In this study, we investigated the antimicrobial activity of herbs related with treatments of intestinal diseases against intestinal pathogens under anaerobic broth system. The water extract of Saussurea lappa Clarke and Myristica fragrans Houtt. showed no growth inhibition against tested pathogens(Eubacterium limonsum ATCC 10825, Escherichia coli ATCC 25922, Bacteroides fragilis KCTC 5013, Clostridium perfringens STCC 3627, Staphylococcus aureus KFCC 11764 및 Salmonella typhimurium ATCC 14028). All tested pathogens were not inhibited in broth containing 100$\mu\textrm{g}$/$m\ell$ of Areca catachu L. Water extract but its extract strongly inhibited the growth of Eubacterium limonsum STCC 10825, Bacteroides fragilis KCTC 5013, Clostridium perfringens ATCC 3627 and Salmonella typhimurium ATCC 14028 at 1,000 to 2,000$\mu\textrm{g}$/$m\ell$ of concentration. Escherichia coli ATCC 25922 and Staphylococcus aureus KFCC 11764 hardly grew in broth containing 2,000$\mu\textrm{g}$/$m\ell$ of Terminalia chebula Retz. water extract.
The gut epithelial barrier, which is composed of the mucosal layer and the intestinal epithelium, has multiple defense mechanisms and interconnected regulatory mechanisms against enteric microbial pathogens. However, many bacterial pathogens have highly evolved infectious stratagems that manipulate mucin production, epithelial cell-cell junctions, cell death, and cell turnover to promote their replication and pathogenicity in the gut epithelial barrier. In this review, we focus on current knowledge about how bacterial pathogens regulate mucin levels to circumvent the epithelial mucus barrier and target cell-cell junctions to invade deeper tissues and increase their colonization. We also describe how bacterial pathogens manipulate various modes of epithelial cell death to facilitate bacterial dissemination and virulence effects. Finally, we discuss recent investigating how bacterial pathogens regulate epithelial cell turnover and intestinal stem cell populations to modulate intestinal epithelium homeostasis.
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.
Areca catachu L. which was showed antimicrobial activity against intestinal pathogens through screening herbs related treatments of intestinal diseases, were extracted by methanol and fractionated by n-hexane, ethylether, ethylacetate, and water. Antimicrobial activities of the methanol extract and each fractionates were then investigated under the anaerobic broth system. All fractions of Areca catachu L. except of n-hexane showed antimicrobial activity against all tested pathogens. Especially, ethylacetate fraction of them had the most significant inhibition activity. There is no significant difference of antimicrobial activity among each fractionates. Fraction of Areca catachu L. ethylacetate fractionate, which were fractionated by Sephadex G-200 and Silica gel column chromatography revealed the strongest antimicrobial activity at 5 to 7 and 20 of fraction number, respectively.
With the activity of intestinal stem cells and continuous turnover, the gut epithelium is one of the most dynamic tissues in animals. Due to its simple yet conserved tissue structure and enteric cell composition as well as advanced genetic and histologic techniques, Drosophila serves as a valuable model system for investigating the regulation of intestinal stem cells. The Drosophila gut epithelium is in constant contact with indigenous microbiota and encounters externally introduced "non-self" substances, including foodborne pathogens. Therefore, in addition to its role in digestion and nutrient absorption, another essential function of the gut epithelium is to control the expansion of microbes while maintaining its structural integrity, necessitating a tissue turnover process involving intestinal stem cell activity. As a result, the microbiome and pathogens serve as important factors in regulating intestinal tissue turnover. In this manuscript, I discuss crucial discoveries revealing the interaction between gut microbes and the host's innate immune system, closely associated with the regulation of intestinal stem cell proliferation and differentiation, ultimately contributing to epithelial homeostasis.
The advent of human intestinal organoid systems has revolutionized the way we understand the interactions between the human gut and microorganisms given the host tropism of human microorganisms. The gut microorganisms have regionality (i.e., small versus large intestine) and the expression of various virulence factors in pathogens is influenced by the gut milieu. However, the culture conditions, optimized for human intestinal organoids, often do not fully support the proliferation and functionality of gut microorganisms. In addition, the regional identity of human intestinal organoids has not been considered to study specific microorganisms with regional preference. In this review we provide an overview of current efforts to understand the role of microorganisms in human intestinal organoids. Specifically, we will emphasize the importance of matching the regional preference of microorganisms in the gut and tailoring the appropriate luminal environmental conditions (i.e., oxygen, pH, and biochemical levels) for modeling real interactions between the gut and the microorganisms with human intestinal organoids.
Terminalia chebula Retz., which was showed antimicrobial activity against intestinal pathogens through screening herbs related treatments of intestinal diseases, were extracted by methanol and fractionated by n-hexane, ethylether, ethylacetate,and water. Antimicrobial activities of the methanol extract and each fractionates were then investigated under the anaerobic broth system. The methanol extract showed antimicrobial activity against all intestinal pathogens(Eubacterium limosum ATCC 10825, Escherichia coli ATCC 25922 and Staphylococcus aureus KFCC 11764 hardly grew at 2,000$\mu$g/ml of concentration. Especially, Escherichia coli ATCC 25922 and Staphylococcus aureus KFCC 11764 hardly grew at 2,000$\mu$g/ml of concentration. There is no significant difference of antimicrobial activity among each fractionates. Fraction of Terminaliz chebula Retz. ethylacetate fractionate, which were fractionated by Sephadex G-200 and Silica gel column chromatography revealed the strongest antimicrobial activity at 12 to 21 and 22 to 34 of fraction number, respectively.
The capability of lactic acid bacteria (LABs) to adhere to intestinal epithelial cells and vaginal epithelial cells is an important factor in the formation of a barrier to prevent the colonization of pathogenic bacteria. In addition, the ability to coaggregate with pathogens and production of antimicrobial agents also allow LABs to fight against pathogens. In this work, Weissella confusa PL9001 was tested for its ability to inhibit the growth and adherence of genitourinary pathogens, including Candida albicans, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and vancomycin-resistant Enterococcus faecium (VRE), isolated from the urine of hospitalized female patients. W. confusa PL9001 was found to coaggregate with the four pathogens, as observed with a light microscope and scanning electron microscope. In competition, exclusion, and displacement tests, the adherence of the pathogens to T24 bladder epithelial cells was also inhibited by W. confusa PL9001. Accordingly, these results suggest that W. confusa PL9001 is potentially useful for both preventive and therapeutic treatment of genitourinary infections.
The intestinal immune system has an ability to distinguish between the microbiota and pathogenic bacteria, and then activate pro-inflammatory pathways against pathogens for host defense while remaining unresponsive to the microbiota and dietary antigens. In the intestine, abnormal activation of innate immunity causes development of several inflammatory disorders such as inflammatory bowel diseases (IBD). Thus, activity of innate immunity is finely regulated in the intestine. To date, multiple innate immune cells have been shown to maintain gut homeostasis by preventing inadequate adaptive immune responses in the murine intestine. Additionally, several innate immune subsets, which promote Th1 and Th17 responses and are implicated in the pathogenesis of IBD, have recently been identified in the human intestinal mucosa. The demonstration of both murine and human intestinal innate immune subsets contributing to regulation of adaptive immunity emphasizes the conserved innate immune functions across species and might promote development of the intestinal innate immunity-based clinical therapy.
The injibitory effect of Bacillus licheniformis AJ isolated from genitourinary normal flora as a new probiotics on the growth of diarrheal pathogens was studied. This B. licheniformis AJ inhibited the growth of E.coli O-157. Salmonella typhi and Shigella sonnei as well as the infectivity of rotavirus. However, it did not inhibit the growth of Helicobacter pyloriand human intestinal bacteria although it inhibited the harmful enzyme activity of human intestinal bacteria. B. licheniformis AJ seems to excret heat-lable growth-inhibitory protein, bacteriocin, into the media. These results suggest that B. lichenoformis AJ could be used as a new type of probiotics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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