Branched-chain hydroxy acids (BCHAs), produced by lactic acid bacteria, have recently been suggested as bioactive compounds contributing to the systemic metabolism and modulation of the gut microbiome. However, the relationship between BCHAs and gut microbiome remains unclear. In this study, we investigated the effects of BCHAs on the growth of seven different families in the gut microbiota. Based on in vitro screening, both 2-hydroxyisovaleric acid (HIVA) and 2-hydroxyisocaproic acid (HICA) stimulated the growth of Lactobacillaceae and Bifidobacteriaceae, with HIVA showing a significant growth promotion. Additionally, we observed not only the growth promotion of probiotic Lactobacillaceae strains but also growth inhibition of pathogenic B. fragilis in a dose-dependent manner. The production of HIVA and HICA varied depending on the family of the gut microbiota and was relatively high in case of Lactobacillaceae and Lachnosporaceae. Furthermore, HIVA and HICA production by each strain positively correlated with their growth variation. These results demonstrated gut microbiota-derived BCHAs as active metabolites that have bacterial growth modulatory effects. We suggest that BCHAs can be utilized as active metabolites, potentially contributing to the treatment of diseases associated with gut dysbiosis.
Peifan Li;Tong Tong;Yusong Wu;Xin Zhou;Michael Zhang;Jia Liu;Yongxin She;Zuming Li;Yongli Li
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.12
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pp.1657-1670
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2023
This study aimed to evaluate the effects of Limosilactobacillus fermentum and Lactiplantibacillus plantarum isolated from human feces coordinating with inulin on the composition of gut microbiota and metabolic profiles in db/db mice. These supplements were administered to db/db mice for 12 weeks. The results showed that the Lactobacillaceae coordinating with inulin group (LI) exhibited lower fasting blood glucose levels than the model control group (MC). Additionally, LI was found to enhance colon tissue and increase the levels of short-chain fatty acids. 16S rRNA sequencing revealed that the abundance of Corynebacterium and Proteus, which were significantly increased in the MC group compared with NC group, were significantly decreased by the treatment of LI that also restored the key genera of the Lachnospiraceae_NK4A136_group, Lachnoclostridium, Ruminococcus_gnavus_group, Desulfovibrio, and Lachnospiraceae_UCG-006. Untargeted metabolomics analysis showed that lotaustralin, 5-hydroxyindoleacetic acid, and 13(S)-HpODE were increased while L-phenylalanine and L-tryptophan were decreased in the MC group compared with the NC group. However, the intervention of LI reversed the levels of these metabolites in the intestine. Correlation analysis revealed that Lachnoclostridium and Ruminococcus_gnavus_group were negatively correlated with 5-hydroxyindoleacetic acid and 13(S)-HpODE, but positively correlated with L-tryptophan. 13(S)-HpODE was involved in the "linoleic acid metabolism". L-tryptophan and 5-hydroxyindoleacetic acid were involved in "tryptophan metabolism" and "serotonergic synapse". These findings suggest that LI may alleviate type 2 diabetes symptoms by modulating the abundance of Ruminococcus_gnavus_group and Lachnoclostridium to regulate the pathways of "linoleic acid metabolism", "serotonergic synapse", and" tryptophan metabolism". Our results provide new insights into prevention and treatment of type 2 diabetes.
Ji Seung Han;Jae Yeon Joung;Hyung Wook Kim;Jin Hwan Kim;Hyo Su Choi;Hyun Jin Bae;Ji Hun Jang;Nam Su Oh
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.11
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pp.1475-1483
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2023
This study aimed to evaluate the cholesterol-lowering and antioxidant activities of soymilk fermented with probiotic Lactobacillaceae strains and to investigate the production of related bioactive compounds. Lactiplantibacillus plantarum KML06 (KML06) was selected for the fermentation of soymilk because it has the highest antioxidant, cholesterol-lowering, and β-glucosidase activities among the 10 Lactobacillaceae strains isolated from kimchi. The genomic information of strain KML06 was analyzed. Moreover, soymilk fermented with KML06 was evaluated for growth kinetics, metabolism, and functional characteristics during the fermentation period. The number of viable cells, which was similar to the results of radical scavenging activities and cholesterol assimilation, as well as the amount of soy isoflavone aglycones, daidzein, and genistein, was the highest at 12 h of fermentation. These results indicate that soymilk fermented with KML06 can prevent oxidative stress and cholesterol-related problems through the production of soy isoflavone aglycones.
Yunjeong Noh;Gwangsu Ha;Jinwon Kim;Soo-Young Lee;Do-Youn Jeong;Hee-Jong Yang
Journal of Life Science
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v.33
no.1
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pp.25-33
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2023
The fermentation process of kimchi, which is a traditional Korean food, influences the resulting compo- sition of microorganisms, such as the genera Leuconostoc, Weissella, and Lactobacillus. In addition, several factors, including the type of kimchi, fermentation conditions, materials, and ingredients, can influence the distribution of the kimchi microbial community. In this study, next-generation sequencing (NGS) of kimchi samples obtained from central (Gangwon-do and Gyeonggi-do) and southern (Jeolla-do and Gyeongsang-do) regions in Korea was performed, and the microbial communities in samples from the two regions were compared. Good's coverage prediction for all samples was higher than 99%, indicating that there was sufficient reliability for comparative analysis. However, in a α -diversity analysis, there was no significant difference in species richness and diversity between samples. The Firmicutes phylum was common in both regions. At the species level, Weissella kandleri dominated in central (46.5%) and southern (30.8%) regions. Linear discriminant analysis effect size (LEfSe) analysis was performed to identify biomarkers representing the microbial community in each region. The LEfSe results pointed to statistically significant differences between the two regions in community composition, with Leuconostocaceae (71.4%) dominating in the central region and Lactobacillaceae (61.0%) dominating in the southern region. Based on these results, it can be concluded that the microbial communities of kimchi are significantly influenced by regional properties and that it can provide more useful scientific data to study the relationship between regional characteristics of kimchi and their microbial distribution.
Ho Jin Jeong;Gwangsu Ha;Ranhee Lee;Do-Youn Jeong;Hee-Jong Yang
Journal of Life Science
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v.34
no.7
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pp.453-464
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2024
The fermentation of ganjang is known to be greatly influenced by the microbial communities derived from its primary ingredients, meju and sea salt. This study investigated the effects of changes in meju size on the distribution and correlation of microbial communities in ganjang fermentation, to enhance its fermentation process. Ganjang was prepared using whole meju and meju divided into thirds, and samples were collected at 7-day intervals over a period of 28 days for microbial community analysis based on 16S rRNA gene sequencing. At the genus level, during fermentation, ganjang made with whole meju exhibited a dominance of Chromohalobacter (day 7), Pediococcus (day 14), Bacillus (day 21), and Pediococcus (day 28), whereas ganjang made with meju divided into thirds consistently showed a Pediococcus predominance over the 28 days. Beta-diversity analysis of microbial communities in ganjang with different meju sizes revealed significant separation of microbial communities at fermentation days 7 and 14 but not at days 21 and 28 across all experimental groups. The linear discriminant analysis effect size (LEfSe) was determined to identify biomarkers contributing to microbial community differences at days 7 and 14, showing that on day 7, potentially halophilic microbes such as Gammaproteobacteria, Firmicutes, Oceanospirillales, Halomonadaceae, Bacilli, and Chromohalobacter were prominent, whereas on day 14, lactic acid bacteria such as Pediococcus acidilactici, Lactobacillaceae, Pediococcus, Bacilli, Leuconostocaceae, and Weissella were predominant. Furthermore, correlation analysis of microbial communities at the genus and species levels revealed differences in correlation patterns between meju sizes, suggesting that meju size may influence microbial interactions within ganjang.
Baek, Min-gyung;Kim, Wonyong;Cha, Chang-Jun;Joh, Kiseong;Kim, Seung-Bum;Kim, Myung Kyum;Seong, Chi-Nam;Yi, Hana
Journal of Species Research
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v.8
no.4
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pp.337-350
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2019
In an investigation of indigenous prokaryotic species in Korea, a total of 35 bacterial strains assigned to the phylum Firmicutes were isolated from diverse habitats including natural and artificial environments. Based on their high 16S rRNA gene sequence similarity (>98.7%) and formation of robust phylogenetic clades with species of validly published names, the isolates were identified as 35 species belonging to the orders Bacillales (the family Bacillaceae, Paenibacillaceae, Planococcaceae, and Staphylococcaceae) and Lactobacillales (Aerococcaceae, Enterococcaceae, Lactobacillaceae, Leuconostocaceae, and Streptococcaceae). Since these 35 species in Korean environments has not been reported in any official report, we identified them as unrecorded bacterial species and investigated them taxonomically. The newly found unrecorded species belong to 20 species in the order Bacillales and 15 species in the order Lactobacillales. The morphological, cultural, physiological, and biochemical properties of the isolates were examined and the descriptive information of the 35 previously unrecorded species is provided here.
Hwan Hee Yu;Sung Hun Yi;Sang-Dong Lim;Sang-Pil Hong
Food Science of Animal Resources
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v.43
no.3
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pp.441-453
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2023
The objective of this study was to investigate the physicochemical and microbiological characteristics of round of Hanwoo by vacuum packaging film materials, polyvinylidene chloride (PVDC) and ethylene vinyl alcohol (EVOH). The packaged beef samples were stored in refrigerated conditions (2±1℃) for 12 weeks. Physicochemical analysis with pH, surface color, thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) values, and volatile basic nitrogen (VBN) values and microbiological analysis with aerobic plate count (APC) and metagenomic analysis of packaged beef samples were performed. The pH and surface color did not change substantially during the 12 weeks and EVOH-packaged beef tended to be lower than those of PVDC-packaged beef. PVDC- and EVOH-packaged samples showed low TBARS and VBN values below standard limits. APC did not exceed 7 Log CFU/g for both samples during storage. In metagenomic analysis, Firmicutes and Lactobacillaceae were dominant phylum and family of the PVDC- and EVOH-packaged beef. In both packaged samples, Dellaglioa algida was the dominant species during storage, with the notable difference being the presence of Lactococcus piscium. Therefore, this study provided the information on the quality of vacuum-packaged beef according to different vacuum films for long-term refrigerated storage.
The western honeybee Apis mellifera L., a vital crop pollinator and producer of honey and royal jelly, faces numerous threats including diseases, chemicals, and mite infestations, causing widespread concern. While extensive research has explored the link between gut microbiota and their hosts. However, the impact of Varroa destructor infestation remains understudied. In this study, we employed massive parallel amplicon sequencing assays to examine the diversity and structure of gut microbial communities in adult bee groups, comparing healthy (NG) and Varroa-infested (VG) samples. Additionally, we analyzed Varroa-infested hives to assess the whole body of larvae. Our results indicated a notable prevalence of the genus Bombella in larvae and the genera Gillamella, unidentified Lactobacillaceae, and Snodgrassella in adult bees. However, no statistically significant difference was observed between NG and VG. Furthermore, our PICRUSt analysis demonstrated distinct KEGG classification patterns between larval and adult bee groups, with larvae displaying a higher abundance of genes involved in cofactor and vitamin production. Notably, despite the complex nature of the honeybee bacterial community, methanogens were found to be present in low abundance in the honeybee microbiota.
Park, Sun-Young;Cho, Seong-A;Lee, Myung-Ki;Lim, Sang-Dong
Food Science of Animal Resources
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v.35
no.2
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pp.171-178
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2015
This study aimed to investigate the effects of Lactobacillus plantarum FH185 on the reduction of adipocyte size and gut microbial changes in mice with diet-induced obesity. The strain was found to have a lipase inhibitory activity of 70.09±2.04% and inhibited adipocyte differentiation of 3T3-L1 cells (18.63±0.98%) at a concentration of 100 µg/mL. To examine the effect of the strain supplementation on gut microbial changes in mice with diet-induced obesity, male C57BL/6J mice were fed on four different diets (i.e., A, normal diet (ND); B, high-fat diet (HFD); C, HFD with ABT-3 (109 CFU/day); and D, HFD with L. plantarum FH185 (109 CFU/day)) for 6 wk. According to the results of fecal pyrosequencing, the ratio of Firmicutes to Bacteroidetes in groups C and D was lower than in the control groups at the phylum level. At the family level, Lactobacillaceae in groups C and D was observed to dominate, while Lachnospiraceae in groups A and B was observed to dominate. At the genus level, Lactobacillus in groups C and D was comparatively higher than in groups A and B. To examine the effects of strain supplementation on the reduction of adipocyte size, the left and right epididymal fat pads were quickly isolated after the animals were sacrificed, and the adipocyte sizes were measured. In groups A, C and D, the percentage of 2,000 m2 of adipocyte was higher than in the other size of adipocyte, while the percentage of over 5,000 m2 of adipocyte was highest in group B. The mean adipocyte size of group D was significantly larger than that of group A, but smaller than that of group B.
Objective: This study assessed the effects of probiotics on cecal microbiota, gene expression of intestinal tight junction proteins, and immune response in the cecal tonsil of broiler chickens challenged with Salmonella enterica subsp. enterica. Methods: One-day-old broiler chickens (n = 240) were randomly allocated to four treatments: negative control (Cont), multi-strain probiotic-treated group (Pro), Salmonella-infected group (Sal), and multi-strain probiotic-treated and Salmonella-infected group (ProSal). All chickens except those in the Cont and Pro groups were gavaged with 1×108 cfu/mL of S. enterica subsp. enterica 4 days after hatching. Results: Our results indicated that body weight, weight gain, and feed conversion ratio of birds were significantly reduced (p<0.05) by Salmonella challenge. Chickens challenged with Salmonella decreased cecal microbial diversity. Chickens in the Sal group exhibited abundant Proteobacteria than those in the Cont, Pro, and ProSal groups. Salmonella infection downregulated gene expression of Occludin, zonula occludens-1 (ZO1), and Mucin 2 in the jejunum and Occludin and Claudin in the ileum. Moreover, the Sal group increased gene expression of interferon-γ (IFN-γ), interleukin-6 (IL-6), IL-1β, and lipopolysaccharide-induced tumor necrosis factor-alpha factor (LITAF) and reduced levels of transforming growth factor-β4 and IL-10 compared with the other groups (p<0.05). However, chickens receiving probiotic diets increased Lactobacillaceae abundance and reduced Enterobacteriaceae abundance in the ceca. Moreover, supplementation with probiotics increased the mRNA expression of Occludin, ZO1, and Mucin 2 in the ileum (p<0.05). In addition, probiotic supplementation downregulated the mRNA levels of IFN-γ (p<0.05) and LITAF (p = 0.075) and upregulated IL-10 (p = 0.084) expression in the cecal tonsil. Conclusion: The administration of multi-strain probiotics modulated intestinal microbiota, gene expression of tight junction proteins, and immunomodulatory activity in broiler chickens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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