Metaproteomics analysis reveals the adaptation process for the chicken gut microbiota

The animal gastrointestinal tract houses a large microbial community, the gut microbiota, that confers many benefits to its host, such as protection from pathogens and provision of essential metabolites. Metagenomic approaches have defined the chicken fecal microbiota in other studies, but here, we wished to assess the correlation between the metagenome and the bacterial proteome in order to better understand the healthy chicken gut microbiota. Here, we performed high-throughput sequencing of 16S rRNA gene amplicons and metaproteomics analysis of fecal samples to determine microbial gut composition and protein expression. 16 rRNA gene sequencing analysis identified Clostridiales, Bacteroidaceae, and Lactobacillaceae species as the most abundant species in the gut. For metaproteomics analysis, peptides were generated by using the Fasp method and subsequently fractionated by strong anion exchanges. Metaproteomics analysis identified 3,673 proteins. Among the most frequently identified proteins, 380 proteins belonged to Lactobacillus spp., 155 belonged to Clostridium spp., and 66 belonged to Streptococcus spp. The most frequently identified proteins were heat shock chaperones, including 349 GroEL proteins, from many bacterial species, whereas the most abundant enzymes were pyruvate kinases, as judged by the number of peptides identified per protein (spectral counting). Gene ontology and KEGG pathway analyses revealed the functions and locations of the identified proteins. The findings of both metaproteomics and 16S rRNA sequencing analyses are discussed.

In vitro colonic metabolism of coffee and chlorogenic acid results in selective changes in human faecal microbiota growth

Coffee is a relatively rich source of chlorogenic acids (CGA), which, like other polyphenols are postulated to exert preventative effects against cardiovascular disease and type-2 diabetes. As a considerable proportion of ingested CGA reaches the large intestine, CGA may be capable of exerting beneficial effects in the large gut. Here we utilise a stirred, anaerobic, pH controlled, batch culture fermentation model of the distal region of the colon in order to investigate the impact of coffee and CGA on the growth of the human faecal microbiota. Incubation of the coffee with the human faecal microbiota led to the rapid metabolism of CGA (4h) and the production of dihydrocaffeic acid and dihydroferulic acid, whilst caffeine remained un-metabolised. The coffee with the highest levels of CGA (p<0.05, relative to the other coffees) induced a significant increase in Bifidobacterium spp. relative to the control at 10 hours post exposure (p<0.05). Similarly, an equivalent quantity of CGA (80.8mg; matched with that in high CGA coffee) induced a significant increase in Bifidobacterium spp. (p<0.05). CGA alone also induced a significant increase in the Clostridium coccoides-Eubacterium rectale group (p<0.05). This selective metabolism and subsequent amplification of specific bacterial populations could be beneficial to host health.

Impact of polysialylated CD56 on natural killer cell cytotoxicity

Background Siglec-7, a sialic acid binding inhibitory receptor expressed by NK cells is masked in vivo by a so far unknown ligand. It shows a strong binding prevalence for α-2,8-linked disialic acids in vitro. Results Here we describe the expression of PSA-NCAM (α-2,8-linked polysialic acid modified NCAM) on functional adult peripheral blood natural killer cells and examine its possible role in masking Siglec-7. Unmasking of Siglec-7 using Clostridium perfringens neuraminidase massively reduces NK cell cytotoxicity. By contrast a specific removal of PSA using Endo-NF does not lead to a reduction of NK cell cytotoxicity. Conclusion The results presented here therefore indicate that PSA-NCAM is not involved in masking Siglec-7.

Effect of prebiotics on the fecal microbiota of elderly volunteers after dietary supplementation of Bacillus coagulans GBI-30, 6086

In advancing age, gut populations of beneficial microbes, notably Bifidobacterium spp., show a marked decline. This contributes to an environment less capable of maintaining homoeostasis. This in vitro investigation studied the possible synergistic effects of probiotic supplementation in modulating the gut microbiota enabling prebiotic therapy to in elderly persons. Single stage batch culture anaerobic fermenters were used and inoculated with fecal microbiota obtained from volunteers after taking a 28 day treatment of Bacillus coagulans GBI-30, 6086 (GanedenBC30 (BC30)) or a placebo. The response to prebiotic supplements fructooligosaccharides (FOS) and galactooligosaccharides (GOS) in the fermenters was assessed. Bacterial enumeration was carried out using fluorescent in situ hybridisation and organic acids measured by gas chromatography. Baseline populations of Faecalibacterium prausnitzii, Clostridium lituseburense and Bacillus spp. were significantly higher in those having consumed BC30 compared to the placebo. Both prebiotics increased populations of several purportedly beneficial bacterial groups in both sets of volunteers. Samples from volunteers having ingested the BC30 also increased populations of C. lituseburense, Eubacterium rectale and F. prausnitzii more so than in persons who had consumed the placebo, this also resulted in significantly higher concentrations of butyrate, acetate and propionate. This shows that consumption of BC30 and subsequent use of prebiotics resulted in elevated populations of beneficial genres of bacteria as well as organic acid production

Maternal weaning modulates emotional behavior and regulates the gut-brain axis

Evidence shows that nutritional and environmental stress stimuli during postnatal period influence brain development and interactions between gut and brain. In this study we show that in rats, prevention of weaning from maternal milk results in depressive-like behavior, which is accompanied by changes in the gut bacteria and host metabolism. Depressive-like behavior was studied using the forced-swim test on postnatal day (PND) 25 in rats either weaned on PND 21, or left with their mother until PND 25 (non-weaned). Non-weaned rats showed an increased immobility time consistent with a depressive phenotype. Fluorescence in situ hybridization showed non-weaned rats to harbor significantly lowered Clostridium histolyticum bacterial groups but exhibit marked stress-induced increases. Metabonomic analysis of urine from these animals revealed significant differences in the metabolic profiles, with biochemical phenotypes indicative of depression in the non-weaned animals. In addition, non-weaned rats showed resistance to stress-induced modulation of oxytocin receptors in amygdala nuclei, which is indicative of passive stress-coping mechanism. We conclude that delaying weaning results in alterations to the gut microbiota and global metabolic profiles which may contribute to a depressive phenotype and raise the issue that mood disorders at early developmental ages may reflect interplay between mammalian host and resident bacteria.

Biorefinery development through utilization of biodiesel industry by-products as sole fermentation feedstock for 1,3-propanediol production

Rapeseed meal (RSM) hydrolysate was evaluated as substitute for commercial nutrient supplements in 1,3-propanediol (PDO) fermentation using the strain Clostridium butyricum VPI 1718. RSM was enzymatically converted into a generic fermentation feedstock, enriched in amino acids, peptides and various micro-nutrients, using crude enzyme consortia produced via solid state fermentation by a fungal strain of Aspergillus oryzae. Initial free amino nitrogen concentration influenced PDO production in batch cultures. RSM hydrolysates were compared with commercial nutrient supplements regarding PDO production in fed-batch cultures carried out in a bench-scale bioreactor. The utilization of RSM hydrolysates in repeated batch cultivation resulted in a PDO concentration of 65.5 g/L with an overall productivity of 1.15 g/L/h that was almost 2 times higher than the productivity achieved when yeast extract was used as nutrient supplement.

GTPases RhoA and Rac1 are important for amelogenin and DSPP expression during differentiation of ameloblasts and odontoblasts

Morphogenesis and cytodifferentiation are distinct processes in tooth development. Cell proliferation predominates in morphogenesis; differentiation involves changes in form and gene expression. The cytoskeleton is essential for both processes, being regulated by Rho GTPases. The aim of this study was to verify the expression, distribution, and role of Rho GTPases in ameloblasts and odontoblasts during tooth development in correlation with actin and tubulin arrangements and amelogenin and dentin sialophosphoprotein (DSPP) expression. RhoA, Rac1, and Cdc42 were strongly expressed during morphogenesis; during cytodifferentiation, RhoA was present in ameloblasts and odontoblasts, Rac1 and its effector Pak3 were observed in ameloblasts; and Cdc42 was present in all cells of the tooth germ and mesenchyme. The expression of RhoA mRNA and its effectors RockI and RockII, Rac1 and Pak3, as analyzed by real-time polymerase chain reaction, increased after ameloblast and odontoblast differentiation, according to the mRNA expression of amelogenin and DSPP. The inhibition of all Rho GTPases by Clostridium difficile toxin A completely abolished amelogenin and DSPP expression in tooth germs cultured in anterior eye chamber, whereas the specific inhibition of the Rocks showed only a partial effect. Thus, both GTPases are important during tooth morphogenesis. During cytodifferentiation, Rho proteins are essential for the complete differentiation of ameloblasts and odontoblasts by regulating the expression of amelogenin and DSPP. RhoA and its effector RockI contribute to this role. A specific function for Rac1 in ameloblasts remains to be elucidated; its punctate distribution indicates its possible role in exocytosis/endocytosis.

Structure and Calcium-Binding Activity of LipL32, the Major Surface Antigen of Pathogenic Leptospira sp.

Leptospixosis, a spirochaetal zoonotic disease caused by Leptospira, has been recognized as an important emerging infectious disease. LipL32 is the major exposed outer membrane protein found exclusively in pathogenic leptospires, where it accounts for up to 75% of the total outer membrane proteins. It is highly immunogenic, and recent studies have implicated LipL32 as an extracellular matrix binding protein, interacting with collagens, fibronectin, and laminin. In order to better understand the biological role and the structural requirements for the function of this important lipoprotein, we have determined the 2.25-angstrom-resolution structure of recombinant LipL32 protein corresponding to residues 21-272 of the wild-type protein (LipL32(21-272)). The LipL32(21-272) monomer is made of a jelly-roll fold core from which several peripheral secondary structures protrude. LipL32(21-272) is structurally similar to several other jelly-roll proteins, some of which bind calcium ions and extracellular matrix proteins. Indeed, spectroscopic data (circular dichroism, intrinsic tryptophan fluorescence, and extrinsic 1-amino-2-naphthol-4-sulfonic acid fluorescence) confirmed the calcium-binding properties of LipL32(21-272). Ca(2+) binding resulted in a significant increase in the thermal stability of the protein, and binding was specific for Ca(2+) as no structural or stability perturbations were observed for Mg(2+), Zn(2+), or Cu(2+). Careful examination of the crystal lographic structure suggests the locations of putative regions that could mediate Ca(2+) binding as well as binding to other interacting host proteins, such as collagens, fibronectin, and lamixidn. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Purificação e caracterização da bacteriocina cereína 8A, produzida por uma linhagem de Bacillus cereus

Foi estudada uma bacteriocina produzida por uma linhagem de B. cereus 8A, isolado de solo da região Sul do Brasil. Na primeira etapa de estudo determinaram-se as condições básicas de produção de bacteriocina com amplo espectro de ação denominada de Cereína 8A. Observou-se que durante a fase estacionária ocorre o máximo da sua produção, iniciando sua síntese no final da fase exponencial. As condições de maior produção foram a 30º C, agitação e contínua e numa faixa de pH de 7,0-8,5. A bacteriocina bruta inibiu várias bactérias indicadoras, como Listeria monocytogenes, Clostridium perfringens e Bacillus cereus. O teste de termoestabilidade mostrou a perda de atividade quando submetida a uma temperatura a partir de 87º C. Verificou-se a resistência da bacteriocina bruta frente à tripsina e papaína, mas não frente à proteinase K e pronase E. B. cereus e L. monocytogenes foram utilizadas como bactérias indicadoras para a determinação do modo de ação, após a determinação da dose bactericida de 200 UA mL-1 e 400 UA mL-1 respectivamente. A Cereína 8A demonstrou uma ação inibidora em culturas de Escherichia coli e Salmonella Enteritidis, quando tratadas com EDTA. A atividade esporicida foi observada contra esporos de B. cereus após tratamento com 400 UA ml -1. A análise da biomassa de L. monocytogenes e B. cereus após tratamento com a Cereína 8A, através da espectrofotometria de infravermelho determinou alteração no perfil, correspondente à fração dos ácidos graxos da membrana celular bacteriana. A substância peptídica foi separada por meio da precipitação com sulfato de amônio, extração com 1-butanol e aplicação em coluna de cromatografia por troca iônica tipo Q-Sepharose. A Cereína 8A purificada mostrou maior sensibilidade a proteases e ao calor e um peso molecular de aproximadamente 26 kDa. O espectro ultravioleta foi típico de um polipeptídeo e o espectro de infravermelho indica presença de grupamentos NH, acil e ligações peptídicas na sua estrutura. Uma hipótese do mecanismo de ação seria a desestruturação da membrana celular pela abertura de poros.

Efeitos do tripolifosfato de sódio sobre as características microbiológicas, físico-químicas e vida-de-prateleira em lingüiça frescal de frango.

Neste trabalho foram analisados os efeitos da adição de 0,125%, 0,25%, 0,375% e 0,5% de tripolifosfato de sódio sobre as contagens microbiológicas de Coliformes Totais, Escherichia coli, Salmonella Spp., Staphylococcus aureus, Clostridium sulfito redutores, microrganismos mesófilos aeróbios, psicrotróficos aeróbios, nas características físico-químicas de oxidação lipídica e pH em lingüiças frescais de carne de frango, armazenadas sob refrigeração a 5ºC nos dias 0, 8, 15 e 22. O tripolifosfato de sódio não aumentou a segurança microbiológica das lingüiças de frango, pois verificou-se aumento progressivo nas contagens das bactérias presentes, como mesófilos aeróbios e psicrotróficos aeróbios não demonstrando diferença significativa com relação ao tratamento aplicado. Para os coliformes totais evidenciou-se variação nas contagens dos mesmos, no decorrer do experimento, não apresentando correlação com as concentrações de tripolifosfato de sódio adicionadas nas lingüiças de frango. Para os demais microrganismos pesquisados os resultados encontrados nas amostras no dia 0 foram: para Salmonella Spp. ausência em 25g das amostras, Staphylococcus aureus <1,0x103 UFC/g, Clostridium sulfito redutor <1,0x103 UFC/g, portanto, apresentaram-se dentro do padrão exigido pela legislação para todas as amostras de lingüiças. As lingüiças frescais de frango adicionadas de 0,5% de tripolifosfato de sódio apresentaram valores de TBA mais baixos que os demais tratamentos e que o grupo controle, porém este resultado não foi significativamente diferente Com relação aos dias de análises, estes revelaram diferença significativa para os números de TBA. Os valores foram de 0,93 = dia 0; 1,39 = dia 8; 4,09 = dia 15 e de 3,18 = dia 22, inicialmente os números de TBA foram baixos, os quais, apresentaram aumento progressivo ao longo da vida-de-prateleira das lingüiças, exceto nos tratamentos com 0,25% e 0,375% de tripolifosfato de sódio que apresentaram decréscimo destes números do dia 15 para o dia 22. Os valores do pH apresentaram diferença significativa para os dias de análise, tais como: dia 0 = 6,09; dia 8 = 6,25; dia 15 = 6,30; dia 22 = 6,47, estes valores demonstraram aumento do pH durante a vida-de-prateleira das amostras. Não houve diferença significativa entre os distintos tratamentos, porém evidenciou-se que os valores do pH dos tratamentos com adição de 0,5% de tripolifosfato de sódio apresentaram-se mais elevados do que o do grupo controle e também dos demais tratamentos. O tripolifosfato de sódio em diferentes concentrações não agiu prolongando a vida-de-prateleira das lingüiças frescais de frango.

Dinâmica fermentativa e microbiológica de silagens dos capins tanzânia e marandu acrescidas de polpa cítrica peletizada

O experimento foi conduzido com o objetivo de avaliar a dinâmica fermentativa e microbiológica de silagens de capins tropicais acrescidas de polpa cítrica. Os capins tanzânia (Panicum maximum cv. Tanzânia) e marandu (Brachiaria brizantha (Hochst ex. A. Rich) Stapf cv. Marandu) foram colhidos aos 64 e 49 dias de rebrota, respectivamente, e ensilados com 0, 5 ou 10% de polpa cítrica peletizada (PCP), em relação à matéria verde, durante 1, 4, 7, 14, 21, 28 e 56 dias. Foram utilizados silos experimentais de PVC adaptados com válvula do tipo Bunsen para eliminação dos gases. A forragem foi compactada visando obter densidade de 550 kg/m³. O delineamento utilizado foi o inteiramente ao acaso com três repetições, em esquema de parcelas subdivididas. A inclusão de PCP aumentou os teores de MS e diminuiu o pH das silagens. A adição de PCP influenciou os teores de N-NH3 (N total), uma vez que, nas silagens sem PCP, os teores N-NH3 foram significativamente elevados, o que as caracteriza como de qualidade duvidosa. A adição de PCP aumentou a concentração molar dos ácidos acético e propiônico. A população de enterobactérias foi detectada somente no primeiro dia de fermentação nas silagens do capim-tanzânia e até o 18º dia nas do capim-marandu. Nas silagens avaliadas, a população de bactérias homofermentativas foi semelhante à das bactérias heterofermentativas.

Old beagle dogs have lower faecal concentrations of some fermentation products and lower peripheral lymphocyte counts than young adult beagles

The effects of age on microbiota composition, gut fermentation end-product formation and peripheral lymphocyte numbers were compared between old and young adult Beagle dogs fed four kibble diets differing in yeast cell wall contents. The experiment had a double 4 x 4 Latin square design, one with four mature dogs (4 years old) and the other with four old dogs (10 years old), with four replicates (diets) per dog. In each period a 15d adaptation period preceded a 5d total collection of faeces for the digestibility trial. on day 21, fresh faecal samples were collected for the determination of bacterial enumeration, pH, biogenic amine and short-chain fatty acid. Flow cytometry was used for immunophenotypic evaluation. Dogs were fed four kibble diets with similar composition with 0, 0.15, 0.30 and 0.45% of yeast cell wall (as-fed), respectively. Data were evaluated using general linear models of Statistical Analysis Systems statistical software (P<0.05). No evidence of a difference in faecal bacteria counts between ages was found (total aerobes, total anaerobes, Bifidobacterium, Lactobacillus, Clostridium and Escherichia coli: P. 0.15). Faecal concentrations of butyrate, histamine, agmatine and spermine were lower (P <= 0.05) and faecal pH was higher (P=0.03) in older dogs than in mature adult dogs, suggesting an alteration in bacterial metabolic activity, or in the rate of intestinal absorption of these compounds. Concentrations of T-lymphocytes, T-cytotoxic lymphocytes and B-lymphocytes were also lower (P <= 0.01) in older dogs than in mature adult dogs. The study confirmed alterations in peripheral lymphocytes and revealed a reduced concentration of some fermentation end products in the colon of old dogs.

Pré-compostagem de cadáveres de bovinos acometidos pelo botulismo

Foram pré-compostados, em células individuais e isoladas, cinco cadáveres de bovinos acometidos pelo botulismo com a finalidade de monitorar a presença de esporos de Clostridium botulinum e de toxina botulínica antes e após o processo de decomposição em leira estática com fonte de carbono. O diagnóstico da intoxicação nos animais foi baseado nas características clínico-patológicas, epidemiológicas ou laboratoriais. Dos cinco bovinos com evolução clínica crônica de botulismo, cujos cadáveres foram pré-compostados, três foram acometidos pela toxina tipo D, um pelo complexo CD e um dos animais foi negativo na tentativa de detecção da toxina e de esporos da bactéria nas vísceras pelo bioensaio e neutralização em camundongo. O processo de pré-compostagem foi realizado em leira estática, com o uso de material carbonáceo umidificado como substrato e esquartejamento do animal, vedado individualmente com lona plástica e sem aeração por um período de 50 dias. A temperatura das leiras foi monitorada durante o período e oscilou de 40,5-52,4ºC. Após a abertura das leiras, pôde-se constatar a completa decomposição de todo material mole, com redução significativa do seu peso (de 26,5-44,5%), restando apenas os ossos. Não foi detectado esporo ou toxina botulínica no interior dos ossos (n=5 para cada cadáver). Nas 200 amostras examinadas do homogeneizado restante (n=40 para cada cadáver), em apenas duas amostras de uma leira foram detectados esporos de C. botulinum tipo C, enquanto que todas foram negativas para a tentativa de detecção da toxina botulínica pelo bioensaio em camundongo. da forma como foi avaliado o processo de pré-compostagem de bovinos mortos pela intoxicação botulínica não contribuiu para a proliferação de C. botulinum.

Fermentative and microbiological profile of marandu-grass ensiled with citrus pulp pellets

Forragens com alta umidade e baixa concentração de carboidratos solúveis, como é o caso dos capins tropicais, podem conduzir a condições desfavoráveis para a produção de silagens de qualidade satisfatória. Esse estudo objetivou conhecer o perfil fermentativo e microbiológico de silagens de capim-Marandu [Brachiaria brizantha (Hochst ex. A. Rich) Stapf cv. Marandu], colhido com 58 dias de crescimento, aditivadas com polpa cítrica peletizada (PCP),. Foram utilizados silos experimentais de PVC adaptados com válvula do tipo Bunsen, tendo a silagem atingindo densidade de 900 kg m-3. Os tratamentos foram constituídos por três proporções de PCP (0, 50 e 100 g kg-1 em relação a matéria natural) e sete tempos de abertura após a ensilagem (1, 4, 7, 14, 21, 28 e 56 dias). A presença de PCP aumentou os teores de CHOs em 15 a 20%, reduziu o pH (5,3 para 4,2) e diminuiu as concentrações de N-NH3. Houve crescimento da população de enterobactérias somente durante o primeiro dia de fermentação (média 3 UFC g-1), pequeno desenvolvimento de clostrideos (média 0,5 UFC g-1) e dominância de bactérias homo em relação às heterofermentativas, para os três tratamentos estudados. A adição de polpa cítrica durante a ensilagem do capim-Marandu foi benéfica, podendo ser recomendada desde que haja benefício econômico na sua adoção.

Influence of a probiotic soy product on fecal microbiota and its association with cardiovascular risk factors in an animal model

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)