The gut mucosal barrier plays an important role in maintaining a delicate immune homeostasis. The pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD) is considered to involve a defective mucosal immunity along with a genetic predisposition. Recent views have suggested an excessive response to components of the gut microbiota in IBD. A condition of "dysbiosis", with alterations of the gut microbial composition, has been observed in patients with IBD. In this article, the author review recent studies of gut microbiota in IBD, particularly the importance of the gut microbiota in the pathogenesis of pediatric IBD.
The prevalence of obesity and type 2 diabetes, two closely linked metabolic disorders, is increasing worldwide. Over the past decade, the connection between these disorders and the microbiota of the gut has become a major focus of biomedical research, with recent studies demonstrating the fundamental role of intestinal microbiota in the regulation and pathogenesis of metabolic disorders. Because of the complexity of the microbiota community, however, the underlying molecular mechanisms by which the gut microbiota is associated with metabolic disorders remain poorly understood. In this review, we summarize recent studies that investigate the role of the microbiota in both human subjects and animal models of disease and discuss relevant therapeutic targets for future research.
Irritable bowel syndrome (IBS) is a frequently diagnosed gastrointestinal (GI) disorder characterized by recurrent abdominal pain, bloating, and changes in the stool form or frequency without any structural changes and overt inflammation. It is not a life-threatening condition but causes a considerable level of discomfort and distress. Among the many pathophysiologic factors, such as altered GI motility, visceral hypersensitivity, and low-grade mucosal inflammation, as well as other immunologic, psychologic, and genetic factors, gut microbiota imbalance (dysbiosis), which is frequently found in IBS, has been highlighted as an etiology of IBS. Dysbiosis may affect gut mucosal homeostasis, immune function, metabolic regulation, and even visceral motor function. As diet is shown to play a fundamental role in the gut microbiota profile, this review discusses the influence of diet on IBS occurring through the modulation of gut microbiota. Based on previous studies, it appears that dietary modulation of the gut microbiota may be effective for the alleviation of IBS symptoms and, also an effective IBS management strategy based on the underlying mechanism; especially because, IBS currently has no specific treatment owing to its uncertain etiology.
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.
Livestock species experience several stresses, particularly weaning, transportation, overproduction, crowding, temperature, and diseases in their life. Heat stress (HS) is one of the most stressors, which is encountered in livestock production systems throughout the world, especially in the tropical regions and is likely to be intensified due to global rise in environmental temperature. The gut has emerged as one of the major target organs affected by HS. The alpha- and beta-diversity of gut microbiota composition are altered due to heat exposure to animals with greater colonization of pathogenic microbiota groups. HS also induces several changes in the gut including damages of microstructures of the mucosal epithelia, increased oxidative insults, reduced immunity, and increased permeability of the gut to toxins and pathogens. Vulnerability of the intestinal barrier integrity leads to invasion of pathogenic microbes and translocation of antigens to the blood circulations, which ultimately may cause systematic inflammations and immune responses. Moreover, digestion of nutrients in the guts may be impaired due to reduced enzymatic activity in the digesta, reduced surface areas for absorption and injury to the mucosal structure and altered expressions of the nutrient transport proteins and genes. The systematic hormonal changes due to HS along with alterations in immune and inflammatory responses often cause reduced feed intake and production performance in livestock and poultry. The altered microbiome likely orchestrates to the hosts for various relevant biological phenomena occurring in the body, but the exact mechanisms how functional communications occur between the microbiota and HS responses are yet to be elucidated. This review aims to discuss the effects of HS on microbiota composition, mucosal structure, oxidant-antioxidant balance mechanism, immunity, and barrier integrity in the gut, and production performance of farm animals along with the dietary ameliorations of HS. Also, this review attempts to explain the mechanisms how these biological responses are affected by HS.
The herpes virus entry mediator (HVEM) is a member of the tumor necrosis factor receptor superfamily (TNFRSF), and therefore it is also known as TNFRSF14 or CD270 (1,2). In recent years, we have focused on understanding HVEM function in the mucosa of the intestine, particularly on the role of HVEM in colitis pathogenesis, host defense and regulation of the microbiota (2-4). HVEM is an unusual TNF receptor because of its high expression levels in the gut epithelium, its capacity to bind ligands that are not members of the TNF super family, including immunoglobulin (Ig) superfamily members BTLA and CD160, and its bi-directional functionality, acting as a signaling receptor or as a ligand for the receptor BTLA. Clinically, Hvem recently was reported as an inflammatory bowel disease (IBD) risk gene as a result of genome wide association studies (5,6). This suggests HVEM could have a regulatory role influencing the regulation of epithelial barrier, host defense and the microbiota. Consistent with this, using mouse models, we have revealed how HVEM is involved in colitis pathogenesis, mucosal host defense and epithelial immunity (3,7). Although further studies are needed, our results provide the fundamental basis for understanding why Hvem is an IBD risk gene, and they confirm that HVEM is a mucosal gatekeeper with multiple regulatory functions in the mucosa.
Objective: The aim of study was to investigate the effects of in-feed supplementation of Bacillus amyloliquefaciens (BA) and Saccharomyces cerevisiae (SC) on growth performance, gut integrity, and microbiota modulations in red-feathered native chickens (RFCs). Methods: A total of 18,000 RFCs in a commercial farm were evenly assigned into two dietary treatments (control diet; 0.05% BA and 0.05% SC) by randomization and raised for 11 weeks in two separate houses. Fifty RFCs in each group were randomly selected and raised in the original house with the partition for performance evaluations at the age of 9 and 11 weeks. Six non-partitioned RFCs per group were randomly selected for analyses of intestinal architecture and 16S rRNA metagenomics. Results: Feeding BA and SC increased the body weight and body weight gain, significantly at the age of 11 weeks (p<0.05). The villus height/crypt ratio in the small intestines and Firmicutes to Bacteroidetes ratio were also notably increased (p<0.05). The supplementation did not disturb the microbial community structure but promote the featured microbial shifts characterized by the significant increments of Bernesiella, Prevotellaceae_NK3B31_group, and Butyrucimonas, following remarkable decrements of Bacteroides, Rikenellaceae_RC9_gut_group, and Succinatimonas in RFCs with growth benefits. Besides, functional pathways of peptidoglycan biosynthesis, nucleotide excision repair, glycolysis/gluconeogenesis, and aminoacyl transfer ribonucleic acid (tRNA) biosynthesis were significantly promoted (p<0.05). Conclusion: In-feed supplementation of BA and SC enhanced the growth performance, improved mucosal architectures in small intestines, and modulated the cecal microbiota and metabolic pathways in RFCs.
Changhon Lee;Haena Lee;John Chulhoon Park;Sin-Hyeog Im
IMMUNE NETWORK
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v.23
no.1
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pp.7.1-7.27
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2023
The mammalian intestines harbor trillions of commensal microorganisms composed of thousands of species that are collectively called gut microbiota. Among the microbiota, bacteria are the predominant microorganism, with viruses, protozoa, and fungi (mycobiota) making up a relatively smaller population. The microbial communities play fundamental roles in the maturation and orchestration of the immune landscape in health and disease. Primarily, the gut microbiota modulates the immune system to maintain homeostasis and plays a crucial role in regulating the pathogenesis and pathophysiology of inflammatory, neuronal, and metabolic disorders. The microbiota modulates the host immune system through direct interactions with immune cells or indirect mechanisms such as producing short-chain acids and diverse metabolites. Numerous researchers have put extensive efforts into investigating the role of microbes in immune regulation, discovering novel immunomodulatory microbial species, identifying key effector molecules, and demonstrating how microbes and their key effector molecules mechanistically impact the host immune system. Consequently, recent studies suggest that several microbial species and their immunomodulatory molecules have therapeutic applicability in preclinical settings of multiple disorders. Nonetheless, it is still unclear why and how a handful of microorganisms and their key molecules affect the host immunity in diverse diseases. This review mainly discusses the role of microbes and their metabolites in T helper cell differentiation, immunomodulatory function, and their modes of action.
The human intestine is home to a dense community of microbiota that plays a key role in human health and disease. Nutrients are essential regulators of both host and microbial physiology and function as key coordinators of host-microbe interactions. Therefore, understanding the specific roles and underlying mechanisms of each nutrient in regulating the host-microbe interactions will be essential in developing new strategies for improving human health through microbiota and nutrient intervention. This review will give a basic overview of the role of vitamin A, an essential micronutrient, on human health, and highlight recent findings on the mechanisms by which it regulates the host-microbe interactions.
Cancer is one of the leading causes of death worldwide and the number of cancer patients is expected to continuously increase in the future. Traditional cancer therapies focus on inhibiting cancer growth while largely ignoring the contribution of the immune system in eliminating cancer cells. Recently, better understanding of immunological mechanisms pertaining to cancer progress has led to development of several immunotherapies, which revolutionized cancer treatment. Nonetheless, only a small proportion of cancer patients respond to immunotherapy and maintain a durable response. Among multiple factors contributing to the variability of immunotherapy response rates, commensal microbiota inhabiting patients have been identified as one of the most critical factors determining the success of immunotherapy. The functional diversity of microbiota differentially affects the host immune system and controls the efficacy of immunotherapy in individual cancer patients. Moreover, clinical studies have demonstrated that changing the gut microbiota composition by fecal microbiota transplantation in patients who failed a previous immunotherapy converts them to responders of the same therapy. Consequently, both academic and industrial researchers are putting extensive efforts to identify and develop specific bacteria or bacteria mixtures for cancer immunotherapy. In this review, we will summarize the immunological roles of commensal microbiota in cancer treatment and give specific examples of bacteria that show anticancer effect when administered as a monotherapy or as an adjuvant agent for immunotherapy. We will also list ongoing clinical trials testing the anticancer effect of commensal bacteria.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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