An increasing number of studies have revealed an interaction between gut microbiota and tumors. The enrichment of specific bacteria strains in the intestines has been found to modulate tumor growth and influence the mechanisms of tumor treatment. Various bacteria are involved in modulating the effects of chemotherapeutic drugs currently used to treat patients with cancer, and they affect not only gastrointestinal tract tumors but also distant organ tumors. In addition, changes in the gut microbiota are known to be involved in the antitumor immune response as well as the modulation of the intestinal immune system. As a result, the gut microbiota plays an important role in modulating the efficacy of immune checkpoint inhibitors. Therefore, gut microbiota could be considered as an adjuvant treatment option with other cancer treatment or as another marker for predicting treatment response. In this review, we examine how gut microbiota affects cancer treatments.
The use of antimicrobials will be soon removed due to an increase of occurrence of antibiotic-resistant bacteria or ionophore-resistant Eimeria species in poultry farms and consumers' preference on drug-free chicken meats or eggs. Although dietary antimicrobials contributed to the growth and health of the chickens, we do not fully understand their interrelationship among antimicrobials, gut microbiota, and host immunity in poultry. In this review, we explored the current understanding on the effects of antimicrobials on gut microbiota and immune systems of chickens. Based on the published literatures, it is clear that antibiotics and antibiotic ionophores, when used singly or in combination could influence gut microbiota. However, antimicrobial effect on gut microbiota varied depending on the samples (e.g., gut locations, digesta vs. mucosa) used and among the experiments. It was noted that the digesta vs. the mucosa is the preferred sample with the results of no change, increase, or decrease in gut microbiota community. In future, the mucosa-associated bacteria should be targeted as they are known to closely interact with the host immune system and pathogen control. Although limited, dietary antimicrobials are known to modulate humoral and cell-mediated immunities. Ironically, the evidence is increasing that dietary antimicrobials may play an important role in triggering enteric disease such as gangrenous dermatitis, a devastating disease in poultry industry. Future work should be done to unravel our understanding on the complex interaction of host-pathogen-microbiota-antimicrobials in poultry.
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.
Kim, Bong-Soo;Choi, Chong Won;Shin, Hyoseung;Jin, Seon-Pil;Bae, Jung-Soo;Han, Mira;Seo, Eun Young;Chun, Jongsik;Chung, Jin Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.3
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pp.429-440
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2019
Several studies have attempted to identify factors associated with longevity and maintenance of health in centenarians. In this study, we analyzed and compared the gut microbiota of centenarians in longevity villages with the elderly and adults in the same region and urbanized towns. Fecal samples were collected from centenarians, elderly, and young adults in longevity villages, and the gut microbiota sequences of elderly and young adults in urbanized towns of Korea were obtained from public databases. The relative abundance of Firmicutes was found to be considerably higher in subjects from longevity villages than those from urbanized towns, whereas Bacteroidetes was lower. Age-related rearrangement of gut microbiota was observed in centenarians, such as reduced proportions of Faecalibacterium and Prevotella, and increased proportion of Escherichia, along with higher abundances of Akkermansia, Clostridium, Collinsella, and uncultured Christensenellaceae. Gut microbiota of centenarians in rehabilitation hospitals were also different to those residing at home. These differences could be due to differences in diet patterns and living environments. In addition, phosphatidylinositol signaling system, glycosphingolipid biosynthesis, and various types of N-glycan biosynthesis were predicted to be higher in the gut microbiota of centenarians (corrected p < 0.05). These three metabolic pathways of gut microbiota can be associated with the immune status and healthy gut environment of centenarians. Although further studies are necessary to validate the function of microbiota between groups, this study provides valuable information on centenarians' gut microbiota.
Fermented milk has been developed with its functionalities, and its health-promoting ability has been spotlighted due to its relationship with diseases such as cancer, cardiovascular disease, and diabetes, and gut microbiota. As national burden of cardiovascular disease increases over time, there is a need to prevent hypercholesterolemia. To achieve that, gut microbiota, which is altered by host's diet and environment, plays important roles in lowering cholesterol in the blood. Moreover, fermented milk may be effective as a cholesterol-lowering agent by altering gut microbiota composition. Gut microbiota may alter not only functions of the fermented milk but also bio-accessibility of functional materials. These results suggested that gut microbiota composition influences the impact of fermented milk. Thus, we should understand how functional materials are degraded by gut microbiota and absorbed into the gut.
Recently, the concept of personalized nutrition has been developed, which states that food components do not always lead to the same metabolic responses, but vary from person to person. Although this concept has been studied based on individual genetic backgrounds, researchers have recently explored its potential role in the gut microbiome. The gut microbiota physiologically communicates with humans by forming a bidirectional relationship with the micronutrients, macronutrients, and phytochemicals consumed by the host. Furthermore, the gut microbiota can vary from person to person and can be easily shifted by diet. Therefore, several recent studies have reported the application of personalized nutrition to intestinal microflora. This review provides an overview of the interaction of diet with the gut microbiome and the latest evidence in understanding the inter-individual differences in dietary responsiveness according to individual baseline gut microbiota and microbiome-associated dietary intervention in diseases. The diversity of the gut microbiota and the presence of specific microorganisms can be attributed to physiological differences following dietary intervention. The difference in individual responsiveness based on the gut microbiota has the potential to become an important research approach for personalized nutrition and health management, although further well-designed large-scale studies are warranted.
To understand the formation of initial gut microbiota, three initial fecal samples were collected from two groups of two breast milk-fed (BM1) and seven formula milk-fed (FM1) infants, and the compositional changes in gut microbiota were determined using metagenomics. Compositional change analysis during week one showed that Bifidobacterium increased from the first to the third fecal samples in the BM1 group (1.3% to 35.1%), while Klebsiella and Serratia were detected in the third fecal sample of the FM1 group (4.4% and 34.2%, respectively), suggesting the beneficial effect of breast milk intake. To further understand the compositional changes during progression from infancy to childhood (i.e., from three weeks to five years of age), additional fecal samples were collected from four groups of two breast milk-fed infants (BM2), one formula milk-fed toddler (FM2), three weaning food-fed toddlers (WF), and three solid food-fed children (SF). Subsequent compositional change analysis and principal coordinates analysis (PCoA) revealed that the composition of the gut microbiota changed from an infant-like composition to an adult-like one in conjunction with dietary changes. Interestingly, overall gut microbiota composition analyses during the period of progression from infancy to childhood suggested increasing complexity of gut microbiota as well as emergence of a new species of bacteria capable of digesting complex carbohydrates in WF and SF groups, substantiating that diet type is a key factor in determining the composition of gut microbiota. Consequently, this study may be useful as a guide to understanding the development of initial gut microbiota based on diet.
Jin, Jong Beom;Cha, Jin Wook;Shin, Il-Shik;Jeon, Jin Young;An, Hye Suck;Cha, Kwang Hyun;Pan, Cheol-Ho
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.64
no.1
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pp.49-55
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2021
The diet plays a fundamental role in the formation of the gut microbiota, determining the interrelationship between the gut microbiota and the host. The current study investigated the effect of Chlorella vulgaris on the gut microbiota by using simulated in vitro digestion and colonic fermentation. Bioaccessibility was measured after in vitro digestion, and SCFAs and microbial profiling were analyzed after colonic fermentation. The bioaccessibility of C. vulgaris was 0.24 g/g. The three major SCFAs (acetate, propionate, and butyrate) increased significantly when compared to the control group. In microbial profiling analysis, microorganisms such as Faecalibacterium, Dialister, Megasphaera, Dorea, Odoribacter, Roseburia, Bifidobacterium, Butyricmonas, and Veillonella were high in C. vulgaris group. Among them, Faecalibacterium, Dialister, Megasphaera, Roseburia, and Veillonella were thought to be closely associated with the increased level of SCFAs. Finally, it can be expected to help improve gut microbiota and health through ingestion of C. vulgaris. However, further studies are vital to confirm the changes in the gut microbiota in in vivo, when C. vulgaris is ingested.
Ulcerative colitis (UC) exhibits chronic intestinal inflammatory conditions with cycles of relapse and remission. The incidence is rapidly growing in Asian countries including South Korea possibly due to changes in lifestyles. Although the etiology of inflammatory bowel disease is inconclusive, gut microbiota composition is considered a critical factor involved in the pathogenesis of UC. The overgrowth of pathogenic bacteria evokes hyper-immune responses in gut epithelium causing tissue inflammation and damage. Also, failure to regulate gut epithelium integrity due to chronic inflammation and mucus depletion accelerates bacterial translocation aggravating immune dysregulation. Gut microbiota composition responds to the diet in a very rapid manner. Epidemiological studies have indicated that the risk of UC is associated with low plant foods/high animal foods consumption. Several bacterial strains consistently found depleted in UC patients use plant food-originated dietary fiber producing short chain fatty acids to maintain epithelial integrity. These bacteria also use mucus layer mucin to keep gut microbiota diversity. These studies partly explain the association between dietary modification of gut microbiota in UC development. Further human intervention trials are required to allow the use of specific bacterial strains in the management of UC.
Gut dysbiosis is one of prominent features in inflammatory bowel diseases (IBDs) which are of an unknown etiology. Although the cause-and-effect relationship between IBD and gut dysbiosis remains to be elucidated, one area of research has focused on the management of IBD by modulating and correcting gut dysbiosis. The use of antibiotics, probiotics either with or without prebiotics, and fecal microbiota transplantation from healthy donors are representative methods for modulating the intestinal microbiota ecosystem. The gut microbiota is not a simple assembly of bacteria, fungi, and viruses, but a complex organ-like community system composed of numerous kinds of microorganisms. Thus, studies on specific changes in the gut microbiota depending on which treatment option is applied are very limited. Here, we review previous studies on microbial modulation as a therapeutic option for IBD and its significance in the pathogenesis of IBD.
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