Phenotypic plasticity is a rapid response mechanism that enables organisms to acclimate and survive in changing environments. The Chinese mitten crab (Eriocheir sinensis) survives and thrives in different and even introduced habitats, thereby indicating its high phenotypic plasticity. However, the underpinnings of the high plasticity of E. sinensis have not been comprehensively investigated. In this study, we conducted an integrated gut microbiome and muscle metabolome analysis on E. sinensis collected from three different environments, namely, an artificial pond, Yangcheng Lake, and Yangtze River, to uncover the mechanism of its high phenotypic plasticity. Our study presents three divergent gut microbiotas and muscle metabolic profiles that corresponded to the three environments. The composition and diversity of the core gut microbiota (Proteobacteria, Bacteroidetes, Tenericutes, and Firmicutes) varied among the different environments while the metabolites associated with amino acids, fatty acids, and terpene compounds displayed significantly different concentration levels. The results revealed that the gut microbiome community and muscle metabolome were significantly affected by the habitat environments. Our findings indicate the high phenotypic plasticity in terms of gut microbiome and muscle metabolome of E. sinensis when it faces environmental changes, which would also facilitate its acclimation and adaptation to diverse and even introduced environments.
Cong, Oanh Nguyen;Taminiau, Bernard;Kim, Dang Pham;Daube, Georges;Van, Giap Nguyen;Bindelle, Jerome;Fall, Papa Abdulaye;Dinh, Ton Vu;Hornick, Jean-Luc
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제33권5호
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pp.788-801
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2020
Objective: This study was conducted to evaluate the effects of diets containing different wet rice distillers' by-product (RDP) levels on growth performance, nutrient digestibility, blood profiles and gut microbiome of weaned piglets. Methods: A total of 48 weaned castrated male crossbred pigs, initial body weight 7.54±0.97 kg, and age about 4 wks, were used in this experiment. The piglets were randomly allocated into three iso-nitrogenous diet groups that were fed either a control diet, a diet with 15% RDP, or a diet with 30% RDP for a total of 35 days. Chromium oxide was used for apparent digestibility measurements. On d 14 and d 35, half of the piglets were randomly selected for hemato-biochemical and gut microbiota evaluations. Results: Increasing inclusion levels of RDP tended to linearly increase (p≤0.07) average daily gain on d 14 and d 35, and decreased (p = 0.08) feed conversion ratio on d 35. Empty stomach weight increased (p = 0.03) on d 35 while digestibility of diet components decreased. Serum globulin concentration decreased on d 14 (p = 0.003) and red blood cell count tended to decrease (p = 0.06) on d 35, parallel to increase RDP levels. Gene amplicon profiling of 16S rRNA revealed that the colonic microbiota composition of weaned pigs changed by inclusion of RDP over the period. On d 14, decreased proportions of Lachnospiraceae_ge, Ruminococcaceae_ge, Ruminococcaceae_UCG-005, and Bacteroidales_ge, and increased proportions of Prevotellaceae_ge, Prevotella_2, and Prevotella_9 were found with inclusion of RDP, whereas opposite effect was found on d 35. Additionally, the proportion of Lachnospiraceae_ge, Ruminococcaceae_ge, Ruminococcaceae_UCG-005, and Bacteroidales_ge in RDP diets decreased over periods in control diet but increased largely in diet with 30% RDP. Conclusion: These results indicate that RDP in a favorable way modulate gastrointestinal microbiota composition and improve piglet performance despite a negative impact on digestibility of lipids and gross energy.
Objective: Diet acidification supplementation is known to influence intestinal morphology, gut microbiota, and on phosphorus (P) utilization of broilers. Alterations in intestinal barrier and microbiota have been associated with systemic inflammation and thus regulating bone turnover. Hence the effect of acidifier addition to drinking water on tibia mass and the linkages between intestinal integrity and bone were studied. Methods: One-d-old male broilers were randomly assigned to normal water (control) or continuous supply of acidified water (2% the blend of 2-hydroxy-4-methylthiobutyric acid, lactic, and phosphoric acid) group with 5 replicates of 10 chicks per replicate for 42 d. Results: Acidification of drinking water improved the ash percentage and calcium content of tibia at 42 d. Broilers receiving acidified water had increased serum P concentration compared to control birds. The acidified group showed improved intestinal barrier, evidenced by increased wall thickness, villus height, the villus height to crypt depth ratio, and upregulated mucin-2 expression in ileum. Broilers receiving drinking water containing mixed organic acids had a higher proportion of Firmicutes and the ratio of Firmicutes and Bacteroidetes, as well as a lower population of Proteobacteria. Meanwhile, the addition of acidifier to drinking water resulted in declined ileal and serum proinflammatory factors level and increased immunoglobulin concentrations in serum. Concerning bone remodeling, acidifier addition was linked to a decrease in serum C-terminal cross-linked telopeptide of type I collagen and tartrate-resistant acid phosphatase reflecting bone resorption, whereas it did not apparently change serum alkaline phosphatase activity that is a bone formation marker. Conclusion: Acidified drinking water increased tibia mineral deposition of broilers, which was probably linked with higher P utilization and decreased bone resorption through improved intestinal integrity and gut microbiota and through decreased systemic inflammation.
The intestinal microbiota has increasingly been shown to have a vital role in various aspects of human health. Among the vast gut bacterial community, Bifidobacterium is a genus which dominates the intestine of healthy breast-fed infants whereas in adulthood the levels are lower but relatively stable. Evidence is increasingly accumulating which shows beneficial effects of supplementation with Bifidobacteria for the improvement of human health conditions ranging from protection against infection to various positive effects. However, Bifidobacterium has not been actively studied while consumption of probiotics has greatly been increased as functional foods in Korea. The aim of this article is to introduce various studies and excellent reviews on the role of Bifidobacteria for human health.
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.
Intraepithelial lymphocytes (IELs) develop through the continuous interaction with intestinal antigens such as commensal microbiome and diet. However, their respective roles and mutual interactions in the development of IELs are largely unknown. Here, we showed that dietary antigens regulate the development of the majority of $CD8{\alpha}{\beta}$ IELs in the small intestine and the absence of commensal microbiota particularly during the weaning period, delay the development of IELs. When we tested specific dietary components, such as wheat or combined corn, soybean and yeast, they were dependent on commensal bacteria for the timely development of diet-induced $CD8{\alpha}{\beta}$ IELs. In addition, supplementation of intestinal antigens later in life was inefficient for the full induction of $CD8{\alpha}{\beta}$ IELs. Overall, our findings suggest that early exposure to commensal bacteria is important for the proper development of dietary antigen-dependent immune repertoire in the gut.
Phytobiotics, also known as phytochemicals or phytogenics, have a wide variety of biological activities and have recently emerged as alternatives to synthetic antibiotic growth promoters. Numerous studies have reported the growth-promoting effects of phytobiotics in chickens, but their precise mechanism of action is yet to be elucidated. Phytobiotics are traditionally known for their antioxidant activity. However, extensive investigations have shown that these compounds also have anti-inflammatory, antimicrobial, and transcription-modulating effects. Phytobiotics are non-nutritive constituents, and their bioavailability is low. Nonetheless, their beneficial effects have been observed in several tissues or organs. The health benefits of the ingestion of phytobiotics are attributed to their antioxidant activity. However, several studies have revealed that not all these benefits could be explained by the antioxidant effects alone. In this review, I focused on the bioavailability of phytobiotics and the possible mechanisms underlying their overall effects on intestinal barrier functions, inflammatory status, gut microbiota, systemic inflammation, and metabolism, rather than the specific effects of each compound. I also discuss the possible mechanisms by which phytobiotics contribute to growth promotion in chickens.
Kwangkho Kim;Ohman Kwon;Tae Young Ryu;Cho-Rok Jung;Janghwan Kim;Jeong-Ki Min;Dae-Soo Kim;Mi-Young Son;Hyun-Soo Cho
Molecular Medicine Reports
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제20권2호
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pp.1569-1574
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2019
Short-chain fatty acids (SCFAs; butyrate, propionate and acetate) are metabolites derived from the gut microbiota via dietary fiber fermentation. In colon cancer, treatment with SCFAs, mainly butyrate and propionate, suppresses cell proliferation, migration and invasion. Furthermore, although sodium butyrate is known to induce cell apoptosis in lung cancer, the anticancer effects of sodium propionate (SP) on lung cancer are not well understood. In the present study, SP treatment induced cell cycle arrest, especially in the G2/M phase, and cell apoptosis in the H1299 and H1703 lung cancer cell lines. As determined by reverse transcription-quantitative PCR and western blotting, Survivin and p21 expression levels were significantly affected by SP treatment, suggesting that SP treatment suppressed cell proliferation in these lung cancer cell lines. Thus, it was proposed that the SP-mediated regulation of Survivin and p21 in lung cancer may be applicable to lung cancer therapy.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Poly-γ-glutamic acid (γ-PGA), a natural polymer found in fermented soybean products, has been reported to play a prebiotic role in the gut. This intervention study investigated the effects of γ-PGA-containing supplement consumption on urinary microbiota in healthy adults because of limited data on such investigation. SUBJECTS/METHODS: A 4-week parallel trial including 39 male and female Korean adults, who were free of chronic diseases and infection, was designed as a randomized, double-blinded, placebo-controlled study. A total of 30 participants completed the study wherein the intervention group (n = 17) received a mixture supplement containing 600 mg/day of γ-PGA and 100 mg/day of vitamin B6, while the control group (n = 13) received a placebo. Paired datasets (baseline and endpoint data) of microbiota profiles, which were constructed via urinary assays of microbe-derived extracellular vesicles, were analyzed and compared between the two groups. RESULTS: Only the intervention group yielded significant results for the Bray-Curtis and Jaccard dissimilarity indices between baseline and endpoint data (P < 0.05). In the phylum-level analysis of microbial composition, the Firmicutes to Bacteroidetes ratio (FB ratio) tended to decrease from baseline in the intervention group; however, it increased in the control group. Differences between the baseline and endpoint FB ratios were significant between the two groups (P < 0.05). CONCLUSION: This study's findings suggest that γ-PGA-vitamin B6 supplementation potentially alters the microbial community composition of a host. Further investigation into the biological consequences of commensal microbiota alteration by γ-PGA-containing supplement consumption is warranted.
Resistant starch (RS) is metabolized by gut microbiota and involved in the production of short-chain fatty acids, which are related to a variety of physiological and health effects. Therefore, the availability of RS as a prebiotic is a topic of interest, and research on gut bacteria that can decompose RS is also important. The objectives in this study were 1) to isolate a human gut bacterium having strong degradation activity on non-gelatinized RS, 2) to characterize its RS-degrading characteristics, and 3) to investigate its probiotic effects, including a growth stimulation effect on other gut bacteria and an immunomodulatory effect. Bifidobacterium adolescentis P2P3 showing very strong RS granule utilization activity was isolated. It can attach to RS granules and form them into clusters. It also utilizes high-amylose corn starch granules up to 63.3%, and efficiently decomposes other various types of commercial RS without gelatinization. In a coculture experiment, Bacteroides thetaiotaomicron ATCC 29148, isolated from human feces, was able to grow using carbon sources generated from RS granules by B. adolescentis P2P3. In addition, B. adolescentis P2P3 demonstrated the ability to stimulate secretion of Th1 type cytokines from mouse macrophages in vitro that was not shown in other B. adolescentis. These results suggested that B. adolescentis P2P3 is a useful probiotic candidate, having immunomodulatory activity as well as the ability to feed other gut bacteria using RS as a prebiotic.
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