장내 미생물은 사람의 장에 거주하는 미생물 집단으로 자신들의 효소를 이용해 사람에게 직접적인 에너지원이 되는 대사산물을 만들기도 하고 병원성 미생물의 침입에 대응하기도 하며 소화관의 구조와 기능유지 및 면역계의 발달에 영향을 미치는 등의 중요한 기능을 수행한다. 최근 다양한 분석기술을 통해 사람의 장에 있는 다종 및 다수의 미생물의 구성을 관찰하였고 그 결과 특정 질병을 지닌 사람의 장내 미생물 구성은 건강한 사람의 일반적인 구성과 다르다는 것을 확인하였다. 이러한 발견을 바탕으로 건강한 사람의 대변에 있는 장내 미생물을 질병을 지닌 수여자에게 이식하는 fecal microbiota transplantation (FMT) 시술이 각광을 받기 시작하였다. FMT는 장내 미생물의 구성변화로 인해 나타나는 여러 질병에 치료제로 적용할 수 있는데 특히 재발률이 높은 Clostridium difficile 감염에서 활발한 연구가 이루어지고 있다. 이 논문은 지금까지 밝혀진 장내 미생물과 관련된 질병들의 종류와 실제 질병에 FMT를 적용한 사례 등을 정리하고 장내 미생물을 이용하여 현재 연구개발 중인 치료제나 진단도구의 예를 기술함으로써 장내 미생물의 사람의 건강증진과 질병치료를 위한 차세대 생물학적 치료제로서의 가능성을 고찰하고자 한다.
Administration of dietary fibers has various health benefits, mainly by increasing numbers of beneficial bacteria and enhancing production of short-chain fatty acids in the colon. There has been growing interest in the addition of dietary fiber to human diet, due to its prebiotic effects. This study aimed to evaluate the prebiotic activity of inulin using an in vitro batch fermentation system with human fecal microbiota. Fermentation of inulin resulted in a significantly greater ratio of Lactobacillus or Bifidobacteria to Enterobacteria strains as an index of healthy human intestine and elevated butyrate concentration, which are related to improvement of gut health.
Metagenomic analysis of the human intestinal microbiota has extended our understanding of the role of these bacteria in improving human intestinal health; however, a number of reports have shown that current total fecal DNA extraction methods and 16S rRNA universal primer sets could affect the species coverage and resolution of these analyses. Here, we improved the extraction method for total DNA from human fecal samples by optimization of the lysis buffer, boiling time (10 min), and bead-beating time (0 min). In addition, we developed a new long-range 16S rRNA universal PCR primer set targeting the V6 to V9 regions with a 580 bp DNA product length. This new 16S rRNA primer set was evaluated by comparison with two previously developed 16S rRNA universal primer sets and showed high species coverage and resolution. The optimized total fecal DNA extraction method and newly designed long-range 16S rRNA universal primer set will be useful for the highly accurate metagenomic analysis of adult and infant intestinal microbiota with minimization of any bias.
차세대 염기서열 분석(next generation sequencing, NGS) 기술의 발전으로 16S rRNA의 염기서열 분석이 미생물 군집 분석의 주된 방법으로 사용되고 있다. 인간의 건강과 질병에 관여하는 미생물들을 밝혀내기 위한 인간 미생물군집 프로젝트(human microbiome project, HMP)가 최근에 완료되었다. HMP는 세균에 의해 발생하는 여러 질병들의 특성들을 밝혀내었고, 특히 장에 서식하는 세균들에 대해 많은 연구가 수행되었다. 비록 인간의 장내 세균들에 대한 연구는 잘 수행되어왔지만, 다른 가축의 장내 세균에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 가축의 분변 미생물 다양성에 관해 조사하였고, 분변미생물 생태연구의 중요성을 제시 할 것이다. 한국에서의 분변 미생물 군집 프로젝트(fecal microbiome project) 시작을 본 연구논문을 통해 보고하고자 한다.
The human-associated microbiota is diverse, varies between individuals and body sites, and is important in human health. Microbes in human body play an essential role in immunity, health, and disease. The human microbiome has been studies using the advances of next-generation sequencing and its metagenomic applications. This has allowed investigation of the microbial composition in the human body, and identification of the functional genes expressed by this microbial community. The gut microbes have been found to be the most diverse and constitute the densest cell number in the human microbiota; thus, it has been studied more than other sites. Early results have indicated that the imbalances in gut microbiota are related to numerous disorders, such as inflammatory bowel disease, colorectal cancer, diabetes, and atopy. Clinical therapy involving modulating of the microbiota, such as fecal transplantation, has been applied, and its effects investigated in some diseases. Human microbiome studies form part of human genome projects, and understanding gleaned from studies increase the possibility of various applications including personalized medicine.
최근의 장내 미생물 연구에 따르면 우리의 건강에 대한 장내 미생물의 중요한 역할이 밝혀졌다. 이에 매년 다양한 건강 기능 식품이 개발되고 있다. 기능성 식품의 개발에는 기능성 식품의 유익한 효과를 확인하기위한 in-vivo 실험이 포함되는 경우가 많다. 그 이유로 기능성 식품이 장내 미생물에 미치는 영향을 조사하기 위해서 동물 실험을 자주 수행하고 있는 실정이다. 식품의 유익한 효과는 장내 미생물 생태가 식품에 의해 이동되어 유익한 박테리아의 증가, 잠재적인 병원성 박테리아의 감소 또는 둘 다에 따라 평가 될 수 있다. 동물 실험은 일반적으로 시간이 많이 걸리고 까다롭기 때문에 본 연구팀은 분변 미생물에 대한 in-vitro 연구로 식이 건강상의 이점을 얼마나 잘 반영하는지 조사했다. 본 연구에서는 두 사람의 배설물을 사용하여 15가지 음식이 장내미생물에 주는 영향을 조사했다. 결과는 식단에 따라 다양한 장내 미생물 이동을 보여 주었으며, 이는 일반적으로 알려진 유익한 식단(즉, 김치, 청국장)이 유산균과 비피도 박테리움을 증가 시켰음을 확인했다. 따라서, 우리는 식이 요법의 유익한 효과를 평가하기 위해 체외 분변 미생물균총 분석을 사용할 수 있다고 제안한다. 또한, 이 방법은 더 나아가 개인 맞춤형 식단을 설정하는 데 도움이 될 수 있다고 사료된다.
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.
Intestinal microbiota is strongly connected to health of host. It has been reported that not only metabolic disease like diabetes and obesity, but psychological diseases are affected by composition of intestinal microbiota. To figure it out the importance of the composition and relationship between disease and microbiota, intensive researches have done with human and experimental animals. But, the composition of the intestinal microbiota could be affected by several factors such as experimental environments, feeding, water, and bedding. As a result, the data from each experimental group might be diverse. It also affects experiments about biological activities of plant materials. In this study, mouse intestinal bacteria were isolated from fresh feces and identified by 16S rRNA gene to use in biological activities of natural medicines. The fecal supernatant was anaerobically incubated at $37^{\circ}C$ for 48 hours. Colonies were picked up separately and incubated again in same condition to increase quantity to analyze and stock. The bacteria strains were listed up and could be used for many researches including biological activities of plant materials and change in composition of intestinal bacteria itself.
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.
Supplement of dietary fibers (DF) is regarded as one of the most effective way to prevent and relieve chronic diseases caused by long-term intake of a high-fat diet in the current society. The health benefits of soluble dietary fibers (SDF) have been widely researched and applied, whereas the insoluble dietary fibers (IDF), which represent a higher proportion in plant food, were mistakenly thought to have effects only in fecal bulking. In this article, we proved the anti-obesity and glucose homeostasis improvement effects of IDF from pear pomace at first, and then the mechanisms responsible for these effects were analyzed. The preliminary study by real-time PCR and ELISA showed that this kind of IDF caused more changes in the gut microbiota compared with in satiety hormone or in hepatic metabolism. Further analysis of the gut microbiota by high-throughput amplicon sequencing showed IDF from pear pomace obviously improved the structure of the gut microbiota. Specifically, it promoted the growth of Bacteroidetes and inhibited the growth of Firmicutes. These results are coincident with previous hypothesis that the ratio of Bacteroidetes/Firmicutes is negatively related with obesity. In conclusion, our results demonstrated IDF from pear pomace could prevent high-fat diet-induced obesity in rats mainly by improving the structure of the gut microbiota.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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