2'-Fucosyllactose (2'-FL) is one of the most important human milk oligosaccharides and has several health benefits for infants. The levels of 2'-FL in breast milk or samples from other sources can be quantified by high-performance liquid chromatography. However, this method cannot be used for simultaneous detection of the target compound in numerous samples. Here, we developed a simple method for quantifying 2'-FL in a microplate format. The method involves two steps: (i) release of $\text\tiny{L}$-fucose from 2'-FL by ${\alpha}$-(1-2,3,4,6)-$\text\tiny{L}$-fucosidase and (ii) measurement of NADPH formed during the oxidation of $\text\tiny{L}$-fucose by $\text\tiny{L}$-fucose dehydrogenase. This method enables measurement of up to 5 g/l 2'-FL in 50 min using a 96-well microplate. The efficiency and simplicity of the proposed method make it suitable for the analyses of a large number of samples simultaneously.
Human breast milk contains numerous biomolecules. Human milk oligosaccharides (HMOs) are the third most abundant component of breast milk, after lactose and lipids. Amongst the synthetized HMOs, 2'-fucosyllactose (2'-FL) and lacto-N-neotetraose (LNnT) are widely studied and are considered safe for infant nutrition. Several studies have reported the health benefits of HMOs, which include modulation of the intestinal microbiota, anti-adhesive effect against pathogens, modulation of the intestinal epithelial cell response, and development of the immune system. The amount and diversity of HMOs are determined by the genetic background of the mothers (HMO secretors or non-secretors). The non-secretor mothers secrete lower HMOs than secretor mothers. The breastfed infants of secretor mothers gain more health benefit than those of non-secretor mothers. In conclusion, supplementation of infant formula with 2'-FL and LNnT is a promising innovation for infant nutrition.
2'-Fucosyllactose (2'-FL), the most abundant fucosylated oligosaccharide in human milk, has multiple beneficial effects on human health. However, its biosynthesis by metabolically engineered Escherichia coli is often hampered owing to the insolubility and instability of α-1,2-fucosyltransferase (the rate-limiting enzyme). In this study, we aimed to enhance 2'-FL production by increasing the expression of soluble α-1,2-fucosyltransferase from Helicobacter pylori (FucT2). Because structural information regarding FucT2 has not been unveiled, we decided to improve the expression of soluble FucT2 in E. coli via directed evolution using a protein solubility biosensor that links protein solubility to antimicrobial resistance. For such a system to be viable, the activity of kanamycin resistance protein (KanR) should be dependent on FucT2 solubility. KanR was fused to the C-terminus of mutant libraries of FucT2, which were generated using a combination of error-prone PCR and DNA shuffling. Notably, one round of the directed evolution process, which consisted of mutant library generation and selection based on kanamycin resistance, resulted in a significant increase in the expression level of soluble FucT2. As a result, a batch fermentation with the ΔL M15 pBCGW strain, expressing the FucT2 mutant (F#1-5) isolated from the first round of the directed evolution process, resulted in the production of 0.31 g/l 2'-FL with a yield of 0.22 g 2'-FL/g lactose, showing 1.72- and 1.51-fold increase in the titer and yield, respectively, compared to those of the control strain. The simple and powerful method developed in this study could be applied to enhance the solubility of other unstable enzymes.
Seon Ha Jo;Kyeong Jin Kim;Soo-yeon Park;Hyun-Dong Paik;Ji Yeon Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.3
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pp.356-362
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2023
The 2'-fucosyllactose (2'-FL) is the richest components in a human milk oligosaccharide. Several studies have reported that 2'-FL has beneficial effects in infants. However, there are few studies on its immune-enhancing effects. This research aimed to examine the immune-enhancing effect of 2'-FL on immunosuppression by cyclophosphamide (CCP) in ICR mice. Mice were orally administered distilled water or 0.5 mg/kg B.W. 2'-FL for 14 days. An immunocompromised mouse model was induced using CCP 80 mg/kg B.W. at 12-14 days. Using the CCP had effects on reducing their body weight, organ weight, spleen index, natural killer (NK) cell activity, and cytokines concentration and expression. This study also used concanavalin A-mediated T-cell proliferation to verify the immune-enhancing effects in the sample. Body weight, spleen index, organ weight, and cytokine levels were measured to estimate the immune-enhancing effects. The body weight at 14 days tended to increase, and the spleen weight and index significantly increased in the 2'-FL group compared to the CCP group. The NK cell activity increased in the 2'-FL group compared to the CCP group, but there was no significant difference. The concentration of interleukin (IL)-2 tended to recover in the 2'-FL group compared to the CCP group. The 2'-FL group showed a significant increase of IL-10 and IFN-gamma concentration compared to the CCP group. In addition, there was a trend of increased IL-10 mRNA expression compared to the CCP group. These results revealed that 2'-FL improved CCP-induced immunosuppression, suggesting that 2'-FL may have the potential to enhance the immune system.
Jung, So Young;Yoo, Han Jun;Heo, Hyojin;Lee, So Min;Brito, Sofia;Cha, Byungsun;Lei, Lei;Lee, Sang Hun;Bin, Bum-Ho;Lee, Mi-Gi;Kwak, Byeong-Mun
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.48
no.2
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pp.105-112
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2022
2'-fucosyllactose (2'-FL) is the most abundant human milk oligosaccharide (HMO) present in breast milk, promoting the growth of beneficial microorganisms in the gut and aiding in the relief of allergic and inflammatory reactions. In this study, the anti-melanogenic effects of 2'-FL, and its potential for application in whitening cosmetics, were evaluated. MTT assay was performed on MNT-1 cells, human-derived melanocytes. 2'-FL was treated and replaced at 48 h intervals for 7 days, and it was confirmed that there was no cytotoxicity at 20 g/L or less, while a 40% reduction in melanin production was also observed. Western blot analysis of TYR and TYRP1, factors involved in melanogenesis, revealed that 2'-FL treatment reduced their expression levels. In addition, 2'-FL application and observation of the autophagy marker microtubule-associated protein 1 light chain 3 (LC3) revealed it was converted from LC3-I to LC3-𝚷, indicating increased autophagy. Likewise, confocal microscopy revealed an increase in LC3 puncta after 2'-FL treatment. Therefore, it is suggested that 2'-FL-mediated activation of autophagy reduces melanogenesis by inhibiting the expression levels of TYR and TYRP1 proteins. In conclusion, it has been confirmed that 2'-FL induces autophagy and suppresses melanin production, so its potential as a whitening cosmetic material is expected.
Han Hae Kim;Yeon Ji Kim;Kwang-Youn Kim;Chul Soo Shin;Jong-Won Yoon;Seon-min Jeon;Bo-Mee Kim;Jeongsu Bang;Kyungho Kim
The Korean Journal of Food And Nutrition
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v.36
no.3
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pp.193-201
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2023
Prebiotics are known as components of intestinal microbiota that can improve and maintain human health status by stimulating the growth and activity of the intestinal tract as a method of controlling the intestinal environment. In this study, we examined whether 2'-fucosyllactose (FL) could affect intestinal microbial population and bowel activity. Water content and frequency of mouse feces were increased in the 2'-FL treated group at a high concentration (1,000 mg/kg), with brightness of the color enhanced and physical properties diluted. In addition, intestinal microbial analysis showed that harmful bacteria Clostridium and Staphylococcus strains were decreased and beneficial bacteria such as Lactobacillus strains were markedly increased in the group treated with a high concentration of 2'-FL compared to those in the control group. These findings suggest that administration of 2'-FL can maintain healthy bowel activity by reducing harmful bacteria population and improving diluted physical properties.
This study was attempted to prepare milk and soymilk containing high number of viable cells of bifidobacteria during the fermentation as well as to establish the optimum condition for bacteria growth. Activity of ${\alpha}$- and ${\beta}-galactosidase$ produced by bifidobacteria was also determined. Milk and soymilk inoculated with Bifidobacterium longum ATCC 15707 were incubated in a nitrogen-carbon dioxide atmosphere at $37^{\circ}C$ for two days. and time courses of pH, acidity, viable cells and effect of growth factors were determined. After two days, pH of milk gradually decreased from 6.81 to 4.84 and pH of soymilk changed from 7.02 to 3.89. The viable cell numbers of bifidobacteria increased constantly in soymilk, while bacterial growth in milk appeared to be delayed after storage of two days. Both of ${\alpha}$- and ${\beta}-galactosidase$ activities were detected in soymilk, but activity of ${\beta}-galactosidase$ was predominant in milk. Fucosyllactose appeared to be a good growth factor in soymilk. During the fermentation of milk, L-cysteine HCl enhanced growth of bifidobacteria at the early stage and fucosyllactose was a good growth factor in the propagations of bifidobacteria from middle stage.
Purpose: Human milk oligosaccharides (HMOs) may be genetically determined based on the secretor and Lewis status of the mother. This study aims to determine the HMO profile and the secretor and Lewis gene status of Indonesian lactating mothers. Methods: Baseline data of 120 mother-infant pairs between 0-4 months post-partum obtained from a prospective longitudinal study was used. The concentrations of 2'-fucosyllactose (2'FL), lacto-N-fucopentaose I (LNFP I), lacto-N-tetraose (LNT), lacto-N-neotetraose (LNnT), 3'-sialyllactose (3'SL), and 6'-sialyllactose (6'SL) were measured. Genetic analysis was performed for mothers using targeted next-generation sequencing and Sanger sequencing. Wild-type AA with the rs1047781 (A385T) polymorphism was categorized as secretor positive, while heterozygous mutant AT was classified as a weak secretor. The presence of rs28362459 (T59G) heterozygous mutant AC and rs3745635 (G508A) heterozygous mutant CT genes indicated a Lewis negative status, and the absence of these genes indicated a positive status. Subsequently, breast milk was classified into various groups, namely Group 1: Secretor+Lewis+ (Se+Le+), Group 2: Secretor-Lewis+ (Se-Le+), Group 3: Secretor+Lewis-(Se+Le-), and Group 4: Secretor-Lewis- (Se-Le-). Data were analyzed using the Mann-Whitney and Kruskal-Wallis rank tests, and a p-value of 0.05 indicated statistical significance. Results: A total of 58.3% and 41.7% of the samples had positive and weak secretor statuses, respectively. The proportion of those in Group 1 was 85%, while 15% were Group 3. The results showed that only 2'FL significantly differed according to the secretor status (p-value=0.018). Conclusion: All Indonesian lactating mothers in this study were secretor positive, and most of them had a Lewis-positive status.
The latest definition of a prebiotic is "a substrate that is selectively utilized by host microorganisms conferring a health benefit"; it now includes non-food elements and is applicable to extra-intestinal tissues. Prebiotics are recognized as a promising tool in the promotion of general health and in the prevention and treatment of numerous juvenile diseases. Prebiotics are considered an immunoactive agent, with the potential for long-lasting effects extending past active administration of the prebiotic. Because of its extremely low risk of serious adverse effects, ease of administration, and strong potential for influencing the composition and function of the microbiota in the gut and beyond, the beneficial clinical applications of prebiotics are expanding. Prebiotics are the third largest component of human breast milk. Preparations including galactooligosaccharides (GOS), fructooligosaccharides (FOS), 2'-fucosyllactose, lacto-N-neo-tetraose are examples of commonly used and studied products for supplementation in baby formula. In particular, the GOS/FOS combination is the most studied. Maintaining a healthy microbiome is essential to promote homeostasis of the gut and other organs. With more than 1,000 different microbial species in the gut, it is likely more feasible to modify the gut microbiota through the use of certain prebiotic mixtures rather than supplementing with a particular probiotic strain. In this review, we discuss the latest clinical evidence regarding prebiotics and its role in gut immunity, allergy, infections, inflammation, and functional gastrointestinal disorders.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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