qualitatively confirmed via detection of colored spots using thin layer chromatography. Lactobacillus plantarum SGL058 and Lactococcus lactis SGL027 were selected as the suitable strains for GABA production. The conditions of the carbon and nitrogen sources were determined as 5 g/l glucose (L. plantarum SGL058), 5 g/l lactose (L. lactis SGL027), 10 g/l yeast extract (L. plantarum SGL058), and 20 g/l yeast extract (L. lactis SGL027) for GABA production. The cell growth, monitored by optical density at 600 nm, was 5.93 for L. plantarum SGL058. This value was higher than the 3.04 produced by L. lactis SGL027 at 36 h using a 5-L fermenter. The highest concentration of GABA produced was 546.7 ㎍/ml by L. plantarum SGL058 and 404.6 ㎍/ml by L. lactis SGL027, representing a GABA conversion efficiency of (%, w/w) of 4.0% and 3.4%, respectively. The fermentation profiles of L. plantarum SGL058 and L. lactis SGL027 provide a basis for the utilization of LAB in GABA production using a basal synthetic medium.
Meilina, Lita;Budiarti, Sri;Mustopa, Apon Zaenal;Darusman, Huda Shalahudin;Triratna, Lita;Nugraha, Muhammad Ajietuta;Bilhaq, Muhammad Sabiq;Ningrum, Ratih Asmana
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.49
no.1
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pp.75-87
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2021
Type I Interferons (IFNα) are known for their role as biological anticancer agents owing to their cell-apoptosis inducing properties. Development of an appropriate, cost-effective host expression system is crucial for meeting the increasing demand for proteins. Therefore, this study aims to develop codon-optimized IFNα-2b in L. lactis NZ3900. These cells express extracellular protein using the NICE system and Usp45 signal peptide. To validate the mature form of the expressed protein, the recombinant IFNα-2b was screened in a human colorectal cancer cell line using the cytotoxicity assay. The IFNα-2b was successfully cloned into the pNZ8148 vector, thereby generating recombinant L. lactis pNZ8148-SPUsp45-IFNα-2b. The computational analysis of codon-optimized IFNα-2b revealed no mutation and amino acid changes; additionally, the codon-optimized IFNα-2b showed 100% similarity with native human IFNα-2b, in the BLAST analysis. The partial size exclusion chromatography (SEC) of extracellular protein yielded a 19 kDa protein, which was further confirmed by its positive binding to anti-IFNα-2b in the western blot analysis. The crude protein and SEC-purified partial fraction showed IC50 values of 33.22 ㎍/ml and 127.2 ㎍/ml, respectively, which indicated better activity than the metabolites of L. lactis NZ3900 (231.8 ㎍/ml). These values were also comparable with those of the regular anticancer drug tamoxifen (105.5 ㎍/ml). These results demonstrated L. lactis as a promising host system that functions by utilizing the pNZ8148 NICE system. Meanwhile, codon-optimized usage of the inserted gene increased the optimal protein expression levels, which could be beneficial for its large-scale production. Taken together, the recombinant L. lactis IFNα-2b is a potential alternative treatment for colorectal cancer. Furthermore, its activity was analyzed in the WiDr cell line, to assess its colorectal anticancer activities in vivo.
Disease monitoring was conducted to investigate the recent disease occurrence in Japanese eels (Anguilla japonica). Between May 2021 and March 2022, an investigation was conducted on eels from seven farms experiencing mortality. JEECV (Japanese eel endothelial cells-infecting virus) was detected in all examined farms, each exhibiting co-infections with 1 or 2 bacteria, including Edwardsiella anguillarum, E. piscisida, Aeromonas sp., Citrobacter freundii, Lactococcus garviae, or Vibrio sp. From March 2022 to October 2023, monthly periodic inspections were carried out at a farm in Yeonggwang, Jeollanam-do, for a total of 22 times. JEECV was detected in 10 out of 22 times, even when mortality was not recorded. Bacteria such as E. anguillarum, C. freundii, Aeromonas sp., and Vibrio sp. were isolated, but consistent clinical signs of liver abscess and hemorrhagic lesions were only recognized in fish infected with E. anguillarum. Other bacteria were often isolated from apparently healthy fish. In conclusion, mortality in eel farms frequently occurs due to co-infections of JEECV with bacteria rather than JEECV alone. Therefore, to reduce eel mortality, it is crucial to decrease co-infections, with a particular emphasis of JEECV and E. anguillarum.
Qian Fan;Yini Xu;Yingping Xiao;Caimei Yang;Wentao Lyu;Hua Yang
Animal Bioscience
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v.37
no.7
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pp.1213-1224
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2024
Objective: Enterotypes (ETs) are the clustering of gut microbial community structures, which could serve as indicators of growth performance and carcass traits. However, ETs have been sparsely investigated in waterfowl. The objective of this study was to identify the ileal ETs and explore the correlation of the ETs with growth performance and carcass traits in Muscovy ducks. Methods: A total of 200 Muscovy ducks were randomly selected from a population of 5,000 ducks at 70-day old, weighed and slaughtered. The growth performance and carcass traits, including body weight, dressed weight and evidenced weight, dressed percentage, percentage of apparent yield, breast muscle weight, leg muscle weight, percentage of leg muscle and percentage of breast muscle, were determined. The contents of ileum were collected for the isolation of DNA and 16S rRNA gene sequencing. The ETs were identified based on the 16S rRNA gene sequencing data and the correlation of the ETs with growth performance and carcass traits was performed by Spearman correlation analysis. Results: Three ETs (ET1, ET2, and ET3) were observed in the ileal microbiota of Muscovy ducks with significant differences in number of features and α-diversity among these ETs (p<0.05). Streptococcus, Candida Arthritis, and Bacteroidetes were the presentative genus in ET1 to ET3, respectively. Correlation analysis revealed that Lactococcus and Bradyrhizobium were significantly correlated with percentage of eviscerated yield and leg muscle weight (p<0.05) while ETs were found to have a close association with percentage of eviscerated yield, leg muscle weight, and percentage of leg muscle in Muscovy ducks. However, the growth performance of ducks with different ETs did not show significant difference (p>0.05). Lactococcus were found to be significantly correlated with leg muscle weight, dressed weight, and percentage of eviscerated yield. Conclusion: Our findings revealed a substantial variation in carcass traits associated with ETs in Muscovy ducks. It is implied that ETs might have the potential to serve as a valuable biomarker for assessing duck carcass traits. It would provide novel insights into the interaction of gut microbiota with growth performance and carcass traits of ducks.
This study focused on isolating and identifying strains from the gut of Epinephelus akaara cultivated in aquaculture facilities on Jeju Island. The aim was to evaluate the potential of utilizing these strains as probiotics for industrial applications. A total of 129 strains were isolated from the gut of E. akaara and screened based on their ability to create a clear zone of 10 mm or more in a preliminary antimicrobial activity test. Twelve strains were selected for further analysis, including bile resistance, acid tolerance at different pH levels, antioxidant activity, antibiotic susceptibility, and biochemical characteristics using the API kit. Through these characteristic experiments, eight strains (G1, G3, G15, G21, B1, B2, B3, B5) were identified as having potential as probiotics. Among these, the B group strains (B1, B2, B3, B5) exhibited significantly higher activity compared to the G group strains (G1, G3, G15, G21). Based on the phylogenetic analysis of the 16S rRNA gene sequences of the selected microorganisms, the strains were named as follows: B1 strain as Lactobacillus paracasei B1, B2 strain as Lactococcus lactis B2, B3 strain as Lactobacillus plantarum B3, B5 strain as Lactococcus lactis subsp. hordniae B5, G1 strain as Bacillus licheniformis G1, G3 strain as Bacillus velezensis G3, G15 strain as Brevibacterium frigoritolerans G15, and G21 strain as Bacillus pumilus G21.
To determine whether the tetracycline resistance genes tet (34), tet (M), and tet (S) can be transferred among bacteria, we used a filter mating experiment allowing intimate cell-cell contact between donor and recipient. The tet(34) gene, conveyed on a chromosome of Vibrio species (No. 6 and SW-42) was not transferred to Escherichia coli JM109, suggesting that it is not transferred among bacterial species. The tet (M) gene was transferred from three Vibrio strains (4-E, SW-18, and SW-38) to E. coli at frequencies of $8.5{\times}10^{-5}\;to\;2.1{\times}10^{-6}$. The tet(S) gene was transferred from Lactococcus garvieae KHS98032 to E. coli at a frequency of $1.8{\times}10^{-6}$. Transconjugated recipients showed increased minimum inhibitory concentrations against oxytetracycline. Although the donors possess the Tn916-Tn1545 transposons, they were not detected in transformed recipients, suggesting that the transfer of tet(M) and tet(S) is mediated by elements or mechanisms. Two ribosomal protect protein genes were also transmissible from marine bacteria to E. coli, suggesting gene hopping among marine, terrestrial, and human environments.
Samples of Laru (a fermentation starter) obtained from the upper part of Borneo Island were analyzed for their lactic acid bacteria (LAB) and fungal diversity using both a culture-independent method (PCR-DGGE) and culture-dependent methods (SDS-PAGE and MALDI-TOF MS). Pediococcus pentosaceus, Lactobacillus brevis, Saccharomycopsis fibuligera, Hyphopichia burtonii, and Kodamaea ohmeri were detected by all three methods. In addition, Weissella cibaria, Weissella paramesenteroides, Leuconostoc citreum, Leuconostoc mesenteroides, Lactococcus lactis, Rhizopus oryzae/Amylomyces rouxii, Mucor indicus, and Candida intermedia were detected by PCR-DGGE. In contrast, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus plantarum, Pichia anomala, Candida parapsilosis, and Candida orthopsilosis were detected only by the culture-dependent methods. Our results indicate that the culture-independent method can be used to determine whether multiple laru samples originated from the same manufacturing region; however, using the culture-independent and the two culture-dependent approaches in combination provides a more comprehensive overview of the laru microbiota.
Although there has been a steady increase in the prevalence of food allergies worldwide in recent decades, no effective therapeutic strategies have been developed. Modulation of the gut microbiota composition and/or function through probiotics has been highlighted as a promising target for protection against food allergies. In this study, we aimed to investigate the allergy-reducing effects of a probiotic mixture (P5: Lactococcus lactis KF140, Pediococcus pentosaceus KF159, Lactobacillus pentosus KF340, Lactobacillus paracasei 698, and Bacillus amyloliquefaciens 26N) in mice with ovalbumin (OVA)-induced food allergy. Administration of P5 significantly suppressed the oral OVA challenge-induced anaphylactic response and rectal temperature decline, and reduced diarrhea symptoms. Moreover, P5 also significantly inhibited the secretion of IgE, Th2 cytokines (interleukin (IL)-4, IL-5, IL-10, and IL-13), and Th17 cytokines (IL-17), which were increased in mice with OVA-induced food allergy, and induced generation of CD4+Foxp3+ regulatory T cells. These results revealed that P5 may have applications as a preventive agent against food allergy.
The purpose of this study was to investigate the effect of lactic acid bacteria (LAB) cell wall extract on the proliferation and cytokine production of immune cells to select suitable probiotics for space food. Ten strains of LAB (Lactobacillus bulgaricus, L. paracasei, L. casei, L. acidophilus, L. plantarum, L. delbruekii, Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Bifidobacterium breve, and Pedicoccus pentosaceus) were sub-cultured and further cultured for 3 d to reach 7-10 Log colony-forming units (CFU)/mL prior to cell wall extractions. All LAB cell wall extracts failed to inhibit the proliferation of BALB/c mouse splenocytes or mesenteric lymphocytes. Most LAB cell wall extracts except those of L. plantarum and L. delbrueckii induced the proliferation of both immune cells at tested concentrations. In addition, the production of TH1 cytokine (IFN-γ) rather than that of TH2 cytokine (IL-4) was enhanced by LAB cell wall extracts. Of ten LAB extracts, four (from L. acidophilus, L. bulgaricus, L. casei, and S. thermophiles) promoted both cell proliferating and TH1 cytokine production. These results suggested that these LAB could be used as probiotics to maintain immunity and homeostasis for astronauts in extreme space environment and for general people in normal life.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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