Salmonella enterica serovar Typhimurium isolate HJL777 is a virulent bacterial strain in pigs. The high rate of salmonella infection are at high risk of non-typhoidal salmonella gastroenteritis development. Salmonellosis is most common in young pigs. We investigated changes in gut microbiota and biological function in piglets infected with salmonella via analysis of rectal fecal metagenome and intestinal transcriptome using 16S rRNA and RNA sequencing. We identified a decrease in Bacteroides and increase in harmful bacteria such as Spirochaetes and Proteobacteria by microbial community analysis. We predicted that reduction of Bacteroides by salmonella infection causes proliferation of salmonella and harmful bacteria that can cause an intestinal inflammatory response. Functional profiling of microbial communities in piglets with salmonella infection showed increasing lipid metabolism associated with proliferation of harmful bacteria and inflammatory responses. Transcriptome analysis identified 31 differentially expressed genes. Using gene ontology and Innate Immune Database analysis, we identified that BGN, DCN, ZFPM2 and BPI genes were involved in extracellular and immune mechanisms, specifically salmonella adhesion to host cells and inflammatory responses during infection. We confirmed alterations in gut microbiota and biological function during salmonella infection in piglets. Our findings will help prevent disease and improve productivity in the swine industry.
Hee Sang You;Jae Yong Park;Hochan Seo;Beom Jin Kim;Jae Gyu Kim
The Korean journal of internal medicine
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v.39
no.4
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pp.590-602
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2024
Background/Aims: Recent research has increasingly focused on the role of the gastric microbiome in the development of gastric cancer. We aimed to investigate the changes in the microbiome during gastric carcinogenesis in structural and functional aspects, with a specific focus on the association between oral and gastric microbiomes. Methods: We collected saliva, gastric juice, and gastric tissue samples from 141 patients at different stages of gastric carcinogenesis and processed them for microbiome analysis using 16S rRNA gene profiling. The alpha and beta diversities were analyzed, and the differences in microbiome composition and function profiles were analyzed among the groups, as well as the correlation between changes in the oral and gastric microbiomes during carcinogenesis. Results: We observed significant differences in microbial diversity and composition between the disease and control groups, primarily in the gastric juice. Specific bacterial strains, including Schaalia odontolytica, Streptococcus cristatus, and Peptostreptococcus stomatis, showed a significant increase in abundance in the gastric juice in the low-grade dysplasia and gastric cancer groups. Notably, the correlation between the oral and gastric microbiota compositions, increased as the disease progressed. Predictive analysis of the metagenomic functional profiles revealed changes in functional pathways that may be associated with carcinogenesis (ABC transport and two-component systems). Conclusions: During gastric carcinogenesis, the abundance of oral commensals associated with cancer increased in the stomach. The similarity in microbial composition between the stomach and oral cavity also increased, implying a potential role of oral-gastric bacterial interactions in gastric cancer development.
This study aimed to assess the incidence and distribution of toxigenic fungi in Korean oat. Toxigenic fungi were isolated from oat samples collected from 12 oat fields from heading to harvest in 2017 and 2018. A total of 745 fungal colonies were isolated based on morphology and identified using marker genes. About 92% of the fungal isolates were Fusarium spp. and others were Penicillium (5.9%) and Aspergillus (2.1%). Fusarium isolates comprised mostly of F. asiaticum (83.1%), followed by F. incarnatum (5.4%), F. proliferatum (3.5%), F. fujikuroi (2.8%), F. tricinctum species complex (FTSC) 11 (1.5%) and F. graminearum (1.0%). About 97% of F. asiaticum was nivalenol type, and 3-acetyl deoxynivalenol (3.2%) and 15-acetyl deoxynivalenol (0.4%) types also were found. Pathogenicity test of the selected Fusarium isolates revealed that F. asiaticum isolates have a wide range of virulence depending on the tested plants. F. graminearum and FTSC 11 isolates from blighted spikelets were the most virulent in naked oat. All Fusarium isolates (n=18) except one (FTSC 11) produced nivalenol (0.2-7.6 ㎍/g), deoxynivalenol (0.03-6.1 ㎍/g), and zearalenone (0.1-27.0 ㎍/g) on rice medium. This study is first report that F. asiaticum causes Fusarium head blight disease of oat in Korea. These findings demonstrate the dominance of F. asiaticum in oat agroecosystems as in rice, wheat and barley in Korea.
Knowledge of the distribution and biodiversity of environmental bacteria and the ecosystem that influences them is crucial for predicting an ecosystem. However, bacterial culture methods can only analyze approximately 0.1% of the existing microorganisms, those that are readily cultured under laboratory conditions. By contrast, next-generation sequencing (NGS) has generally been known to obtain more diverse profiling of bacterial composition. We compared the bacterial communities using both a culture-dependent (MALDI-TOF) and culture-independent (NGS) methods. Environmental specimens were obtained from both freshwater and seawater. Water samples were also analyzed by both pyrosequencing and MiSeq sequencing, in order to select one NGS platform which could analyze comparatively more diverse microbiota. Bacterial distribution analyzed with MALDI-TOF showed no difference between the microbiota of freshwater and seawater, whereas the results analyzed with NGS distinguished between the two. The diversity indexes of MiSeq sequencing were higher than for Pyrosequencing. This indicated that MiSeq sequencing is capable of analyzing a comparatively wider diversity of bacteria. The genus of Flavobacterium and Planktophila were identified as being unique to freshwater, whereas EU801223 and OM43 were found in the seawater. Difference between the bacterial composition of the freshwater and seawater environments was identified by MiSeq sequencing analysis.
Ha, Miyoung;Jo, Hyeon-Ju;Choi, Eun-Kyeong;Kim, Yangsun;Kim, Junsung;Cho, Hyeon-Jong
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.6
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pp.887-896
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2019
Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS)-based pathogen identification relies on the ribosomal protein spectra provided in the proprietary database. Although these mass spectra can discern various pathogens at species level, the spectra-based method still has limitations in identifying closely-related microbial species. In this study, to overcome the limits of the current MALDI-TOF MS identification method using ribosomal protein spectra, we applied MALDI-TOF MS of low-mass profiling to the identification of two genetically related Bacillus species, the food-borne pathogen Bacillus cereus, and the insect pathogen Bacillus thuringiensis. The mass spectra of small molecules from 17 type strains of two bacilli were compared to the morphological, biochemical, and genetic identification methods of pathogens. The specific mass peaks in the low-mass range (m/z 500-3,000) successfully identified various closely-related strains belonging to these two reference species. The intensity profiles of the MALDI-TOF mass spectra clearly revealed the differences between the two genetically-related species at strain level. We suggest that small molecules with low molecular weight, 714.2 and 906.5 m/z can be potential mass biomarkers used for reliable identification of B. cereus and B. thuringiensis.
Lactobacillus plantarum and Leuconostoc mesenteroides are crucial functional starters and predominant isolates in a wide range of fermented foods, particularly kimchi, whose constituents exhibit bioactive properties. We previously developed a methodology using anion exchange resins to purify peptidyl compounds from Lb. plantarum LBP-K10. Antibacterial cultures of Lb. plantarum LBP-K10 were obtained from the respective cultures' supernatants and filtrates. However, conclusive evidence of the efficacy of kimchi filtrates in eradicating pathogenic bacteria is lacking. We aimed to simulate the potential effects of antibacterial filtrates that contained antibacterial compounds which were derived from cultures of Lb. plantarum LBP-K10. We acquired the kimchi filtrates using a combination of centrifugation and filtration methodologies, without the requirement for inoculation. The filtered liquid from Chinese cabbage kimchi, inoculated with Lb. plantarum LBP-K10 as a starter culture, and the non-inoculated liquid from Chinese cabbage kimchi (referred to as CCK and CCKRef, respectively) were were examined. CCK demonstrated greater inhibitory activity and a more significant bactericidal effect against the bacterial indicator strains. The minimum inhibitory concentration demonstrated comparable outcomes in tests against both Gram-positive and Gram-negative bacteria. This research offers a groundbreaking examination that displays the effectiveness of profiling peptidyl compounds within kimchi filtrates for curing bacterial infections.
Hwang, Jinik;Kang, Mingyeong;Kim, Kang Eun;Jung, Seung Won;Lee, Taek-Kyun
Journal of Life Science
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v.30
no.7
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pp.625-629
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2020
The Ocean is a rich source of diverse living organisms include viruses. In this study, we examined the microbial communities in the sea adjacent to Jeju Island in two seasons by metatranscriptomics. We collected and extracted total RNA, and, using the next-generation sequencing HiSeq 2000 and de novo transcriptome assembly, we identified 652,984 and 163,759 transcripts from the March and December samples, respectively. The most abundant organisms in March were bacteria, while eukaryotes were dominant in the December sample. The bacterial communities differed between the two samples, suggesting seasonal change. To identify the viruses, we searched the transcripts against a viral reference database using MegaBLAST with the most identified being bacteriophages infecting the marine bacteria. However, we also revealed an abundance of transcripts associated with diverse herpesviruses in the two transcriptomes, indicating the presence or possible threat of infection of fish in the sea around Jeju Island. This data is valuable for the study of marine microbial communities and for identifying possible viral pathogens.
Kim, Yong-Sang;Jeong, Do-Yeon;Hwang, Young-Tae;Uhm, Tai-Boong
Korean Journal of Microbiology
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v.47
no.3
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pp.275-280
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2011
In order to evaluate the diversity and change of bacterial population during the manufacturing process of traditional soybean paste (doenjang), bacterial communities were analyzed using 16S rRNA gene-based pyrosequencing. In rice straw, the most important inoculum source for fermentation, the bacterial sequences with a relative abundance greater than 1% were assigned to four phyla, Proteobacteria (71%), Actinobacteria (20.6%), Bacteroidetes (4.2%), and Firmicutes (1.3%). Unlike bacterial community composition of rice straw, a different pattern of bacterial population in meju was observed with predominantly high abundance (99.1%) of Firmicutes. Phylum composition in young doenjang was almost same as that of meju. Major genera in young doenjang were Bacillus (81.3%), Clostridium (6.9%) and Enterococcus (6.3%) and the predominant species among bacterial population was B. amyloliquefaciens (63.6%). Abundance of the phylum Firmicutes in mature doenjang was 99.98%, which was even higher value than those in meju and young doenjang. Predominant species in mature doenjang were B. amyloliquefaciens (67.3%), B. atrophaeus (12.7%), B. methylotrophicus (6.5%), B. mojavensis (3.2%), and B. subtilis. (2.5%), which were also identified as major species of the microbial flora in meju. These results suggested that rice straw was a primary source for supplement of Bacillus species in manufacturing the traditional doenjang and that some species of Bacillus strains were mainly involved in the fermentation process of traditional doenjang.
Objective: To evaluate the effects on microbial diversity and biochemical parameters of gradually increasing temperatures, from $5^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$ on corn silage which was previously fermented at ambient or low temperature. Methods: Whole-plant corn silage was fermented in vacuum bag mini-silos at either $10^{\circ}C$ or $20^{\circ}C$ for two months and stored at $5^{\circ}C$ for two months. The mini-silos were then subjected to additional incubation from $5^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$ in $5^{\circ}C$ increments. Bacterial and fungal diversity was assessed by polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) profiling and biochemical analysis from mini-silos collected at each temperature. Results: A temperature of $10^{\circ}C$ during fermentation restricted silage fermentation compared to fermentation temperature of $20^{\circ}C$. As storage temperature increased from $5^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$, little changes occurred in silages fermented at $20^{\circ}C$, in terms of most biochemical parameters as well as bacterial and fungal populations. However, a high number of enterobacteria and yeasts (4 to $5\;log_{10}$ colony forming unit/g fresh materials) were detected at $15^{\circ}C$ and above. PCR-DGGE profile showed that Candida humilis predominated the fungi flora. For silage fermented at $10^{\circ}C$, no significant changes were observed in most silage characteristics when temperature was increased from $5^{\circ}C$ to $20^{\circ}C$. However, above $20^{\circ}C$, silage fermentation resumed as observed from the significantly increased number of lactic acid bacteria colonies, acetic acid content, and the rapid decline in pH and water-soluble carbohydrates concentration. DGGE results showed that Lactobacillus buchneri started to dominate the bacterial flora as temperature increased from $20^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$. Conclusion: Temperature during fermentation as well as temperature during storage modulates microorganism population development and fermentation patterns. Silage fermented at $20^{\circ}C$ indicated that these silages should have lower aerobic stability at opening because of better survival of yeasts and enterobacteria.
Chang, Seju;Wang, Jing-Hua;Shin, Na Rae;Kim, Hojun
Journal of Korean Medicine for Obesity Research
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v.16
no.1
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pp.11-18
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2016
Objectives: To confirm microbiological change and cytoprotective effect of Samjung-hwan (SJH) which fermented by Lactic acid bacteria from natural fermented SJH. Methods: SJH was fermented by Lactobacillus brevis and Lactococcus lactis subsp. lactis from natural fermented SJH. After 1 week of fermentation, we analysed pH and microbial profiling. We also performed measuring total polyphenol total flavonoid contents and 1,1-Diphenyl-2-picryhydrazyl (DPPH) free radical scavenging activity to investigate antioxidant ability. Cell viability was performed by using HepG2 cell. Results: pH of lactic acid bacteria inoculated group and non-inoculated group was decreased and total counts of lactic acid bateria for both group was increased after fermentation of SJH. Total polyphenol and flavonoid contents and DPPH free radical scavenging activity was increased in both group. Total polyphenol contents of lactic acid bacteria Inoculated group is more increased than non-inoculated group. HepG2 cell viability was increased in both group. Conclusions: SJH fermentd by Lactobacillus brevis and Lactococcus lactis subsp. lactis shows change in microbiological character and has cytoprotective effect. Further studies are required for investigating function of lactic acid bacteria during fermentation of SJH.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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