Objective: The intestinal microbiota enhances nutrient absorption in the host and thus promotes heath. Qinghai semi-fine wool sheep is an important livestock raised in the Qinghai-Tibetan Plateau; however, little is known about the bacterial microbiota of its intestinal tract. The aim of this study was to detect the microbial characterization in the intestinal tract of the Qinghai semi-fine wool sheep. Methods: The bacterial profiles of the six different intestinal segments (duodenum, jejunum, ileum, cecum, colon and rectum) of Qinghai semi-fine wool sheep were studied using 16S rRNA V3-V4 hypervariable amplicon sequencing. Results: A total of 2,623,323 effective sequences were obtained, and 441 OTUs shared all six intestinal segments. The bacterial diversity was significantly different among the different intestinal segments, and the large intestine exhibited higher bacterial diversity than the small intestine. Firmicutes, Bacteroidetes, and Patescibacteria were the dominant phyla in these bacterial communities. Additionally, at the genus level, Prevotella_1, Candidatus_Saccharimonas, and Ruminococcaceae_UCG-005 were the most predominant genus in duodenal segment, jejunal and ileal segments, and cecal, colonic, and rectal segments, respectively. We predicted that the microbial functions and the relative abundance of the genes involved in carbohydrate metabolism were overrepresented in the intestinal segments of Qinghai semi-fine wool sheep. Conclusion: The bacterial communities and functions differed among different intestinal segments. Our study is the first to provide insights into the composition and biological functions of the intestinal microbiota of Qinghai semi-fine wool sheep. Our results also provide useful information for the nutritional regulation and production development in Qinghai semi-fine wool sheep.
Ulcerative colitis (UC) exhibits chronic intestinal inflammatory conditions with cycles of relapse and remission. The incidence is rapidly growing in Asian countries including South Korea possibly due to changes in lifestyles. Although the etiology of inflammatory bowel disease is inconclusive, gut microbiota composition is considered a critical factor involved in the pathogenesis of UC. The overgrowth of pathogenic bacteria evokes hyper-immune responses in gut epithelium causing tissue inflammation and damage. Also, failure to regulate gut epithelium integrity due to chronic inflammation and mucus depletion accelerates bacterial translocation aggravating immune dysregulation. Gut microbiota composition responds to the diet in a very rapid manner. Epidemiological studies have indicated that the risk of UC is associated with low plant foods/high animal foods consumption. Several bacterial strains consistently found depleted in UC patients use plant food-originated dietary fiber producing short chain fatty acids to maintain epithelial integrity. These bacteria also use mucus layer mucin to keep gut microbiota diversity. These studies partly explain the association between dietary modification of gut microbiota in UC development. Further human intervention trials are required to allow the use of specific bacterial strains in the management of UC.
A common belief is that human milk is sterile. However, the development of culture-independent molecular methods, especially Next Generation Sequencing, has revealed that human milk harbors diverse and rich bacterial communities. Although studies aimed at characterizing the microbiota of human milk have produced different findings, Staphylococcus and Streptococcus are presumed to be normal members of the microbiota. Factors that influence variation in the microbiota are unclear; however, the postpartum time, route of delivery, maternal obesity, and health status may be influential. The origin of the microbiota is a hotly debated topic. Human milk bacteria are thought to be introduced through bacterial exposure of the mammary duct during breast feeding and/or the entero-mammary pathway from the maternal gastrointestinal tract. Although the exact mechanism related to the entero-mammary pathway is unknown, it is presumed that bacteria penetrate the intestinal epithelium and then migrate to the mammary gland, dendritic cells, and macrophages. In this review, various relevant studies are introduced.
The gut microbiota is involved in the maintenance of physiological homeostasis and is now recognized as a regulator of many diseases. Although germ-free mouse models are the standard for microbiome studies, mice with antibiotic-induced sterile intestines are often chosen as a fast and inexpensive alternative. Pathophysiological changes in the gut microbiome have been demonstrated, but there are no reports so far on how such alterations affect the bacterial composition of the uterus. Here we examined changes in uterine microbiota as a result of gut microbiome disruption in an antibiotics-based sterile-uterus mouse model. Sterility was induced in 6-week-old female mice by administration of a combination of antibiotics, and amplicons of a bacteria marker gene (16S rRNA) were sequenced to decipher bacterial community structures in the uterus. At the phylum-level, Proteobacteria, Firmicutes, and Actinobacteria were found to be dominant, while Ralstonia, Escherichia, and Prauserella were the major genera. Quantitative comparisons of the microbial contents of an antibiotic-fed and a control group revealed that the treatment resulted in the reduction of bacterial population density. Although there was no significant difference in bacterial community structures between the two animal groups, β-diversity analysis showed a converged profile of uterus microbiotain the germ-free model. These findings suggest that the induction of sterility does not result in changes in the levels of specific taxa but in a reduction of individual variations in the mouse uterus microbiota, accompanied by a decrease in overall bacterial population density.
인간 미생물 균총은 장, 구강, 피부와 같이 체내외 다양한 부위에 존재하는 박테리아, 균류, 바이러스 등을 포함하는 미생물 집단이다. 16s ribosomal RNA에 대한 대사체 분석 및 차세대 염기서열 분석기술의 개발과 함께, 살아있는 유기체 내에 존재하는 미생물 균총에 대한 많은 연구가 진행되었다. 이에 따라, 미생물 균총이 숙주의 대사 및 면역과정과 복잡하게 연관되어 있음이 확인되었다. 공생균(commensal microbiota)이라 불리는 미생물 균총의 특정 박테리아가 필수 영양소를 생성하거나 다른 병원성 미생물로부터 숙주를 보호하여 긍정적으로 영향을 미치고 있는 반면, 비정상적인 미생물 균총의 조성을 의미하는 미생물 균총의 불균형(dysbiosis)에 의해 체내 항상성 유지를 방해하여 다양한 종류의 질병을 발생시키기도 한다. 최근, 미생물 균총 중에서도 구강과 장내 존재하는 박테리아가 위장관암의 발암과정과 항암제의 치료효과에 상당한 영향을 미치고 있음이 여러 논문을 통해 보고되고 있다. 미생물 균총-암-면역계 사이의 복잡한 연관성과 미생물 균총 기반 발암 메커니즘에 대한 규명은 암에 대한 이해와 새로운 항암제 개발에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 본 리뷰는 미생물 균총의 박테리아가 위장관암과 항암제에 어떤 영향을 미치고 있는지에 대해 초점을 맞추고 있는 논문들을 요약하고 있으며, 나아가 기존 항암제의 치료효과를 개선하기 위해 복합제로써 미생물 균총의 잠재력과 도전과제에 대해 논의한다.
The differences between luminal microbiota (LM) and mucosal microbiota (MAM) were little known, especially in duodenum. In this study, LM and MAM in colon and duodenum of mice were investigated through 16S rRNA high-throughput sequencing. The lowest bacterial diversity and evenness were observed in duodenal LM (D_LM), followed by duodenal MAM (D_MAM). Meanwhile, the bacterial diversity and evenness were obviously increased in D_MAM than these in D_LM, while no significant difference was observed between colonic MAM (C_MAM) and colonic LM (C_LM). PCoA analysis also showed that bacterial communities of LM and MAM in duodenum were completely separated, while these in colon overlapped partly. The ratio of Firmicutes to Bacteroidetes (F/B) in D_MAM was significantly higher than that in D_LM. Lactobacillus was largely enriched and was the characteristic bacteria in D_LM. The characteristic bacteria in D_MAM were Turicibacter, Parasutterella, Marvinbryantia and Bifidobacterium, while in C_LM they were Ruminiclostridium_6, Ruminiclostridium_9, Ruminococcaceae_UCG_007 and Lachnospiraceae_UCG_010, and in C_MAM they were Lachnospiraceae_NK4A136, Mucispirillum, Alistipes, Ruminiclostridium and Odoribacter. The networks showed that more interactions existed in colonic microbiota (24 nodes and 74 edges) than in duodenal microbiota (17 nodes and 29 edges). The 16S rDNA function prediction results indicated that bigger differences of function exist between LM and MAM in duodenum than these in colon. In conclusion, microbiota from intestinal luminal content and mucosa were different both in colon and in duodenum, and bacteria in colon interacted with each other much more closely than those in duodenum.
Objective: The microbiota of dairy cow milk varies with the season, and this accounts in part for the seasonal variation in mastitis-causing bacteria and milk spoilage. The microbiota of the cowshed may be the most important factor because the teats of a dairy cow contact bedding material when the cow is resting. The objectives of the present study were to determine whether the microbiota of the milk and the cowshed vary between seasons, and to elucidate the relationship between the microbiota. Methods: We used 16S rRNA gene amplicon sequencing to investigate the microbiota of milk, feces, bedding, and airborne dust collected at a dairy farm during summer and winter. Results: The seasonal differences in the milk yield and milk composition were marginal. The fecal microbiota was stable across the two seasons. Many bacterial taxa of the bedding and airborne dust microbiota exhibited distinctive seasonal variation. In the milk microbiota, the abundances of Staphylococcaceae, Bacillaceae, Streptococcaceae, Microbacteriaceae, and Micrococcaceae were affected by the seasons; however, only Micrococcaceae had the same seasonal variation pattern as the bedding and airborne dust microbiota. Nevertheless, canonical analysis of principle coordinates revealed a distinctive group comprising the milk, bedding, and airborne dust microbiota. Conclusion: Although the milk microbiota is related to the bedding and airborne dust microbiota, the relationship may not account for the seasonal variation in the milk microbiota. Some major bacterial families stably found in the bedding and airborne dust microbiota, e.g., Staphylococcaceae, Moraxellaceae, Ruminococcaceae, and Bacteroidaceae, may have greater influences than those that varied between seasons.
Salivary microbiota alterations can correlate with dental caries development in children, and mechanisms mediating this association need to be studied in further detail. Our study explored salivary microbiota shifts in children and their association with the incidence of dental caries with dentine involvement. Salivary samples were collected from children with caries and their subsequently matched caries-free controls before and after caries development. The microbiota was analyzed by 16S rRNA gene-based high-throughput sequencing. The salivary microbiota was more diverse in caries-free subjects than in those with dental caries with dentine involvement (DC). Although both groups exhibited similar shifts in microbiota composition, an association with caries was found by function prediction. Analysis of potential microbiome functions revealed that Granulicatella, Streptococcus, Bulleidia, and Staphylococcus in the DC group could be associated with the bacterial invasion of epithelial cells, phosphotransferase system, and ${\text\tiny{D}}-alanine$ metabolism, whereas Neisseria, Lautropia, and Leptotrichia in caries-free subjects could be associated with bacterial motility protein genes, linoleic acid metabolism, and flavonoid biosynthesis, suggesting that functional differences in the salivary microbiota may be associated with caries formation. These results expand the current understanding of the functional significance of the salivary microbiome in caries development, and may facilitate the identification of novel biomarkers and treatment targets.
Midgut microbiota is known to play a fundamental role in the biology and physiology of the agricultural pest, Spodoptera litura. This study reports the difference in the larval midgut microbiota of field-caught and laboratory-reared populations of S. litura by performing 16S rDNA amplicon pyrosequencing. Field populations for the study were collected from castor crops, whereas laboratory-reared larvae were fed on a regular chickpea based diet. In total, 23 bacterial phylotypes were observed from both laboratory-reared and field-caught caterpillars. Fisher's exact test with Storey's FDR multiple test correction demonstrated that bacterial genus, Clostridium was significantly abundant (p < 0.05) in field-caught larvae of S. litura as compared to that in the laboratory-reared larvae. Similarly, bacterial genera, such as Bradyrhizobium, Burkholderia, and Fibrisoma were identified (p < 0.05) predominantly in the laboratory-reared population. The Bray-Curtis dissimilarity matrix depicted a value of 0.986, which exhibited the maximum deviation between the midgut microbiota of the laboratory-reared and field-caught populations. No significant yeast diversity was seen in the laboratory-reared caterpillars. However, two yeast strains, namely Candida rugosa and Cyberlindnera fabianii were identified by PCR amplification and molecular cloning of the internal transcribed space region in the field-caught caterpillars. These results emphasize the differential colonization of gut residents based on environmental factors and diet.
Branched-chain hydroxy acids (BCHAs), produced by lactic acid bacteria, have recently been suggested as bioactive compounds contributing to the systemic metabolism and modulation of the gut microbiome. However, the relationship between BCHAs and gut microbiome remains unclear. In this study, we investigated the effects of BCHAs on the growth of seven different families in the gut microbiota. Based on in vitro screening, both 2-hydroxyisovaleric acid (HIVA) and 2-hydroxyisocaproic acid (HICA) stimulated the growth of Lactobacillaceae and Bifidobacteriaceae, with HIVA showing a significant growth promotion. Additionally, we observed not only the growth promotion of probiotic Lactobacillaceae strains but also growth inhibition of pathogenic B. fragilis in a dose-dependent manner. The production of HIVA and HICA varied depending on the family of the gut microbiota and was relatively high in case of Lactobacillaceae and Lachnosporaceae. Furthermore, HIVA and HICA production by each strain positively correlated with their growth variation. These results demonstrated gut microbiota-derived BCHAs as active metabolites that have bacterial growth modulatory effects. We suggest that BCHAs can be utilized as active metabolites, potentially contributing to the treatment of diseases associated with gut dysbiosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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