Dietary fiber is an inevitable component in pig diets. In non-ruminants, it may influence many physiological processes in the gastrointestinal tract (GIT) such as transit time as well as nutrient digestion and absorption. Moreover, dietary fiber is also the main substrate of intestinal bacteria. The bacterial community structure is largely susceptible to changes in the fiber content of a pig's diet. Indeed, bacterial composition in the lower GIT will adapt to the supply of high levels of dietary fiber by increased growth of bacteria with cellulolytic, pectinolytic and hemicellulolytic activities such as Ruminococcus spp., Bacteroides spp. and Clostridium spp. Furthermore, there is growing evidence for growth promotion of beneficial bacteria, such as lactobacilli and bifidobacteria, by certain types of dietary fiber in the small intestine of pigs. Studies in rats have shown that both phosphorus (P) and calcium (Ca) play an important role in the fermentative activity and growth of the intestinal microbiota. This can be attributed to the significance of P for the bacterial cell metabolism and to the buffering functions of Ca-phosphate in intestinal digesta. Moreover, under P deficient conditions, ruminal NDF degradation as well as VFA and bacterial ATP production are reduced. Similar studies in pigs are scarce but there is some evidence that dietary fiber may influence the ileal and fecal P digestibility as well as P disappearance in the large intestine, probably due to microbial P requirement for fermentation. On the other hand, fermentation of dietary fiber may improve the availability of minerals such as P and Ca which can be subsequently absorbed and/or utilized by the microbiota of the pig's large intestine.
Since the development of the next generation sequencing (NGS) technology, 16S rRNA gene sequencing has become a major tool for microbial community analysis. Recently, human microbiome project (HMP) has been completed to identify microbes associated with human health and diseases. HMP achieved characterization of several diseases caused by bacteria, especially the ones in human gut. While human intestinal bacteria have been well characterized, little have been studied about other animal intestinal bacteria. In this study, we surveyed diversity of livestock animal fecal microbiota and discuss importance of studying fecal microbiota. Here, we report the initiation of the fecal microbiome project in South Korea.
Salmonella enterica serovar Typhimurium isolate HJL777 is a virulent bacterial strain in pigs. The high rate of salmonella infection are at high risk of non-typhoidal salmonella gastroenteritis development. Salmonellosis is most common in young pigs. We investigated changes in gut microbiota and biological function in piglets infected with salmonella via analysis of rectal fecal metagenome and intestinal transcriptome using 16S rRNA and RNA sequencing. We identified a decrease in Bacteroides and increase in harmful bacteria such as Spirochaetes and Proteobacteria by microbial community analysis. We predicted that reduction of Bacteroides by salmonella infection causes proliferation of salmonella and harmful bacteria that can cause an intestinal inflammatory response. Functional profiling of microbial communities in piglets with salmonella infection showed increasing lipid metabolism associated with proliferation of harmful bacteria and inflammatory responses. Transcriptome analysis identified 31 differentially expressed genes. Using gene ontology and Innate Immune Database analysis, we identified that BGN, DCN, ZFPM2 and BPI genes were involved in extracellular and immune mechanisms, specifically salmonella adhesion to host cells and inflammatory responses during infection. We confirmed alterations in gut microbiota and biological function during salmonella infection in piglets. Our findings will help prevent disease and improve productivity in the swine industry.
Fermented foods have been recognized as functional foods that provide health benefits, including the modulation of intestinal microbiota. Therefore, the aim of the present study was to examine the effects of coffee beans fermented with Lactobacillus plantarum and Bacillus amyloliquefaciens on healthy human gut microbiota. Fermentation increased the content of beneficial substances (i.e., flavonoids and polyphenols). The consumption of fermented coffee increased the occurrence of beneficial microorganisms such as fiber degraders and short-chain fatty acid producers, although no significant microbiota shifts were observed after the coffee consumption. The analysis of metabolic activities also showed no difference after the coffee consumption. Our study demonstrates that the consumption of the fermented coffee may increase some beneficial bacterial while remaining the gut microbiota and its activities.
This study was conducted to evaluate effects of dietary microbial probiotics on the growth and disease resistance of olive flounder (Paralichthys olivaceus) in a recirculating aquaculture system (RAS), and the effects of the probiotic bioaugmentation on the microbial community structure and water quality. For the analysis, 80 juvenile fish (average weight, $25.7{\pm}7.6g$; average length, $15.2{\pm}1.7cm$) were fed a basal diet containing a commercial microbial product CES-AQ1 (CES; $1{\times}10^9\;CFU/kg$ diet) in an RAS for 8 weeks. Weight gain, the specific growth rate, feed efficiency, and protein efficiency ratio of the fish fed the CES diet in the RAS were 1.5~2.5 times higher than those of fish fed the basal diet alone, or the basal diet containing oxytetracycline (OTC), yeast plus bacterium, or Bacillus subtilis in a still water system. There was no significant difference in the pathogen challenge test between fish fed the OTC diet and fish fed the CES diet in the RAS, suggesting the CES-AQ1 probiotic used in the RAS as a potential replacement for antibiotics. The RAS biofilter maintained the highest microbial diversity and appeared to harbor microbial communities with ammonium oxidation, denitrification, and fish pathogen suppression functions. Ammonia, which is hazardous to fish, was significantly decreased to < 0.5 mg/L in 19 days, indicating the effectiveness of probiotic supplementation to maintain good water quality in RAS. These results suggest that the intestinal microbial communities of fish are stabilized by a probiotic-containing diet (CES) and that bioaugmentation with probiotics may be an eco-friendly and economical supplement for aquaculture of olive flounder, promoting both good water quality and fish health in an RAS.
Pyrosequencing analysis of intestinal microflora from healthy Thai vegetarians and non-vegetarians exhibited 893 OTUs covering 189 species. The strong species indicators of vegetarians and non-vegetarians were Prevotella copri and Bacteroides vulgatus as well as bacteria close to Escherichia hermanii with % relative abundance of 16.9 and 4.5-4.7, respectively. Core gut microbiota of the vegetarian and non-vegetarian groups consisted of 11 and 20 different bacterial species, respectively, belonging to Actinobacteria, Firmicutes, and Proteobacteria commonly found in both groups. Two species, Faecalibacterium prausnitzii and Gemmiger formicilis, had a prevalence of 100% in both groups. Three species, Clostridium nexile, Eubacterium eligens, and P. copri, showed up in most vegetarians, whereas more diversity of Collinsella aerofaciens, Ruminococcus torques, various species of Bacteroides, Parabacteroides, Escherichia, and different species of Clostridium and Eubacterium were found in most non-vegetarians. Considering the correlation of personal characters, consumption behavior, and microbial groups, the age of non-vegetarians showed a strong positive correlation coefficient of 0.54 (p = 0.001) to Bacteroides uniformis but exhibited a moderate one to Alistipes finegoldii and B. vulgatus. Only a positive moderate correlation of body mass index and Parabacteroides distasonis appeared. Based on the significant abundance of potential pathogens, the microbiota of the non-vegetarian group showed an abundance of potential pathogen varieties of Bilophila wadsworthia, Escherichia coli, and E. hermannii, whereas that of the vegetarian group served for only Klebsiella pneumoniae. These results implied that the microbiota of vegetarians with high abundance of P. copri and low potential pathogen variety would be a way to maintain good health in Thais.
Effects of Dasom Valley and Bora Valley on fecal microflora, fecal moisture, and fecal pH of twelve healthy human volunteers were investigated. Numbers of Bifidobacterium, Clostridium perfringens, Escherichia coli, and Lactobacillus of control group were $9.24{\pm}0.63$, $4.44{\pm}1.21$, $7.75{\pm}0.38$, and $6.98{\pm}0.81$ (Log CFU/g wet feces), respectively. During administration of Dasom Valley, numbers of Bifidobacterium and Lactobacillus were $10.70{\pm}0.44$ and $8.84{\pm}0.77$, whereas those of C. perfringens and E. coli were $2.96{\pm}1.50$ and $6.69{\pm}0.29$, respectively. Administration of Dasom Valley significantly increased growth responses of beneficial bacteria, Bifidobacterium and Lactobacillus, whereas those of harmful bacteria, C. perfringens and E. coli, significantly decreased. Moisture content of feces increased and fecal pH decreased with intake of Dasom Valley. Intake of Bora Valley slightly increased numbers of Bifidbacterium and Lactobacillus and slightly decreased those of C. perfringens and E. coli. Results indicate Dasom Valley has greater intestinal-modulating effect than Bora Valley and Atlantic. Daily intake of Dasom Valley may normalize disturbed physiological functions, resulting in improvement of growth and composition of microbial community within intestinal tract.
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.
Kim, Kyeong Soon;Shin, Jung;Sim, JiSoo;Yeon, SuJi;Lee, Pyeong An;Chung, Moon Gyu
Korean Journal of Microbiology
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v.55
no.3
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pp.268-273
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2019
The intestinal microbiomes vary according to the factors such environment, age and diet. The purpose of this study was to compare the gut microbial diversity between Korean infants receiving breast-fed milk and formula-fed milk. We analyzed microbial communities in stool samples collected from 80 Korean infants using next generation sequencing. Phylum level analysis revealed that microbial communities in both breast-fed infants group (BIG) was dominated by Actinobacteria ($74.22{\pm}3.48%$). Interestingly, the phylum Actinobacteria was dominant in formula-fed infants group A (FIG-A) at $73.46{\pm}4.12%$, but the proportions of phylum Actinobacteria were lower in formulafed infants group B and C (FIG-B and FIG-C) at $66.52{\pm}5.80%$ and $68.88{\pm}4.33%$. The most abundant genus in the BIG, FIG-A, FIG-B, and FIG-C was Bifidobacterium, comprising $73.09{\pm}2.31%$, $72.25{\pm}4.93%$, $63.81{\pm}6.05%$, and $67.42{\pm}5.36%$ of the total bacteria. Furthermore, the dominant bifidobacterial species detected in BIG and FIG-A was Bifidobacterium longum at $68.77{\pm}6.07%$ and $66.85{\pm}4.99%$ of the total bacteria. In contrast, the proportions of B. longum of FIG-B and FIG-C were $58.94{\pm}6.20%$ and $61.86{\pm}5.31%$ of the total bacteria. FIG-A showed a community similar to BIG, which may be due to the inclusion of galactooligosaccharide, galactosyllactose, synergy-oligosaccharide, bifidooligo and improvement material of gut microbiota contained in formula-milk. We conclude that 5-Bifidus factor contained in milk powder promotes the growth of Bifidobacterium genus in the intestines.
This study was conducted to investigate the effects of Acanthopanax senticosus extract (ASE) as a dietary additive on gut microflora in weaned piglets. A total of sixty pigs were weaned at 21 d of age (BW = $5.64{\pm}0.23kg$) and allocated on the basis of BW and litter to three dietary treatments in a randomized complete block design. The dietary treatments were: control group (basal diet), antibiotics group (basal diet+0.02% colistin), and ASE group (basal diet+0.1% ASE). On d 7, 14 and 28 after consuming the experimental diets, five piglets per group were sacrificed and then the contents from the jejunum, ileum and cecum were collected to determine changes in the microbial community by using a polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) technique and estimating the contents of Lactobacillus and E. coli by in vitro culturing methods. The results showed that the ASE promoted the microflora diversity in the cecum. Enumeration of bacteria in the gut contents showed that the number of Lactobacillus increased (p<0.05), while that of E. coli decreased (p<0.05) when compared with the other 2 groups as the days of age progressed post-weaning. These findings suggested that the ASE, as a substitute for dietary antimicrobial products, could improve the development of the normal gut microflora and suppress bacterial pathogens, and effectively promote a healthy intestinal environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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