BACKGROUND/OBJECTIVES: Fermentation of dietary fiber results in production of various short chain fatty acids in the colon. In particular, butyrate is reported to regulate the physical and functional integrity of the normal colonic mucosa by altering mucin gene expression or the number of goblet cells. The objective of this study was to investigate whether butyrate modulates mucin secretion in LS174T human colorectal cells, thereby influencing the adhesion of probiotics such as Lactobacillus and Bifidobacterium strains and subsequently inhibiting pathogenic bacteria such as E. coli. In addition, possible signaling pathways involved in mucin gene regulation induced by butyrate treatment were also investigated. MATERIALS/METHODS: Mucin protein content assay and periodic acid-Schiff (PAS) staining were performed in LS174T cells treated with butyrate at various concentrations. Effects of butyrate on the ability of probiotics to adhere to LS174T cells and their competition with E. coli strains were examined. Real time polymerase chain reaction for mucin gene expression and Taqman array 96-well fast plate-based pathway analysis were performed on butyrate-treated LS174T cells. RESULTS: Treatment with butyrate resulted in a dose-dependent increase in mucin protein contents in LS174T cells with peak effects at 6 or 9 mM, which was further confirmed by PAS staining. Increase in mucin protein contents resulted in elevated adherence of probiotics, which subsequently reduced the adherent ability of E. coli. Treatment with butyrate also increased transcriptional levels of MUC3, MUC4, and MUC12, which was accompanied by higher gene expressions of signaling kinases and transcription factors involved in mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathways. CONCLUSIONS: Based on our results, butyrate is an effective regulator of modulation of mucin protein production at the transcriptional and translational levels, resulting in changes in the adherence of gut microflora. Butyrate potentially stimulates the MAPK signaling pathway in intestinal cells, which is positively correlated with gut defense.
Kim, Kyung-Ah;Yoo, Hye Hyun;Gu, Wan;Yu, Dae-Hyung;Jin, Ming Ji;Choi, Hae-Lim;Yuan, Kathy;Guerin-Deremaux, Laetitia;Kim, Dong-Hyun
Journal of Ginseng Research
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v.39
no.2
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pp.183-187
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2015
Background: Gut microflora play a crucial role in the biotransformation of ginsenosides to compound K (CK), which may affect the pharmacological effects of ginseng. Prebiotics, such as NUTRIOSE, could enhance the formation and consequent absorption of CK through the modulation of gut microbial metabolic activities. In this study, the effect of a prebiotic fiber (NUTRIOSE) on the pharmacokinetics of ginsenoside CK, a bioactive metabolite of ginsenosides, and its mechanism of action were investigated. Methods: Male Sprague-Dawley rats were given control or NUTRIOSE-containing diets (control diet + NUTRIOSE) for 2 wk, and ginseng extract or vehicle was then orally administered. Blood samples were collected to investigate the pharmacokinetics of CK using liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Fecal activities that metabolize ginsenoside Rb1 to CK were assayed with fecal specimens or bacteria cultures. Results: When ginseng extract was orally administered to rats fed with 2.5%, 5%, or 10% NUTRIOSE containing diets, the maximum plasma concentration ($C_{max}$) and area under the plasma concentration-time curve values of CK significantly increased in a NUTRIOSE content-dependent manner. NUTRIOSE intake increased glycosidase activity and CK formation in rat intestinal contents. The CK-forming activities of intestinal microbiota cultured in vitro were significantly induced by NUTRIOSE. Conclusion: These results show that prebiotic diets, such as NUTRIOSE, may promote the metabolic conversion of ginsenosides to CK and the subsequent absorption of CK in the gastrointestinal tract and may potentiate the pharmacological effects of ginseng.
Objective: To determine the effect of gut pH and rumen microbial fermentation on glycerol encapsulated in alginate and alginate-chitosan polymers. Methods: Glycerol was encapsulated at 2.5%, 5%, 7.5%, or 10% (w/w) with sodium alginate (A) and alginate-chitosan (AC) polymers. Surface morphology and chemical modifications of the beads were evaluated using scanning electron microscopy and Fourier transform infrared (FTIR) spectra. Encapsulation efficiency was determined at the 5% glycerol inclusion level in two experiments. In experiment 1, 0.5 g of alginate-glycerol (AG) and alginate-chitosan glycerol (ACG) beads were incubated for 2 h at $39^{\circ}C$ in pH 2 buffer followed by 24 h in pH 8 buffer to simulate gastric and intestinal conditions, respectively. In experiment 2, 0.5 g of AG and ACG beads were incubated in pH 6 buffer at $39^{\circ}C$ for 8 h to simulate rumen conditions. All incubations were replicated four times. Free glycerol content was determined using a spectrophotometer and used to assess loading capacity and encapsulation efficiency. An in vitro experiment with mixed cultures of rumen microbes was conducted to determine effect of encapsulation on microbial fermentation. Data were analyzed according to a complete block design using the MIXED procedure of SAS (SAS Institute, Cary, NC, USA). Results: For AG and ACG, loading capacity and efficiency were 64.7%, 74.7%, 70.3%, and 78.1%, respectively. Based on the FTIR spectra and scanning electron microscopy, ACG treatment demonstrated more intense and stronger ionic bonds. At pH 6, 36.1% and 29.7% of glycerol was released from AG and ACG, respectively. At pH 2 minimal glycerol was released but pH 8 resulted in 95.7% and 93.9% of glycerol released from AG and ACG, respectively. In vitro microbial data show reduced (p<0.05) fermentation of encapsulated glycerol after 24 h of incubation. Conclusion: The AC polymer provided greater protection in acidic pH with a gradual release of intact glycerol when exposed to an alkaline pH.
Da Yoon, Yu;Sang-Hyon, Oh;In Sung, Kim;Gwang Il, Kim;Jeong A, Kim;Yang Soo, Moon;Jae Cheol, Jang;Sang Suk, Lee;Jong Hyun, Jung;Jun, Park;Kwang Keun, Cho
Journal of Animal Science and Technology
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v.64
no.6
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pp.1184-1198
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2022
In this study, Rubus coreanus (R. coreanus) byproducts with high polyphenol content were fermented with R. coreanus-derived lactic acid bacteria (Lactobacillus plantarum GBL 16 and 17). Then the effect of R. coreanus-derived lactic acid bacteria fermented feed (RC-LAB fermented feed) with probiotics (Bacillus subtills, Aspergillus oryzae, Yeast) as a feed additive for pigs on the composition of intestinal microbes and the regulation of intestinal immune homeostasis was investigated. Seventy-two finishing Berkshire pigs were randomly allotted to four different treatment groups and 18 replicates. RC-LAB fermented feed with probiotics increased the genera Lactobacillus, Streptococcus, Mitsuokella, Prevotella, Bacteroides spp., Roseburia spp., and Faecalibacterium prausnitzii, which are beneficial bacteria of the digestive tract of pigs. Also, RC-LAB fermented feed with probiotics decreased the genera Clostridium, Terrisporobacter, Romboutsia, Kandleria, Megasphaera and Escherichia, which are harmful bacteria. In particular, the relative abundance of the genera Lactobacillus and Streptococcus increased by an average of 8.51% and 4.68% in the treatment groups and the classes Clostridia and genera Escherichia decreased by an average of 27.05% and 2.85% in the treatment groups. In mesenteric lymph nodes (MLN) and spleens, the mRNA expression of transcription factors and cytokines in Th1 and Treg cells increased and the mRNA expression of Th2 and Th17 transcription factors and cytokines decreased, indicating a regulatory effect on intestinal immune homeostasis. RC-LAB fermented feed regulates gut immune homeostasis by influencing the composition of beneficial and detrimental microorganisms in the gut and regulating the balance of Th1/Th2 and Th17/Treg cells.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.273-273
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2022
The increasing number of Westernized eating patterns based on wheat flour in Korea has led to an increase in the rate of diseases such as obesity and diabetes, which has become a social problem. Wheat consumption is increasing due to changes in eating habits, but domestic wheat has low price competitiveness and has stagnated recently, so it is necessary to secure new resources to differentiate from imported wheat. Resistant starch, a newly created resource in domestic wheat, can act as a prebiotic similar to dietary fiber in the body, inducing microbial changes in the gut and having beneficial effects on metabolic syndrome. Wheat research on resistant starch was carried out based on the breeding of high amylose. A genome-wide association study (GWAS) was used to perform SNP identification and expression analysis related to wheat amylose through phenotype and genotype. 561 wheat core collection gene sources were investigated for amylose content in wheat, and related genes were extracted and analyzed. In the GWAS analysis, the model formulas BLIMK, FarmCPU, GLM, MLM, and MLMM were used to derive results such as QQ plots and Manhattan plots through phenotypic data. Among these models, BLAST was conducted to find the association between the SNPs identified using FarmCPU and genes related to starch, and 15 were found. Using the identified markers, it becomes easier to develop and browse related wheat cultivars according to their amylose content.
Cannabis sativa (CS) has been in the spotlight not only for its medical uses but also as a raw material for cosmetics. As fermented cosmetics are known to have various health benefits, they have been extensively researched. Here, we investigated the characteristics of CS stems fermented using various gut microbes. The 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide assay and melanin content analysis revealed that melan-a cells containing CS stems fermented with Weissella paramesenteroides (CSWP) showed considerably reduced melanin content. Additionally, CSWP downregulated the expression of several melanogenesis factors, tyrosinase-related protein-1, and tyrosinase-related protein-2. This study suggests that the anti-melanogenic effect of CSWP could provide a new basis for the development of skin-lightening agents.
Traditional morphological identification difficulties, such as phenotypic plasticity, misidentification of cryptic species, and larval stage species, can be compensated for by using DNA analysis techniques, such as DNA barcoding, in surveying zooplankton populations, including species identification. Recently, the rapid development of DNA sequencing techniques has allowed DNA-based community analysis not only for zooplankton assemblages in various aquatic ecosystems but also for the gut contents of zooplankton that are limited by conventional methods such as visual and microscopic identification. Therefore, the application of DNA sequencing can help understand biological interactions through the analysis of zooplankton food sources. The present paper introduces the major DNA-based approaches in zooplankton research topics, including taxonomic approaches by DNA barcoding, community-level approaches by metabarcoding, and gut content analyses, summarizes the analysis methods, and finally suggests the methodological topics that need to be considered for future applications.
Man Lu;Liwei Xie;Sijie Yin;Jing Zhou;Lingmei Yi;Ling Ye
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.9
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pp.1769-1777
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2024
Chemotherapy-induced nausea and vomiting (CINV) is a debilitating side effect related to activation of substance P (SP). SP activation can result from dysregulation of the gut-brain axis, and also from activation of protein kinase A signaling (PKA) signaling. In this study, we connected these factors in an attempt to unveil the mechanisms underlying CINV and develop new therapeutic strategies. Female rats were injected with cisplatin (Cis) to induce pica. Fecal samples were collected before/after injection, and subjected to lipid metabolomics analysis. In another portion of pica rats, the PKA inhibitor KT5720 was applied to investigate the involvement of PKA signaling in CINV, while fecal microbiota transplantation (FMT) was implemented to verify the therapeutic effect of the lipid metabolite 14(15)-EpETE. Pica symptoms were recorded, followed by ileal histological examination. The targeting relationship between 14(15)-EpETE and glucagon was determined by bioinformatics. SP and glucagon/PKA signaling in rat ileum, serum, and/or brain substantia nigra were detected by immunohistochemistry, enzyme-linked immunosorbent assay, and/or western blot. The results showed a significantly lower level of 14(15)-EpETE in rat feces after Cis injection. KT5720 treatment alleviated Cis-induced pica symptoms, ileal injury, SP content increase in the ileum, serum, and brain substantia nigra, and ileal PKA activation in rats. The ileal level of glucagon was elevated by Cis in rats. FMT exerted an effect similar to that of KT5720 treatment, relieving the Cis-induced changes, including ileal glucagon/PKA activation in rats. Our findings demonstrate that FMT restores 14(15)-EpETE production, which inhibits SP release by targeting GCG/PKA signaling, ultimately mitigating CINV.
Life cycle and secondary production of Nymphs of Nemoura gemma Ham and Lee were estimated by using specimens collected from a stream in Mt. Jumbong in the central Korean peninsula. N. gemma in the study stream was univoltine. Youngest nymphs were collected in April. They appeared to grow continuously until the emergence in early spring next year. The cohort production interval for the species was estimated as 399 days. The annual secondary production (ash free dry weight) estimated by removal-summation and the size-frequency methods were 582 and $786\;mg\;m^{-2}\;yr^{-1}$, respectively. Gut content analysis showed that N. gemma was a shredder.
Kim, Hyeri;Guevarra, Robin B.;Cho, Jae Hyoung;Kim, Hyeun Bum;Lee, Ju-Hoon
Journal of Animal Science and Technology
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v.63
no.1
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pp.191-193
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2021
Lactococcus lactis is a fermentative lactic acid bacterium that is used extensively in food fermentations. The L. lactis strain K_LL005 was isolated from the grasshopper (Oxya chinensis sinuosa) gut in Korea. In this study, we reported the complete genome sequence of Lactococcus lactis K_LL005. The final complete genome assembly consist of one circular chromosome (2,375,093 bp) with an overall guanine + cytosine (G + C) content of 35.0%. Annotation results revealed 2,281 protein-coding sequences (CDSs), 19 rRNAs, and 68 tRNA genes. Lactococcus lactis K_LL005 has a gene encoding xylose metabolism such as xylR, xylA, and xylB (xylRAB).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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