In this study, protein domains with cellulase activity in goat rumen microbes were investigated using metagenomic and bioinformatic analyses. After the complete genome of goat rumen microbes was obtained using a shotgun sequencing method, 217,892,109 pair reads were filtered, including only those with 70% identity, 100-bp matches, and thresholds below $E^{-10}$ using METAIDBA. These filtered contigs were assembled and annotated using blastN against the NCBI nucleotide database. As a result, a microbial community structure with 1431 species was analyzed, among which Prevotella ruminicola 23 bacteria and Butyrivibrio proteoclasticus B316 were the dominant groups. In parallel, 201 sequences related with cellulase activities (EC.3.2.1.4) were obtained through blast searches using the enzyme.dat file provided by the NCBI database. After translating the nucleotide sequence into a protein sequence using Interproscan, 28 protein domains with cellulase activity were identified using the HMMER package with threshold E values below $10^{-5}$. Cellulase activity protein domain profiling showed that the major protein domains such as lipase GDSL, cellulase, and Glyco hydro 10 were present in bacterial species with strong cellulase activities. Furthermore, correlation plots clearly displayed the strong positive correlation between some protein domain groups, which was indicative of microbial adaption in the goat rumen based on feeding habits. This is the first metagenomic analysis of cellulase activity protein domains using bioinformatics from the goat rumen.
Background: Smoking exerts an adverse effect on the periodontal tissue by reorganizing the ecosystem of oral microorganisms and is considered to be an important factor in the development of periodontal disease. Although cross-sectional studies on smokers and non-smokers have been attempted to investigate the microbial differences in periodontal oral cavity, only few studies have been conducted to investigate the changes in oral microorganisms during smoking cessation. The purpose of this study was to investigate the changes of bacteria in saliva and gingival crevicular fluid (GCF) over a period of one year among 11 smokers trying to quit smoking. Methods: Eleven smokers trying to quit smoking visited the clinic at baseline, two weeks, two months, four months, six months, and 12 months to give saliva and GCF samples. The amounts of 16S rRNA, Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola, Prevotella intermedia, Fusobacterium nucleatum subsp. nucleatum, Streptococcus mutans, and Streptococcus sobrinus in saliva and GCF were quantified using real-time polymerase chain reaction TaqMan probe assay. The results were analyzed by nonparametric statistical analysis using Friedman test and Spearman correlation coefficient. Results: After cessation of smoking, the amounts of 16S rRNA corresponding to P. gingivalis, F. nucleatum, P. intermedia, and T. denticola in saliva decreased and then again increased significantly. The amount of F. nucleatum 16S rRNA in GCF decreased significantly after smoking cessation. Positive correlations were observed between 16S rRNA and F. nucleatum and between F. nucleatum and T. denticola in saliva and GCF. Conclusion: Even if the number of subjects in this study was small, we suggest that smoking cessation may reduce the total bacterial amount and F. nucleatum in GCF. However, the results regarding changes in the microbial ecosystem due to smoking or smoking cessation were inconsistent. Therefore, further in-depth studies need to be carried out.
Purpose: Few studies have examined periodontal pathogens from saliva samples in periodontally healthy young adults. The purposes of this study were to determine the prevalence of periodontopathic bacteria and to quantify periodontal pathogens in saliva samples using real-time polymerase chain reaction (PCR) assays in periodontally healthy Korean young adults under 35 years of age. Methods: Nine major periodontal pathogens were analyzed by real-time PCR in saliva from 94 periodontally healthy young adults. Quantification of Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola, Prevotella intermedia, Fusobacterium nucleatum, Campylobacter rectus, Peptostreptococcus anaerobius, and Eikenella corrodens was performed by DNA copy number measurement. Results: F. nucleatum and E. corrodens were detected in all subjects; the numbers of positive samples were 87 (92.6%), 91 (96.8%), and 90 (95.7%) for P. gingivalis, P. anaerobius, and C. rectus, respectively. Other pathogens were also detected in periodontally healthy subjects. Analysis of DNA copy numbers revealed that the most abundant periodontal pathogen was F. nucleatum, which was significantly more prevalent than all other bacteria (P<0.001), followed by P. anaerobius, P. gingivalis, E. corrodens, C. rectus, and T. denticola. There was no significant difference in the prevalence of each bacterium between men and women. The DNA copy number of total bacteria was significantly higher in men than in women. Conclusions: Major periodontal pathogens were prevalent in the saliva of periodontally healthy Korean young adults. Therefore, we suggest that the development of periodontal disease should not be overlooked in periodontally healthy young people, as it can arise due to periodontal pathogen imbalance and host susceptibility.
P. intermedia are considered an important pathogen in adult periodontitis, rapidly progressing periodontitis, refractory periodontitis, pregnancy gingivitis, acute necrotizing ulcerative gingivitis, pubertal gingivitis. So far 2 DNA homology groups and 3 serotypes of P. intermedia have been reported but there is no data available as yet regarding genetic diversity for the species P. intermedia. The purpose of this study is to investigate, using bacterial DNA restriction endonuclease analysis, genetic diversity between individual strains of P. intermedia which are indistinguishable by serotyping and biotyping, occurrence of an intrafamilial transmission and genetic heterogeneity between P. intermedia strains isolated within a patient and within the same serotypes. The families who have had no systemic disease, no experience of periodontal treatment for the previous 1 year and no experience of antibiotics for the previous 6 months were selected and subgingival plaque was collected at 4 sites in each person and incubated in the anaerobic chamber. P. intermedia were identified by colony shape, gram stain, biochemical test, SK-I03(Sunstar Inc.) test and IIF using monoclonal antibody was perfomed for the determination of serotypes. P. intermedia strains were grown in BHI broth and whole genomic DNA was extracted and digested by restriction endonuclease. The resulting DNA fragments were separated by agarose gel electrophoresis, stained and photographed under UV. As the results of this study, intrafamilial vertial transmissions could be assessed in 2 families and horizintal transmissions in another 2 families. There were different DNA digest patterns within a patient, so P. intermedia showed that individuals could be colonized by multiple clonal types at anyone time. And different serotypes could be found within a patient and in the same serotype within a patient, obvius genetic heterogeneity could not be assessed. But in the same serotype in different famies, there were differences in the DNA digest patterns.
Four Luxi beef cattle ($400{\pm}10$ kg) fitted with ruminal, duodenal and ileal cannulas were used in a $4{\times}4$ Latin square to assess the effects of soybean small peptide (SSP) infusion on rumen fermentation, diet digestion and flow of nutrient in the gastrointestinal tract. The ruminal infusion of SSP was 0 (control), 100, 200 and 300 g/d. Ruminal SSP infusion linearly (p<0.01) and quadratically (p<0.01) increased microbial protein synthesis and rumen ammonia-N concentration. Concentrations of total volatile fatty acid were linearly increased (p = 0.029) by infusion SSP. Rumen samples were obtained for analysis of microbial ecology by real-time PCR. Populations of rumen Butyrivibrio fibrisolvens, Streptococcus bovis, Ciliate protozoa, Ruminococcus flavefaciens, and Prevotella ruminicola were expressed as a proportion of total Rumen bacterial 16S ribosomal deoxyribonucleic acid (rDNA). Butyrivibrio fibrisolvens populations which related to total bacterial 16S rDNA were increased (p<0.05), while Streptococcus bovis populations were linearly (p = 0.049) and quadratically (p = 0.020) decreased by infusion of SSP. Apparent rumen digestibility of DM and NDF were (Q, p<0.05; L, p<0.05) increased with infusion SSP. Total tract digestion of DM, OM and NDF were linearly (p<0.01) and quadratically (p<0.01) increased by infusing SSP. The flow of total amino acids (AA), essential amino acids (EAA) and individual amino acids were linearly (p<0.01) and quadratically (p<0.01) increased with infusion SSP. The digestibility of Lysine was quadratically (p = 0.033) increased and apparent degradability of Arginine was linearly (p = 0.032) and quadratically (p = 0.042) increased with infusion SSP. The results indicated that infusion SSP could improve nutrient digestion, ruminal fermentation and AA availability.
Effect of a surfactant Tween 80 on the bacterial growth in the rumen was examined on the in vitro pure cultures of Streptococcus bovis, Selenomonas ruminantium, Butyrivibrio fibrisolvens, Prevotella ruminicola, Megasphaera elsidenni, Fibrobacta succinogenes, Ruminanococcus albus and Ruminococcus flavefaciens. Dry matter degradability (DMD), concentrations and compositions of volatile fatty acids (VFA), and the most probable number (MPN) of cellulolytic bacteria and total number of bacteria in the presence of Tween 80 were also examined on the in vitro rumen mixed culture either with barley grain or orchardgrass hay. The growth of S. bovis, S. ruminantium, B. fibrisolvens, P. ruminicola, M. elsidenni and F. succinogenes were significantly higher (p<0.05) at over 0.05% concentrations of Tween 80 than those of the control cultures, while was not changed with R. albus and R. flavefaciens. With rumen mixed culture the DMD of barley grain and orchardgrass hay was significantly higher (p<0.05) at a 0.2% concentration of Tween 80 than the control, being reflected in the significantly higher (p<0.05) VFA production (mmol $g^{-1}$DDM) with orchardgrass hay. The higher (p<0.05) ratio of propionate to acetate at a 0.2% concentration of Tween 80 was also observed with orchardgrass hay, showing a similar trend with barley grain. No changes in the total bacterial number and MPN of cellulolytic bacteria were observed.
Objective: This experiment was conducted to explore the impact of diet on the ruminal microbial community in goats. Methods: Twelve goats were divided into two groups and fed complete feed (CF) or all forage (AF) diet. The total microbial DNAs in the rumen liquid were extracted. The V4 region of microbial 16S rRNA genes was amplified and sequenced using high-throughput. Information of sequences was mainly analyzed by QIIME 1.8.0. Results: The results showed that Bacteroidetes and Firmicutes were the most predominant microbial phyla in the rumen of all goats. At genus level, the abundance of fiber-digesting bacteria such as Ruminococcus and Lachnospiracea incertae sedis was significantly higher in AF than that in CF, while the levels of fat-degrading bacterium Anaerovibrio and protein-degrading bacterium Pseudomonas were opposite. The core shared genera, Prevotella and Butyrivibrio were widespread in the rumen of goats and no significant difference was observed in relative abundance between groups. Conclusion: We concluded that the richness of fiber-, protein-, and fat-digesting bacteria was affected by diet and tended to increase with the rise of their corresponding substrate contents in the ration; some bacteria shared by all goats maintained stable despite the difference in the ration, and they might be essential in maintaining the normal function of rumen.
Objective: Manipulating the fermentation to improve the performance of the ruminant has attracted the attention of both farmers and animal scientists. Propionate salt supplementation in the diet could disturb the concentration of propionate and total volatile fatty acids in the rumen. This study was conducted to evaluate the effect of calcium propionate supplementation on the ruminal bacterial community composition in finishing bulls. Methods: Eight finishing bulls were randomly assigned to control group (CONT) and calcium propionate supplementation (PROP) feeding group, with four head per group. The control group was fed normal the total mixed ration (TMR) finishing diet, and PROP group was fed TMR supplemented with 200 g/d calcium propionate. At the end of the 51-day feeding trial, all bulls were slaughtered and rumen fluid was collected from each of the animals. Results: Propionate supplementation had no influence the rumen fermentation parameters (p>0.05). Ruminal bacterial community composition was analyzed by sequencing of hypervariable V3 regions of the 16S rRNA gene. The most abundant phyla were the Firmicutes (60.68%) and Bacteroidetes (23.67%), followed by Tenericutes (4.95%) and TM7 (3.39%). The predominant genera included Succiniclasticum (9.43%), Butyrivibrio (3.74%), Ruminococcus (3.46%) and Prevotella (2.86%). Bacterial community composition in the two groups were highly similar, except the abundance of Tenericutes declined along with the calcium propionate supplementation (p = 0.0078). Conclusion: These data suggest that the ruminal bacterial community composition is nearly unchanged by propionate supplementation in finishing bulls.
Objectives: The purpose of this study was to compare colony forming unit (CFU) method and multiplex real-time polymerase chain reaction (MRT-PCR) method for accurate quantitative analysis of bacteria. Methods: We compared the CFU method and the MRT-PCR method, which are still used in Korea, for Prevotella intermedius (P. intermedius), a periodontal disease pathogen selected by MRT-PCR, and Streptococcus mutans (S. mutans), a dental caries causative organism. The subjects of this study were 30 patients who visited the C dental hospital. Results: Total microorganisms in MRT-PCR method were significantly higher in both types of bacteria (p<0.05), since DNA of dead bacteria was also analyzed. This was because the periodontal dise(-) anaerobes, and even dead bacteria contain large amounts of toxic substances called LPS in the extracellular membrane, and fimbriae and pili, which are motility structures, still remain as a strong toxic substance in periodontal tissue. Conclusions: Therefore, in terms of the total amount of bacteria found, the MRT-PCR method will be a useful technique for searching all the bacteria in the oral cavity including live bacteria, as well as sterilization.
본 연구의 목적은 조직유도재생술의 초기치유시에 구강양치액으로 사용되어지는 0.1% 클로르헥시딘과 0.2% 클로르헥시딘을 사용했을 경우, 양치액을 사용하지 않았을 경우의 세균감염 정도를 비교하는 것이다. 30명의 성인형 치주염에 이환되어진 사람을 대상으로 하였다. 초기치료(Scaling/Root planing/Oral hygiene instruction)를 시행한 후에 한 사람에 한 군데씩 선정하여 2급이나 3급의 치근이개부를 가지고 임상적으로 혹은 방사선학적으로 치간골내낭을 보이지 않는 치아에 통법에 따라 Gore-TexTM를 위치시켰다. 술후 5일간 항생제 (UnasynTM 375mg tablet p.o.tid)를 투여하고 차폐막을 제거할 때까지(4주 혹은 6주) 10명의 환자에게는 0.1% 클로르헥시딘을, 다른 10명의 환자에게는 0.2% 클로르헥시딘으로 구강양치를 하게 하고, 또 다른 10명의 환자에게는 구강양치액을 사용하지 않도록 하였다. 또 1주일에 한번씩 전문가구강위생술식을 실시하였다. 4주나 6주 후에 차폐막을 제거하고 주사전자현미경, 혐기성 세균배양을 이용하여 세균감염정도를 비교하였다. 1. 주사전자현미경으로 관찰시에 0.1% 클로르헥시딘을 사용했을 경우와 0.2% 클로르헥시딘을 사용했을 경우, 클로르헥시딘을 사용하지 않은 경우에 별 차이를 발견할 수 없었다. 2. 혐기성 세균배양시에 0.2% 클로르헥시딘을 사용했을 경우, 0.1%클로르헥시딘을 사용했을 경우보다 적은 수의 세균 수를 보였으나 통계적으로 유의할 만한 차이는 보이지 않았다. 클로르헥시딘을 사용하지 않은 경우에는 다른 두 경우에 비해 통계적으로 유의할 만한 차이를 보였다.(P<0.05) 3. Actinobacillus actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia를 인지한 경우에는 세 경우 모두 비슷한 비율로 발견되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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