Gut dysbiosis is one of prominent features in inflammatory bowel diseases (IBDs) which are of an unknown etiology. Although the cause-and-effect relationship between IBD and gut dysbiosis remains to be elucidated, one area of research has focused on the management of IBD by modulating and correcting gut dysbiosis. The use of antibiotics, probiotics either with or without prebiotics, and fecal microbiota transplantation from healthy donors are representative methods for modulating the intestinal microbiota ecosystem. The gut microbiota is not a simple assembly of bacteria, fungi, and viruses, but a complex organ-like community system composed of numerous kinds of microorganisms. Thus, studies on specific changes in the gut microbiota depending on which treatment option is applied are very limited. Here, we review previous studies on microbial modulation as a therapeutic option for IBD and its significance in the pathogenesis of IBD.
Current reports suggest that obesity is a serious global health issue. Emerging evidence has predicted strong links between obesity and the human gut microbiota. However, only a few such studies have been conducted in Asia, and the gut microbiota of lean and obese adult Asians remains largely unexplored. Here, we investigated the potential relationship between gut microbiota, body massindex (BMI), and metabolic parameters in adults from Thailand, where obesity is increasing rapidly. Fecal and blood samples were collected from 42 volunteers who were allocated into lean, overweight, and obese groups. The fecal microbiota was examined by quantitative PCR analysis. Bacteroidetes, Firmicutes, and Staphylococcus spp. and methanogens were most abundant in lean volunteers. Overweight volunteers majorly harbored Christensenella minuta and Akkermansia muciniphila, ${\gamma}-Proteobacteria$, and bacteria belonging to the genus Ruminococcus. Methanogens and bacteria belonging to the phylum Bacteroidetes were negatively correlated with adiposity markers (BMI and waist circumference), but positive correlated with high-density lipoprotein, suggesting that they can be used as leanness markers. While some of our results agree with those of previous reports, results regarding the contributions of specific taxa to obesity were inconsistent. This is the first study to report the adult gut microbiota in Southeast Asian populations using molecular techniques and biochemical markers and provides a foundation for future studies in this field.
Gut symbionts play crucial roles in host development by producing nutrients and defending against pathogens. Phloem-feeding insects in particular lack essential nutrients in their diets, and thus, gut symbionts are required for their development. Gram-negative Pantoea spp. are known to be symbiotic to the western flower thrips (Frankliniella occidentalis). However, their bacterial characteristics have not been thoroughly investigated. In this study, we isolated three different bacteria (BFoK1, BFiK1, and BTtK1) from F. occidentalis, F. intonsa, and T. tabaci. The bacterial isolates of all three species contained Pantoea spp. Their 16S rRNA sequences indicated that BFoK1 and BTtK1 were similar to P. agglomerans, while BFiK1 was similar to P. dispersa. These predictions were supported by the biochemical characteristics assessed by fatty acid composition and organic carbon utilization. In the bacterial morphological analysis, BFoK1 and BTtK1 were distinct from BFiK1. All these bacteria were relatively resistant to tetracycline compared to ampicillin and kanamycin, in which BFoK1 and BTtK1 were different from BFiK1. Feeding ampicillin (100,000 ppm) reduced the bacterial density in thrips and retarded the development of F. occidentalis. The addition of BFoK1 bacteria, however, rescued the retarded development. These findings indicate that Pantoea bacteria are symbionts to different species of thrips.
Jaegeun Lee;Xinge Song;Bom Hyun;Che Ok Jeon;Seogang Hyun
Molecules and Cells
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제46권10호
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pp.637-653
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2023
The physiology of most organisms, including Drosophila, is heavily influenced by their interactions with certain types of commensal bacteria. Acetobacter and Lactobacillus, two of the most representative Drosophila commensal bacteria, have stimulatory effects on host larval development and growth. However, how these effects are related to host immune activity remains largely unknown. Here, we show that the Drosophila development-promoting effects of commensal bacteria are suppressed by host immune activity. Mono-association of germ-free Drosophila larvae with Acetobacter pomorum stimulated larval development, which was accelerated when host immune deficiency (IMD) pathway genes were mutated. This phenomenon was not observed in the case of mono-association with Lactobacillus plantarum. Moreover, the mutation of Toll pathway, which constitutes the other branch of the Drosophila immune pathway, did not accelerate A. pomorum-stimulated larval development. The mechanism of action of the IMD pathway-dependent effects of A. pomorum did not appear to involve previously known host mechanisms and bacterial metabolites such as gut peptidase expression, acetic acid, and thiamine, but appeared to involve larval serum proteins. These findings may shed light on the interaction between the beneficial effects of commensal bacteria and host immune activity.
Supplement of high-protein food plays an important role in improving the symptoms of malnutrition and the immune capacity of the body, but the association of high-protein diet and gut microbiota remained unaddressed. Here, we systematically analyzed the internal organs and gut microbiota in C57(WT) or PD-1H-depleted (KO) mice (T cells were activated) fed with pupae or feed for six weeks. We observed that the body weight gain in the mice fed with pupae increased less significantly than that of the feed group, while the villi and small intestine lengths in the pupa group were reduced compared with that of mice given feed. However, the average body weight of the KO mice increased compared with that of the WT mice fed with pupae or feed. Pupae increased the concentration of blood glucose in WT, but not in KO mice. Moreover, in the feed group, there was no difference in the weight of the internal organs between the WT and KO mice, but in the pupae-fed group, liver weight was decreased and spleen weight was increased compared with that of KO mice. The amounts/plural/amounts of Melainabacteria, Chloroflexi, and Armatimonadetes were specifically upregulated by pupae, and this upregulation was weakened or eliminated by PD-1H depletion. Some bacteria with high abundance in the feed-fed KO mice, such as Deferribacteres, Melainabacteria, Acidobacteria, Bacteroidetes, Spirochaetes and Verrucomicrobia, were decreased in pupae-fed KO mice, and Proteobacteria and Deinococcus were specifically enriched in pupae-fed KO mice. Bacteroidetes, Firmicutes and Akkermansia were associated with weight loss in the pupae-fed group while Lachnospiraceae and Anaerobiospirillum were related glucose metabolism and energy consumption. Based on high-throughput sequencing, we discovered that some gut bacteria specifically regulated the metabolism of a high-protein diet, and PD-1H deficiency improved life quality and sustained blood glucose. Moreover, PD-1H responses to high-protein diet through modulating the type and quantity of gut bacteria. These findings provide evidence about the association among gut microbiota, T cell activation (for PD-1H depletion) and high-protein diet metabolism, have important theoretical significance for nutrition and health research.
Lee, Hyerim;Jin, Bo-Eun;Jang, Eunkyeong;Lee, A Reum;Han, Dong Soo;Kim, Ho-Youn;Youn, Jeehee
IMMUNE NETWORK
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제14권1호
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pp.38-44
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2014
K/BxN serum can transfer arthritis to normal mice owing to the abundant autoantibodies it contains, which trigger innate inflammatory cascades in joints. Little is known about whether gut-residing microbes affect host susceptibility to autoantibody-mediated arthritis. To address this, we fed C57BL/6 mice with water containing a mixture of antibiotics (ampicillin, vancomycin, neomycin, and metronidazol) for 2 weeks and then injected them with K/BxN serum. Antibiotic treatment significantly reduced the amount of bacterial genomic DNA isolated from fecal samples, in particular a gene encoding 16S ribosomal RNA derived from segmented filamentous bacteria. Arthritic signs, as indicated by the arthritic index and ankle thickness, were significantly attenuated in antibiotic-treated mice compared with untreated controls. Peyer's patches and mesenteric lymph nodes from antibiotic-treated mice contained fewer IL-17-expressing cells than those from untreated mice. Antibiotic treatment reduced serum C3 deposition in vitro via the alternative complement pathway. IL-$17^{-/-}$ congenic C57BL/6 mice were less susceptible to K/BxN serum-transferred arthritis than their wild-type littermates, but were still responsive to treatment with antibiotics. These results suggest that gut-residing microbes, including segmented filamentous bacteria, induce IL-17 production in GALT and complement activation via the alternative complement pathway, which cause the host to be more susceptible to autoantibody-mediated arthritis.
Beef, pork, chicken and milk are considered representative protein sources in the human diet. Since the digestion of protein is important, the role of intestinal microflora is also important. Despite this, the pure effects of meat and milk intake on the microbiome are yet to be fully elucidated. To evaluate the effect of beef, pork, chicken and milk on intestinal microflora, we observed changes in the microbiome in response to different types of dietary animal proteins in vitro. Feces were collected from five 6-week-old pigs. The suspensions were pooled and inoculated into four different media containing beef, pork, chicken, or skim milk powder in distilled water. Changes in microbial communities were analyzed using 16S rRNA sequencing. The feces alone had the highest microbial alpha diversity. Among the treatment groups, beef showed the highest microbial diversity, followed by pork, chicken, and milk. The three dominant phyla were Proteobacteria, Firmicutes, and Bacteroidetes in all the groups. The most abundant genera in beef, pork, and chicken were Rummeliibacillus, Clostridium, and Phascolarctobacterium, whereas milk was enriched with Streptococcus, Lactobacillus, and Enterococcus. Aerobic bacteria decreased while anaerobic and facultative anaerobic bacteria increased in protein-rich nutrients. Functional gene groups were found to be over-represented in protein-rich nutrients. Our results provide baseline information for understanding the roles of dietary animal proteins in reshaping the gut microbiome. Furthermore, growth-promotion by specific species/genus may be used as a cultivation tool for uncultured gut microorganisms.
Importance: Recent developments in genetic analytical techniques have enabled the comprehensive analysis of gastrointestinal symbiotic bacteria as a screening tool for animal health conditions, especially the endangered gibbons at the National Wildlife Rescue Centre (NWRC). Objective: High-throughput sequencing based on 16S ribosomal RNA genes was used to determine the baseline gut bacterial composition and identify potential pathogenic bacteria among three endangered gibbons housed in the NWRC. Methods: Feces were collected from 14 individuals (Hylobates lar, n = 9; Hylobates agilis, n = 4; and Symphalangus syndactylus, n = 1) from March to November 2022. Amplicon sequencing were conducted by targeting V3-V4 region. Results: The fecal microbial community of the study gibbons was dominated by Bacteroidetes and Firmicutes (phylum level), Prevotellaceae and Lachnospiraceae/Muribaculaceae (family level), and Prevotella (and its subgroups) (genera level). This trend suggests that the microbial community composition of the study gibbons differed insignificantly from previously reported conspecific or closely related gibbon species. Conclusions and Relevance: This study showed no serious health problems that require immediate attention. However, relatively low alpha diversity and few potential bacteria related to gastrointestinal diseases and streptococcal infections were detected. Information on microbial composition is essential as a guideline to sustain a healthy gut condition of captive gibbons in NWRC, especially before releasing this primate back into the wild or semi-wild environment. Further enhanced husbandry environments in the NWRC are expected through continuous health monitoring and increase diversity of the gut microbiota through diet diversification.
NGS 기술이 발전함에 따라 우리 몸의 생리와 면역조절에 있어서 장내미생물의 중요성이 알려지면서부터 장내미생물군집의 구조를 직접 조절할 수 있는 프로바이오틱스의 중요성 역시 재조명 받고 있다. 인류는 프로바이오틱스를 오랫동안 발효식품 등을 통하여 섭취하였는데, 프로바이오틱스는 식품의 보존성 및 영양성을 높일 뿐 아니라 인체의 건강에 이로운 역할을 한다. 특히 프로바이오틱스의 섭취는 생체 내에서 Treg의 기능을 활성화하여 장내 환경을 개선시켜 유익한 장내미생물의 생육을 도우며, 염증반응, 알러지질환, 자가면역질환 등을 완화시키는 효과가 있다. 특히 프로바이오틱스는 장내 유익균인 Bifidobacterium, Faecalibacterium, Akkermansia 및 Bacteroides 속 미생물의 빈도를 증가시키고, 이들은 단쇄지방산 및 신체에 이로운 대사체 등을 생산한다. 지금까지 프로바이오틱스는 대부분 건강기능식품으로 사용되어 왔으나, 최근 들어 장내 유익균에 대한 기능성이 알려지면서 기존 프로바이오틱스를 포함한 장내 미생물을 이용한 NGPs 개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만 NGPs 개발에는 여전히 한계가 존재한다. 아직까지 장내 미생물의 분리, 동정은 일반 세균 배양에 비해 매우 까다롭고, 특별한 배양 기술이 필요하므로 현재까지 NGPs로 활용될 수 있는 장내 미생물은 매우 제한적이다. 또한 기존 프로바이오틱스와는 다르게 NGPs는 의약품처럼 전임상, 독성시험, 약물역학, 3단계의 임상시험을 거쳐야 한다. 하지만 기존 프로바이오틱스의 질병 개선 효과를 뛰어넘어 고형암, 대사질환 및 면역질환의 차세대 치료제로서의 활용 가능성이 매우 높기 때문에 앞으로 더 폭넓은 연구가 진행되어야 할 것이다.
Objective: This meta-analysis was conducted to evaluate the overall effect of direct-fed microbial (DFM) or probiotic supplementation on the log concentrations of culturable gut microbiota in broiler chickens. Methods: Relevant studies were collected from PubMed, SCOPUS, Poultry Science Journal, and Google Scholar. The studies included controlled trials using DFM supplementation in broiler chickens and reporting log concentrations of the culturable gut microbiota. The overall effect of DFM supplementation was determined using standardized mean difference (SMD) with a random-effects model. Subgroups were analyzed to identify pre-specified characteristics possibly associated with the heterogeneity of the results. Risk of bias and publication bias were assessed. Results: Eighteen taxa of the culturable gut microbiota were identified from 42 studies. The overall effect of DFM supplementation on the log concentrations of all 18 taxa did not differ significantly from the controls (SMD = -0.06, 95% confidence interval [-0.16, 0.04], p = 0.228, $I^2=85%$, n = 699 comparisons), but the 18 taxa could be further classified into three categories by the direction of the effect size: taxa whose log concentrations did not differ significantly from the controls (category 1), taxa whose log concentrations increased significantly with DFM supplementation (category 2), and taxa whose log concentrations decreased significantly with DFM supplementation (category 3). Category 1 comprised nine taxa, including total bacterial counts. Category 2 comprised four taxa: Bacillus, Bifidobacterium, Clostridium butyricum, and Lactobacillus. Category 3 comprised five taxa: Clostridium perfringens, coliforms, Escherichia coli, Enterococcus, and Salmonella. Some characteristics identified by the subgroup analysis were associated with result heterogeneity. Most studies, however, were present with unclear risk of bias. Publication bias was also identified. Conclusion: DFM supplementation increased the concentrations of some beneficial bacteria (e.g. Bifidobacterium and Lactobacillus) and decreased those of some detrimental bacteria (e.g. Clostridium perfringens and Salmonella) in the guts of broiler chickens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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