There are increasing evidences that prebiotics can modulate various properties of the immune system. This study was conducted to investigate effects of three kinds of fructans (chicory inulin, chicory inulin oligosaccharide and fructooligosaccharide) and a glucose oligomer(isomaltooligosaccharide) in large bowel mass and innnunoglobulin A (IgA) in rats. Forty five Sprague-Dawley male rats weighing about 1909 were randomly sorted to receive one of the five treatments, which were control diet, control diet+6% isomaltooligosaccharide (IMOS), control diet+6% fructooligosaccharide (FOS), control diet+6% chicory inulin oligosaccharide (CIOS), or control diet + 6% chicory inulin (CI). Rats were pair-fed and received the experimental diets for 5 weeks. Cecal and colonic wall weights were significantly higher in fructan (FOS, CIOS, CI)-fed groups compared with control and IMOS groups, and the length of colon was elevated in FOS and CIOS groups compared with control group. Fecal concentrations of acetic acid and total short-chain fatty acids (SCFAs) were significantly elevated in fructan-fed groups. Plasma and cecal levels and fecal excretion of immunogiobulin A (IgA) in rats were not significantly different among groups. However, fructooligosaccharide tended to increase IgA level in cecum. Cecal IgA level was significantly negatively correlated with pH of cecal content (r=-0.337), positively correlated with acetic acid level (r=0.310). Fecal IgA excretion was positively correlated with total SCFA (r=0.311) and propionic acid (r=0.400) level in feces. These results indicate that fructooligosaccharide and chicory inulin oligosaccharide exerted trophic effects in large bowel wall, increased production of SCFAs and decreased pH, which were conditions positively associated with cecal and colonic IgA secretion.
Park, Ho-Eun;Kim, Ye Jin;Do, Kyung-Hyo;Kim, Jae Kwang;Ham, Jun-Sang;Lee, Wan-Kyu
Food Science of Animal Resources
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v.38
no.6
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pp.1261-1272
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2018
The effects of Queso Blanco cheese containing Bifidobacterium longum KACC 91563 was studied on the intestinal microbiota and short chain fatty acids (SCFAs) in healthy companion dogs. There were three experimental groups with five healthy dogs each: a control group, not fed with any cheese, and groups fed with Queso Blanco cheese with (QCB) or without B. longum KACC 91563 (QC) for 8 weeks. Fecal samples were collected 5 times before, during, and after feeding with cheese. Intestinal microbiota was analyzed using two non-selective agar plates (BL and TS) and five selective agar plates (BS, NN, LBS, TATAC, and MacConkey). SPME-GC-MS method was applied to confirm SCFAs and indole in dog feces. The six intestinal metabolites such as acetic, propionic, butyric, valeric, isovaleric acid and indole were identified in dog feces. Administration of B. longum KACC 91563 (QCB) for 8 weeks significantly increased the beneficial intestinal bacteria such as Bifidobacterium ($8.4{\pm}0.55$) and reduced harmful bacteria such as Enterobacteriaceae and Clostridium (p<0.05). SCFA such as acetic and propionic acid were significantly higher in the QCB group than in the Control group (p<0.05). In conclusion, this study demonstrates that administration of Queso Blanco cheese containing B. longum KACC 91563 had positive effects on intestinal microbiota and metabolites in companion dogs. These results suggest that Queso Blanco cheese containing B. longum KACC 91563 could be used as a functional food for companion animals and humans.
Park, Taehwan;Im, Jintaek;Kim, A Reum;Lee, Dongwook;Jeong, Sungho;Yun, Cheol-Heui;Han, Seung Hyun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.32
no.10
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pp.1234-1244
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2022
Oral streptococci are considered as an opportunistic pathogen associated with initiation and progression of various oral diseases. However, since the currently-available treatments often accompany adverse effects, alternative strategy is demanded to control streptococci. In the current study, we investigated whether short-chain fatty acids (SCFAs), including sodium acetate (NaA), sodium propionate (NaP), and sodium butyrate (NaB), can inhibit the growth of oral streptococci. Among the tested SCFAs, NaP most potently inhibited the growth of laboratory and clinically isolated strains of Streptococcus gordonii under anaerobic culture conditions. However, the growth inhibitory effect of NaP on six different species of other oral streptococci was different depending on their culture conditions. Metabolic changes such as alteration of methionine biosynthesis can affect bacterial growth. Indeed, NaP enhanced intracellular methionine levels of oral streptococci as well as the mRNA expression level of methionine biosynthesis-related genes. Collectively, these results suggest that NaP has an inhibitory effect on the growth of oral streptococci, which might be due to alteration of methionine biosynthesis. Thus, NaP can be used an effective bacteriostatic agent for the prevention of oral infectious diseases caused by oral streptococci.
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.
Generally, two different types of fructose polymer are found in nature. One is inulin, whose fructosyl residues are linked mainly by a ${\beta}-(2,1)-linkage$, while the other is high-molecular-weight levan, whose fructosyl residues are linked mainly by a ${\beta}-(2,6)-linkage$. In contrast to the extensive studies on the prebiotic properties of inulin, there has been no report on the effect of levan on the large bowel microflora in viva. Therefore, to examine whether dietary levan can be used as a prebiotic, Sprague-Dawley male rats were fed one of two diets for 3 weeks: 1) basal diet plus sucrose; 2) basal diet plus 10% (wt/wt) levan. The cecal bowel mass, cecal and colon short-chain fatty acids (SCFAs), pH, and microflora were then compared. The intake of the levan-containing diet significantly increased the total cecal weight and wall weight. The analyses of the SCFAs in the cecal and colonic contents revealed that levan was converted into acetate, butyrate, and lactate, which resulted in acidic conditions. The intake of levan also significantly increased the total number of microorganisms by 5-fold and lactic acid-producing bacteria (LAB) 30-fold in the feces. Accordingly, the current work shows that levan can be used as a prebiotic for stimulating the growth of LAB in an animal model.
Yi, Seung-Won;Lee, Han Gyu;So, Kyoung-Min;Kim, Eunju;Jung, Young-Hun;Kim, Minji;Jeong, Jin Young;Kim, Ki Hyun;Oem, Jae-Ku;Hur, Tai-Young;Oh, Sang-Ik
Animal Bioscience
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v.35
no.11
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pp.1698-1710
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2022
Objective: Raw potato starch (RPS) is resistant to digestion, escapes absorption, and is metabolized by intestinal microflora in the large intestine and acts as their energy source. In this study, we compared the effect of different concentrations of RPS on the intestinal bacterial community of weaned piglets. Methods: Male weaned piglets (25-days-old, 7.03±0.49 kg) were either fed a corn/soybean-based control diet (CON, n = 6) or two treatment diets supplemented with 5% RPS (RPS5, n = 4) or 10% RPS (RPS10, n = 4) for 20 days and their fecal samples were collected. The day 0 and 20 samples were analyzed using a 16S rRNA gene sequencing technology, followed by total genomic DNA extraction, library construction, and high-throughput sequencing. After statistical analysis, five phyla and 45 genera accounting for over 0.5% of the reads in any of the three groups were further analyzed. Furthermore, short-chain fatty acids (SCFAs) in the day 20 fecal samples were analyzed using gas chromatography. Results: Significant changes were not observed in the bacterial composition at the phylum level even after 20 d post feeding (dpf); however, the abundance of Intestinimonas and Barnesiella decreased in both RPS treatment groups compared to the CON group. Consumption of 5% RPS increased the abundance of Roseburia (p<0.05) and decreased the abundance of Clostridium (p<0.01) and Mediterraneibacter (p< 0.05). In contrast, consumption of 10% RPS increased the abundance of Olsenella (p<0.05) and decreased the abundance of Campylobacter (p<0.05), Kineothrix (p<0.05), Paraprevotella (p<0.05), and Vallitalea (p<0.05). Additionally, acetate (p<0.01), butyrate (p<0.05), valerate (p = 0.01), and total SCFAs (p = 0.01) were upregulated in the RPS5 treatment group Conclusion: Feeding 5% RPS altered bacterial community composition and promoted gut health in weaned piglets. Thus, resistant starch as a feed additive may prevent diarrhea in piglets during weaning.
Park, Seon Kyeong;Kang, Jin Yong;Kim, Jong Min;Kim, Min Ji;Lee, Hyo Lim;Moon, Jong Hyun;Jeong, Hye Rin;Kim, Hyun-Jin;Heo, Ho Jin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.32
no.7
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pp.927-937
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2022
To confirm the therapeutic effect of the water extract from Ecklonia cava (WEE) against PM2.5 induced systemic health damage, we evaluated gut health with a focus on the microbiota and metabolites. Systemic damage in mice was induced through PM2.5 exposure for 12 weeks in a whole-body chamber. After exposure for 12 weeks, body weight and food intake decreased, and WEE at 200 mg/kg body weight (mpk) alleviated these metabolic efficiency changes. In addition, PM2.5 induced changes in the length of the colon and fecal water content. The administration of the WEE at 200 mpk oral dose effectively reduced changes in the colon caused by PM2.5 exposure. We also attempted to confirm whether the effect of the WEE is mediated via regulation of the microbiota-gut-brain axis in mice with PM2.5 induced systemic damage. We examined changes in the fecal microbiota and gut metabolites such as short-chain fatty acids (SCFAs) and kynurenine metabolites. In the PM2.5 exposed group, a decrease in the abundance of Lactobacillus (Family: Lactobacillaceae) and an increase in the abundance of Alistipes (Family: Rikenellaceae) were observed, and the administration of the WEE showed a beneficial effect on the gut microbiota. In addition, the WEE effectively increased the levels of SCFAs (acetate, propionate, and butyrate). Furthermore, kynurenic acid (KYNA), which is a critical neuroprotective metabolite in the gut-brain axis, was increased by the administration of the WEE. Our findings suggest that the WEE could be used as a potential therapeutic against PM2.5 induced health damage by regulating gut function.
Kim, Sunhong;Kim, Jeong-Hoon;Park, Bi Oh;Kwak, Young Shin
BMB Reports
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v.47
no.3
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pp.173-178
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2014
There is rapidly growing interest in the human microbiome because of its implication in metabolic disorders and inflammatory diseases. Consequently, understanding the biology of short chain fatty acids and their receptors has become very important for identifying novel therapeutic avenues. GPR41 and GPR43 have been recognized as the cognate receptors for SCFAs and their roles in metabolism and inflammation have drawn much attention in recent years. GPR43 is highly expressed on immune cells and has been suggested to play a role in inflammatory diseases such as inflammatory bowel disease. Both GPR41 and GPR43 have been implicated in diabetes and obesity via the regulation of adipose tissue and gastrointestinal hormones. So far, many studies have provided contradictory results, and therefore further research is required to validate these receptors as drug targets. We will also discuss the synthetic modulators of GPR41 and GPR43 that are critical to understanding the functions of these receptors.
T cells are central players in the regulation of adaptive immunity and immune tolerance. In the periphery, T cell differentiation for maturation and effector function is regulated by a number of factors. Various factors such as antigens, co-stimulation signals, and cytokines regulate T cell differentiation into functionally specialized effector and regulatory T cells. Other factors such as nutrients, micronutrients, nuclear hormones and microbial products provide important environmental cues for T cell differentiation. A mounting body of evidence indicates that the microbial metabolites short-chain fatty acids (SCFAs) have profound effects on T cells and directly and indirectly regulate their differentiation. We review the current status of our understanding of SCFA functions in regulation of peripheral T cell activity and discuss their impact on tissue inflammation.
The aim of this study was to determine the production of folate, short chain fatty acids (SCFAs), and antimicrobial activity exhibited by Lactobacillus plantarum G72 for potential dietary application in pregnant women. L. plantarum G72 has been reported to possess characteristic activities and functionality including β-galactosidase activity and antioxidant activities. L. plantarum G72 showed antibacterial activity against pathogenic bacteria (Listeria monocytogenes ATCC 15313, Salmonella typhimurium P99, Escherichia coli ATCC 25922, and Staphylococcus aureus KCCM 11335) using a modified method, and formation of the largest inhibition zone was observed against S. aureus KCCM 11335 (12.0-17.0 mm). The adherence of four food-borne pathogenic bacteria to HT-29 cells was inhibited by L. plantarum G72 (0.13 to 0.92 log CFU/ml). The most considerable inhibition of adherence to HT-29 cells was observed by using L. plantarum G72 against S. typhimurim P99. Additionally, folate production by L. plantarum G72 was 50.1 ng/ml, and L. plantarum G72 produced relatively more lactic acid (11,176.73 mg/kg) than acetic, propionic, or butyric acids. Therefore, the results of this study suggest that L. plantarum G72 may serve as a multifunctional food additive in the health industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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