The potential for ochratoxin A (OTA) degradation by swine intestinal microbiota was assessed in the current study. Intestinal content that was collected aseptically from swine was spiked with 100 ppb OTA and incubated for 6 and 12 h at $39^{\circ}C$. An OTA assay was conducted using the incubated samples, and it was found that 20% of the OTA toxin was detoxified, indicating the presence of microbes capable of OTA degradation. Twenty-eight bacterial species were isolated anaerobically in M 98-5 media and 45 bacterial species were isolated using nutrient broth aerobically. Screening results showed that one anaerobic bacterial isolate, named MM11, detoxified more than 75% of OTA in liquid media. Furthermore, 1.0 ppm OTA was degraded completely after 24 h incubation on a solid 'corn' substrate. The bacterium was identified by 16S rDNA sequencing as having 97% sequence similarity with Eubacterium biforme. The isolation of an OTA-degrading bacterium from the swine natural flora is of great importance for OTA biodegradation and may be a valuable potential source for OTA-degradation enzymes in industrial applications.
Sangdon Ryu;Jeong Jae Lee;Daye Mun;Soo Rin Kim;Jeehwan Choe;Minho Song;Younghoon Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.32
no.11
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pp.1454-1461
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2022
Palm kernel expeller (PKE), a by-product of palm oil extraction, contains higher amounts of fiber than corn and soybean meal, but offers low energy density, protein value, and amino acid (AA) composition, limiting its use for swine. Recently however, it was reported that dietary fiber has a positive effect on the gut microbiota of the host, and therefore it is necessary to study the effect of PKE feeding on the intestinal microbiota of swine. In this study, we investigated the effects of supplementation with PKE in lactation diets on the gut microbiota composition of lactating sows and their litters. A total of 12 sows were randomly assigned to two dietary treatment groups in a completely randomized design. The treatments were a diet based on corn-soybean meal (CON) and CON supplemented with 20% of PKE. Sow and piglet fecal samples were collected before farrowing, on days 7 and 28 (weaning) after farrowing, and on days 7 and 28 (weaning) after farrowing, respectively, to verify gut microbiota composition by pyrosequencing analysis. The beta-diversity result showed a significant difference only in weaning-stage piglets, but dietary PKE altered the gut microbiota in sows by increasing the abundance of Lactobacillus compared with CON. In piglets, dietary PKE decreased the abundance of opportunistic pathogen Proteus and increased the abundance of potentially beneficial bacteria, such as Prevotellaceae and Prevotella. Our results can be helpful in developing feeding strategies and support the beneficial effects of dietary PKE to improve the gut health of animals.
The intestinal environment plays a critical role in maintaining swine health. Many factors such as diet, microbiota, and host intestinal immune response influence the intestinal environment. Intestinal alkaline phosphatase (IAP) is an important apical brush border enzyme that is influenced by these factors. IAP dephosphorylates bacterial lipopolysaccharides (LPS), unmethylated cytosine-guanosine dinucleotides, and flagellin, reducing bacterial toxicity and consequently regulating toll-like receptors (TLRs) activation and inflammation. It also desphosphorylates extracellular nucleotides such as uridine diphosphate and adenosine triphosphate, consequently reducing inflammation, modulating, and preserving the homeostasis of the intestinal microbiota. The apical localization of IAP on the epithelial surface reveals its role on LPS (from luminal bacteria) detoxification. As the expression of IAP is reported to be downregulated in piglets at weaning, LPS from commensal and pathogenic gram-negative bacteria could increase inflammatory processes by TLR-4 activation, increasing diarrhea events during this phase. Although some studies had reported potential IAP roles to promote gut health, investigations about exogenous IAP effects or feed additives modulating IAP expression and activity yet are necessary. However, we discussed in this paper that the critical assessment reported can suggest that exogenous IAP or feed additives that could increase its expression could show beneficial effects to reduce diarrhea events during the post weaning phase. Therefore, the main goals of this review are to discuss IAP's role in intestinal inflammatory processes and present feed additives used as growth promoters that may modulate IAP expression and activity to promote gut health in piglets.
An, Su Jin;Kim, Jae Young;Kim, In Sung;Adhikari, Bishnu;Yu, Da Yoon;Kim, Jeong A;Kwon, Young Min;Lee, Sang Suk;Choi, In Soon;Cho, Kwang Keun
Journal of Life Science
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v.29
no.9
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pp.986-995
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2019
Intestinal microbiota play a key role in maintaining the host's health, and variety and richness of this microbiota is directly influenced and modulated by the host's diet. Kimchi is a fermented food rich in dietary fibers and lactic acid bacteria (LAB). To investigate the effect of fermented kimchi on the host's response and the composition of intestinal microbiota, 45 male Sprague-Dawley rats six weeks old were divided into three experimental groups that received either a basal diet (CON) or a basal diet supplemented with fermented kimchi (FK) or chitosan-added fermented kimchi (CFK) for four weeks. Body weights and feed intakes were measured weekly, and the intestinal contents were collected aseptically and were used for 16S rRNA gene profiling via pyrosequencing. As compared to the control, FK and CFK groups showed less body weight gain, feed efficiency, and blood triglyceride concentration. The diversity of intestinal microbiota was increased in both FK and CFK as compared to the control. At the phylum level, obesity-associated Firmicutes decreased, while leanness-associated Bacteroidetes increased. At the genus-level, the genera that consist of LAB, leanness-associated bacteria, and butyric acid-producing bacteria increased in FK and CFK as compared to the control. The overall results suggest that the consumption of fermented kimchi can reduce obesity and promote the host's health through mechanisms involving the modulation of intestinal microbiota.
One of the most powerful health management practices is the use of antibiotics, but their use is being restricted because of health safety issues. The swine industry has been looking for various alternatives to antibiotics and increasingly considers the use of dietary factors like feed ingredients, feed additives, feed formulation practices, or feeding methods, instead of using antibiotics to improve pig health and performance. Among other alternatives to antibiotics, spray-dried plasma may be a candidate. Spray-dried plasma is a blood product that provides bioavailable nutrients and physiologically active components such as immunoglobulins, glycoproteins, growth factors, peptides, etc. It is an excellent protein source with balanced and highly digestible amino acids. Several beneficial physiological activities depend on components of spray-dried plasma, such as immune competence (antibacterial activity), modulation of microbiota and/or immune system, integrity of intestinal barrier function, etc. These beneficial effects can contribute to improvement of pig performance and health by modulation of microbiota in the digestive tract and/or immune system. Therefore, it is suggested that spray-dried plasma has great potential as an antibiotics alternative.
Shin, Jiwon;Kim, Bo-Ra;Guevarra, Robin B.;Lee, Jun Hyung;Lee, Sun Hee;Kim, Young Hwa;Wattanaphansak, Suphot;Kang, Bit Na;Kim, Hyeun Bum
Korean Journal of Agricultural Science
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v.45
no.4
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pp.655-663
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2018
The insect gut microbiome is known to have important roles in host growth, development, digestion, and resistance against pathogens. In addition, the genetic diversity of the insect gut microbiota has recently been recognized as potential genetic resources for industrial bioprocessing. However, there is limited information regarding the insect gut microbiota to better help us understand their potential benefits for enhanced pig production. With the development of next-generation sequencing methods, whole genome sequence analysis has become possible beyond traditional culture-independent methods. This improvement makes it possible to identify and characterize bacteria that are not cultured and located in various environments including the gastrointestinal tract. Insect intestinal microorganisms are known to have an important role in host growth, digestion, and immunity. These gut microbiota have recently been recognized as potential genetic resources for livestock farming which is using the functions of living organisms to integrate them into animal science. The purpose of this literature review is to emphasize the necessity of research on insect gut microbiota and their applicability to pig production or bioindustry. In conclusion, bacterial metabolism of feed in the gut is often significant for the nutrition intake of animals, and the insect gut microbiome has potential to be used as feed additives for enhanced pig performance. The exploration of the structure and function of the insect gut microbiota needs further investigation for their potential use in the swine industry particularly for the improvement of growth performance and overall health status of pigs.
Weaning stress can affect the growth performance and intestinal health of piglets. Dietary alternatives to antibiotics, such as dietary probiotics, especially those containing multiple microbial species, are a preventive strategy for effectively controlling post-weaning diarrhea. In this study, we investigated forty-eight crossbred piglets in three treatment groups for 21 days: the control and experimental groups were supplemented with Enterococcus faecium DSM 7134, Bacillus subtilis AS1.836 plus Saccharomyces cerevisiae ATCC 28338 (EBS) or Lactobacillus paracasei L9 CGMCC No. 9800 (EBL). On day 21, weaned piglets supplemented with two kinds of probiotic complexes showed increased growth performance and significantly reduced post-weaning diarrhea (p < 0.05). The EBS treatment increased acetic acid and propionic acid in the feces (p < 0.05), and the EBL treatment increased fecal acetic acid, propionic acid, butyrate and valerate (p < 0.05). Moreover, the fecal microbiota of the piglets changed markedly in EBL treatment. The addition of EBS and EBL may have similar effects on the prevention of diarrhea by improving the intestinal morphology and regulating the microbiota during the weaning period.
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.
Oh, Seung Min;Kim, Min Ju;Hosseindoust, Abdolreza;Kim, Kwang Yeol;Choi, Yo Han;Ham, Hyung Bin;Hwang, Sung Jun;Lee, Jun Hyung;Cho, Hyun Jong;Kang, Wei Soo;Chae, Byung Jo
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.33
no.6
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pp.992-1001
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2020
Objective: This study was conducted to investigate the effects of hot-melt extruded ZnO nano-particles (HME-ZnO) as an alternative for P-ZnO on growth performance, nutrient digestibility, Zn bioavailability, intestinal microbiota, and intestinal morphology of weanling pigs. Methods: A total of 450 piglets (Landrace×Yorkshire×Duroc) were randomly allotted to five treatments based on initial body weight and sex. The experimental diets were fed in a meal form as phase 1 from d 0 to 14 and phase 2 from d 15 to 28. Treatments were the control diet without ZnO supplementation, the diet containing 2,500 ppm Zn as ZnO, and three diets containing 500, 1,000, or 2,500 ppm Zn as HME-ZnO. Results: The overall result showed a higher (p<0.01) average daily gain in weanling pigs fed ZnO-supplemented diets in comparison to the control diet. There was a decrease (p<0.01) in fecal score in the ZnO-supplemented diets. Dietary supplementation of ZnO improved (p<0.05) crude protein digestibility. The weanling pigs fed the P-ZnO diet had a lower (p<0.01) Zn digestibility in the feces than HME-ZnO supplemented treatments. Weanling pigs fed diets supplemented with ZnO had greater (p<0.05) Lactobacillus spp. populations and lower Clostridium spp. (p<0.05) and Coliforms (p<0.01) populations in the ileum. Weanling pigs fed diets supplemented with increasing concentrations of HME-ZnO linearly decreased Clostridium spp. (p<0.05) and Coliforms (p<0.01) in the ileum. Lower (p<0.05) Clostridium spp. and Coliforms counts in the colon were observed in pigs fed with ZnO-supplemented diets. Weanling pigs fed diets supplemented with ZnO showed a greater (p<0.01) villus height in the duodenum. Conclusion: Dietary supplementation of HME-ZnO and P-ZnO showed a potential to improve the digestibility of protein, intestinal Coliform and Clostridium, villus height in duodenum and ileum. Moreover, HME-ZnO showed a higher Zn digestibility compared with P-ZnO.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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