Mise au point d'un modèle d'infection expérimentale d'entérite nécrotique clinique chez le poulet de chair par des facteurs prédisposants

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

Development of an enzyme immobilization platform based on microencapsulation for paper-based biosensors

Un papier bioactif est obtenu par la modification d’un papier en y immobilisant une ou plusieurs biomolécules. La recherche et le développement de papiers bioactifs est en plein essor car le papier est un substrat peu dispendieux qui est déjà d’usage très répandu à travers le monde. Bien que les papiers bioactifs n’aient pas connus de succès commercial depuis la mise en marche de bandelettes mesurant le taux de glucose dans les années cinquante, de nombreux groupes de recherche travaillent à immobiliser des biomolécules sur le papier pour obtenir un papier bioactif qui est abordable et possède une bonne durée de vie. Contrairement à la glucose oxidase, l’enzyme utilisée sur ces bandelettes, la majorité des biomolécules sont très fragiles et perdent leur activité très rapidement lorsqu’immobilisées sur des papiers. Le développement de nouveaux papiers bioactifs pouvant détecter des substances d’intérêt ou même désactiver des pathogènes dépend donc de découverte de nouvelles techniques d’immobilisation des biomolécules permettant de maintenir leur activité tout en étant applicable dans la chaîne de production actuelle des papiers fins. Le but de cette thèse est de développer une technique d’immobilisation efficace et versatile, permettant de protéger l’activité de biomolécules incorporées sur des papiers. La microencapsulation a été choisie comme technique d’immobilisation car elle permet d’enfermer de grandes quantités de biomolécules à l’intérieur d’une sphère poreuse permettant leur protection. Pour cette étude, le polymère poly(éthylènediimine) a été choisi afin de générer la paroi des microcapsules. Les enzymes laccase et glucose oxidase, dont les propriétés sont bien établies, seront utilisées comme biomolécules test. Dans un premier temps, deux procédures d’encapsulation ont été développées puis étudiées. La méthode par émulsion produit des microcapsules de plus petits diamètres que la méthode par encapsulation utilisant un encapsulateur, bien que cette dernière offre une meilleure efficacité d’encapsulation. Par la suite, l’effet de la procédure d’encapsulation sur l’activité enzymatique et la stabilité thermique des enzymes a été étudié à cause de l’importance du maintien de l’activité sur le développement d’une plateforme d’immobilisation. L’effet de la nature du polymère utilisé pour la fabrication des capsules sur la conformation de l’enzyme a été étudié pour la première fois. Finalement, l’applicabilité des microcapsules de poly(éthylèneimine) dans la confection de papiers bioactifs a été démontré par le biais de trois prototypes. Un papier réagissant au glucose a été obtenu en immobilisant des microcapsules contenant l’enzyme glucose oxidase. Un papier sensible à l’enzyme neuraminidase pour la détection de la vaginose bactérienne avec une plus grande stabilité durant l’entreposage a été fait en encapsulant les réactifs colorimétriques dans des capsules de poly(éthylèneimine). L’utilisation de microcapsules pour l’immobilisation d’anticorps a également été étudiée. Les avancées au niveau de la plateforme d’immobilisation de biomolécules par microencapsulation qui ont été réalisées lors de cette thèse permettront de mieux comprendre l’effet des réactifs impliqués dans la procédure de microencapsulation sur la stabilité, l’activité et la conformation des biomolécules. Les résultats obtenus démontrent que la plateforme d’immobilisation développée peut être appliquée pour la confection de nouveaux papiers bioactifs.

Studies on Modified Atmosphere Packaging of Pearl Spot (Etroplussuratensis) With Special Emphasis to Biochemical and Microbiological Parameters

A modified atmosphere may be defined as a packaging or storage of a perishable product in an atmosphere other than that of air. A modified atmosphere (MA) applies to food packaged products changes continuously throughout the storage period. The pearl spot (Etroplus suratensis) is an important brackish water fish belonging to the family Cichlidae. The present work was carried out to see the effect of modified atmosphere packaging on the shelf life fresh pearl spot stored in ice to extent the shelf life. The objectives of the present study are to study the suitability of Thermoformed Trays for modified atmosphere packaging, to standardize the most suitable gas mixture for modified atmosphere packaging pearl spot based on sensory evaluation, to find out the effect of modified atmosphere packaging in comparison to air packaging, to study the biochemical, microbiological, sensory and textural characteristics during storage, to study the safety concern regarding the Clostridium botulinum during modified atmosphere packaging, to find out the most suitable chemical quality indices for modified atmosphere stored pearl spot

Characterization of Bacteriocins from Bacillus licheniformis strain BTHT8 and Bacillus subtilis strain BTFK101 isolated from marine sediment

Pathogenic microorganisms such as Bacillus cereus, Listeria Monocytogenes and Staphylococcus sp have caused serious diseases, and consequently contributed to considerable economic loss in the food and agricultural industries. Antibiotics have been practically used to treat these pathogens since penicillin G was discovered more than half a century ago. Many different types of antibiotics have been discovered or synthesized to control pathogenic microorganisms. Repetitive use and misuse of antibiotics by the agricultural and pharmaceutical industries have caused the emergence of multidrug-resistant microorganisms, even to the strongest antibiotics currently available; therefore, the rapid development of more effective antimicrobial compounds is required to keep pace with demand. Bacteria were isolated from marine water and sediment samples collected from various locations off the coast of Cochin and salt pans of Tuticorin using pour plate technique. One hundred and twelve isolates were obtained. Seventeen isolates exhibiting antimicrobial activity were segregated after primary screening. The secondary screening which was aimed at selection of bacteria that produce proteinaceous inhibitory compounds, helped to select five strains viz. BTFK101, BTHT8, BTKM4, BTEK16 and BTSB22. The five isolates inhibited the growth of six Gram positive test organisms viz. B. cereus, B. circulans, B. coagulans, B. pumilus, Staphylococcus aureus and Clostridium perfringens. After quantitative estimation of the bacteriocin production, the two strains BTFK101 and BTHT8 were selected for further study.

Effects of tubers of the Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) and potatoes (Solanum tuberosum) on the intestinal microbiota of pigs and evaluation of a procedure for quantification of microbial mass in pig faeces

Die Mikrobiota im Gastrointestinaltrakt (GIT) spielt eine bedeutende Rolle beim Fermentationsprozess im Bezug auf die Nährstoffversorgung sowie die Gesundheit des Darms und des gesamten Organismus. Inulin und resistente Stärke (RS) konnten als präbiotisch wirksame Substanzen identifiziert werden und sind jeweils auch in den Knollen der Topinamburpflanze (Helianthus tuberosus) und in Kartoffeln (Solanum tuberosum) enthalten. Da sie ebenfalls energiereiche Futtermittel für Schweine sind, war es das Ziel der ersten beiden Studien, die Auswirkungen der Aufnahme von Topinamburknollen und Kartoffeln auf die intestinale Mikrobiota und Parameter des Immunsystems bei Endmastschweinen zu bestimmen. In der dritten Studie wurde die mikrobielle Biomasse quantitativ mit einem Verfahren zur Isolation von Bakterien in einer Flüssigkeit durch Hochgeschwindigkeits-Zentrifugation erfasst und der bakteriell gebundene Stickstoff (MP-N) mit dem bakteriellen und endogenem Kotstickstoff (BEDN) verglichen. Im ersten Versuch wurden 72 Endmastschweine in einem Freilandhaltungssystem in eine Kontroll- (CT), die mit Kraftfutter entsprechend des Bedarfs der Tiere für ein Leistungsniveau von 700 g täglichem Lebendmassezuwachs versorgt wurde, und eine Versuchsvariante (ET) aufgeteilt. In der Versuchsvariante erhielten die Tiere nur 70% der Kraftfuttermenge der Kontrollvariante, hatten aber Zugang zu einer abgeteilten Fläche, auf der Topinamburknollen angebaut waren. Die freie Aufnahme von Topinamburknollen wurde auf 1•24 kg Trockenmasse (TM)/Tag bestimmt, entsprechend einer Inulinaufnahme von durchschnittlich 800 g/Tag. Während sich die Wachstumsleistung in der Kontrollvariante auf 0•642 ± 0•014 kg/Tag belief, war sie in der Versuchsvariante mit 0•765 ± 0•015 kg/Tag (P=0•000) höher. Die freie Verfügbarkeit von Inulin und Fructo-oligosacchariden (FOS) im GIT der Schweine erhöhte die Keimzahlen der anaeroben Bakterien (P=0•000), Laktobazillen (P=0•046) und Hefen (P=0•000) signifikant und verringerte das Vorkommen von Clostridium perfringens im Schweinekot erheblich von lg 5•24 ± 0•17 kolonie-bildende Einheiten pro g Frischmasse (KbE/ g FM) in der Kontrollvariante auf lg 0•96 ± 0•20 KbE/ g FM in der Versuchsvariante (P=0•000). C-reaktives Protein (CRP) und Antikörper gegen Lipopolysaccharide (LPS) von Escherichia coli J5 ließen keine Unterschiede zwischen den Fütterungsvarianten erkennen. In der zweiten Untersuchung wurden 58 Endmastschweine einer Kontrollvariante (CT), die bedarfsgerecht mit einer Kraftfuttermischung für ein Leistungsniveau von 700 g Tageszunahmen gefüttert wurde, und zwei Versuchsvarianten zugeteilt. Die Versuchsvarianten erhielten eine Menge von 1•2 kg TM gedämpften Kartoffeln (potato treatment, PT) oder gedämpften und einsilierten Kartoffeln (silage treatment, ST) pro Tag und nur 46% bzw. 43% der Menge des Kraftfutters der Kontrollvariante. Die Wachstumsleistung und Schlachtkörperzusammensetzung ließen keine signifikanten Unterschiede zwischen den Varianten erkennen. Im PT und ST waren gegenüber dem CT im Kot der pH-Wert sowie die Gehalte von TM, Neutral-Detergenz-Faser (NDF), unverdautem Futterstickstoff (UDN) und teilweise von Säure-Detergenz-Faser (ADF) signifikant niedriger (P=0•000) und die von Ammonium (NH4) und Ammoniumstickstoff (NH4-N) signifikant höher (P=0•000). Das hohe Angebot von hitzebehandelten Kartoffeln führte zu einer erheblichen Verringerung von E. coli (P=0•000), C. perfringens (P=0•000) und Immunoglobulin A gegen LPS von E. coli J5 (P=0•001). Darüber hinaus waren in der ersten Versuchsperiode im ST die aeroben und anaeroben Gesamtkeimzahlen sowie die Laktobazillen und Hefen gegenüber dem PT signifikant erhöht. Die Unterschiede in der Mikrobiota zwischen der Kontroll- und Versuchsvarianten weisen auf die positiven Auswirkungen von Topinamburknollen und hitzebehandelten Kartoffeln auf die Mikrobiota im hinteren Darmabschnitt hin. Das Ziel der dritten Untersuchung war die Modifizierung des Verfahrens zur Isolation von Bakterien in einer Flüssigkeit mittels verschiedener Zentrifugationsschritte, um ein mikrobielles Pellet (MP) zu erhalten, welches die quantitative Abtrennung und Erfassung der Bakterien in Schweinekot ermöglicht. Zusätzlich wurde der BEDN Anteil sowie die Gehalte der Aminozucker Galactosamin, Glucosamin, Mannosamin und Muraminsäure im Kot und im MP bestimmt. Die untersuchten Kotproben stammten von Schweinen eines Phosphor (P) Stoffwechselversuch. Zehn männlich-kastrierte Schweine mit einem durchschnittlichen Lebendgewicht von 51•1 ± 8•5 kg wurden einzeln in Stoffwechselkäfigen gehalten. Die Tiere wurden fünf Fütterungsvarianten zugeteilt, die dem Bedarf der Tiere für ein Leistungsniveau von 700 g Tageszunahmen entsprachen, in den Rationen 2 bis 5 jedoch eine P-Gehalt unter dem Tagesbedarf der Tiere aufwiesen und in den Rationen 3 bis 5 mit abgestuften Gehalten von 50, 100 sowie 200 mg/kg einer experimentellen Phytase ergänz waren. Die Absenkung des P Gehaltes im Futter verringerte den Asche- (P=0•024) und Trockenmassegehalt im Kot (P=0•017) sowie die P Konzentration im MP (P=0•000) signifikant. Die mikrobielle Biomasse im Kot wurde durch die Wiegung des MP auf durchschnittlich 467 g/kg TM bestimmt. Der Stickstoffgehalt im Kot betrug im Mittel 46•1 g/kg TM und der in die Bakterienmasse eingebaute Stickstoffanteil 27•1 g/kg TM bzw. 58% vom Gesamtstickstoffgehalt im Kot. Die BEDN Fraktion wurde auf 73% am Kotstickstoff bestimmt. Der P-Gehalt im Kot sowie der N Gehalt im MP mit durchschnittlichen 10•4 und 57•9 g/kg TM lagen im Bereich von Literaturangaben. Die P Gehalte im MP schwankten in Abhängigkeit von der Zugabe von Phytase signifikant (P=0•000) von 1•8 bis 4•8 g/kg TM. Die Aminozucker wiesen keine signifikanten unterschiede zwischen Fütterungsvarianten auf und lagen im Bereich von Werten von Rinderkot. Ergebnisse weisen darauf hin, dass die angewandte Methode zur direkten Quantifizierung der mikrobiellen Biomasse geeignet ist.

The mechanism of bacterial indigo reduction

The reduction of water-insoluble indigo by the recently isolated moderate thermophile, Clostridium isatidis, has been studied with the aim of developing a sustainable technology for industrial indigo reduction. The ability to reduce indigo was not shared with C. aurantibutyricum, C. celatum and C. papyrosolvens, but C. papyrosolvens could reduce indigo carmine (5,5-indigosulfonic acid), a soluble indigo derivative. The supernatant from cultures of C. isatidis, but not from cultures of the other bacteria tested, decreased indigo particle size to one-tenth diameter. Addition of madder powder, anthraquinone-2,6-disulfonic acid, and humic acid all stimulated indigo reduction by C. isatidis. Redox potentials of cultures of C. isatidis were about 100 mV more negative than those of C. aurantibutyricum, C. celatum and C. papyrosolvens, and reached –600 mV versus the SCE in the presence of indigo, but potentials were not consistently affected by the addition of the quinone compounds, which probably act by modifying the surface of the bacteria or indigo particles. It is concluded that C. isatidis can reduce indigo because (1) it produces an extracellular factor that decreases indigo particle size, and (2) it generates a sufficiently reducing potential.

Formate-dependent growth and homoacetogenic fermentation by a bacterium from human feces: Description of Bryantella formatexigens gen. nov., sp nov.

Formate stimulates growth of a new bacterium from human feces. With high formate, it ferments glucose to acetate via the Wood-Ljungdahl pathway. The original isolate fermented vegetable cellulose and carboxymethylcellulose, but it lost this ability after storage at -76degreesC. 16S rRNA gene sequencing identifies it as a distinct line within the Clostridium coccoides supra-generic rRNA grouping. We propose naming it Bryantella formatexigens gen. nov., sp. nov.

Hespellia stercorisuis gen. nov., sp nov and Hespellia porcina sp nov., isolated from swine manure storage pits

Four Gram-positive-staining, strictly anaerobic, non-spore-forming, rod-shaped organisms were isolated from a pig manure storage pit. Comparative 16S rRNA gene sequence analysis revealed that the isolates belonged to two related but distinct groups. Sequence analysis showed that the two groups of isolates were highly related to each other (approx. 97% 16S rRNA gene sequence similarity), forming a distinct cluster within the Clostridium coccoides suprageneric rDNA grouping. Biochemical and physiological studies confirmed the division of the isolates into two related, albeit distinct, groups. Based on both phenotypic and phylogenetic evidence, it is proposed that the unidentified rod-shaped isolates from pig manure should be classified in a novel genus, Hespellia gen. nov., as Hespellia stercorisuis sp. nov. and Hespellia porcina sp. nov. The type species of the novel genus is H. stercorisuis (type strain, PC18(T) = NRRL B-23456(T) = CCUG 46279(T) = ATCC BAA-677(T)) and the type strain of H. porcina is PC80(T) (= NRRL B-23458(T) = ATCC BAA-674(T)).

Microbial species involved in production of 1,2-sn-diacylglycerol and effects of phosphatidylcholine on human fecal microbiota

1,2-sn-Diacylglycerols (DAGs) are activators of protein kinase C (PKQ, which is involved in the regulation of colonic mucosal proliferation. Extracellular DAG has been shown to stimulate the growth of cancer cell lines in vitro and may therefore play an important role in tumor promotion. DAG has been detected in human fecal extracts and is thought to be of microbial origin. Hitherto, no attempts have been made to identify the predominant fecal bacterial species involved in its production. We therefore used anaerobic batch culture systems to determine whether fecal bacteria could utilize phosphatidylcholine (0.5% [wt/vol]) to produce DAG. Production was found to be dependent upon the presence of the substrate and was enhanced in the presence of high concentrations of deoxycholate (5 and 10 mM) in the growth medium. Moreover, its production increased with the pH, and large inter- and intraindividual variations were observed between cultures seeded with inocula from different individuals. Clostridia and Escherichia coli multiplied in the fermentation systems, indicating their involvement in phosphatidylcholine metabolism. On the other hand, there was a significant decrease in the number of Bifidobacterium spp. in the presence of phosphatidylcholine. Pure-culture experiments showed that 10 of the 12 strains yielding the highest DAG levels (>50 nmol/ml) were isolated from batch culture enrichments run at pH 8.5. We found that the strains capable of producing large amounts of DAG were predominantly Clostridium bifermentans (8 of 12), followed by Escherichia coli (2 of 12). Interestingly, one DAG-producing strain was Bifidobacterium infantis, which is often considered a beneficial gut microorganism. Our results have provided further evidence that fecal bacteria can produce DAG and that specific bacterial groups are involved in this process. Future strategies to reduce DAG formation in the gut should target these species.

Flavanol monomer-induced changes to the human faecal microflora

We have investigated the bacterial-dependent metabolism of (-)-epicatechin and (+)-catechin using a pH-controlled, stirred, batch-culture fermentation system reflective of the distal region of the human large intestine. Incubation of (-)-epicatechin or (+)-catechin (150mg/l or 1000mg/l) with faecal bacteria, led to the generation of 5-(3,4'-dihydroxyphenyl)-gamma-valerolactone, 5-phenyl-gamma-valerolactone and phenylpropionic acid. However, the formation of these metabolites from (+)-catechin required its initial conversion to (+)-epicatechin. The metabolism of both flavanols occurred in the presence of favourable carbon sources, notably sucrose and the prebiotic fructo-oligosaccharides, indicating that bacterial utilisation of flavanols also occurs when preferential energy sources are available. (+)-Catechin incubation affected the growth of select microflora, resulting in a statistically significant increase in the growth of the Clostridium coccoides-Eubacterium rectale group, Bifidobacterium spp. and Escherichia coli, as well as a significant inhibitory effect on the growth of the C. histolyticum group. In contrast, the effect of (-)-epicatechin was less profound, only significantly increasing the growth of the C. coccoides-Eubacterium rectale group. These potential prebiotic effects for both (+)-catechin and (-)-epicatechin were most notable at the lower concentration of 150 mg/l. As both (-)-epicatechin and (+)-catechin were converted to the same metabolites, the more dramatic change in the growth of distinct microfloral populations produced by (+)-catechin incubation may be linked to the bacterial conversion of (+)-catechin to (+)-epicatechin. Together these data suggest that the consumption of flavanol-rich foods may support gut health through their ability to exert prebiotic actions.

A novel galactooligosaccharide mixture increases the bifidobacterial population numbers in a continuous in vitro fermentation system and in the proximal colonic contents of pigs in vivo

Prebiotics are nondigestible food ingredients that encourage proliferation of selected groups of the colonic microflora, thereby altering the composition toward a more beneficial community. In the present study, the prebiotic potential of a novel galactooligosaccharide (GOS) mixture, produced by the activity of galactosyltransferases from Bifidobacterium bifidum 41171 on lactose, was assessed in vitro and in a parallel continuous randomized pig trial. In situ fluorescent hybridization with 16S rRNA-targeted probes was used to investigate changes in total bacteria, bifidobacteria, lactobacilli, bacteroides, and Clostridium histolyticum group in response to supplementing the novel GOS mixture. In a 3-stage continuous culture system, the bifidobacterial numbers for the first 2 vessels, which represented the proximal and traverse colon, increased (P < 0.05) after the addition of the oligosaccharide mixture. In addition, the oligosaccharide mixture strongly inhibited the attachment of enterohepatic Escherichia coli (P < 0.01) and Salmonella enterica serotype Typhimurium (P < 0.01) to HT29 cells. Addition of the novel mixture at 4% (wt:wt) to a commercial diet increased the density of bificlobacteria (P < 0.001) and the acetate concentration (P < 0.001), and decreased the pH (P < 0.001) compared with the control diet and the control diet supplemented with inulin, suggesting a great prebiotic potential for the novel oligosaccharide mixture. J. Nutr. 135: 1726-1731, 2005.

Biodiversity of human faecal bacteria isolated from phytic acid enriched chemostat fermenters

Background: Myo-inositol hexaphosphate (IP6) or phytic acid is found mostly in cereals and legumes and is thought to possess anti-carcinogenic properties. Aim: To isolate and identify faecal bacteria capable of phytic acid metabolism and to assess the effectiveness of prebiotics (dietary oligosaccharides, metabolised by selective colonic bacteria) in preserving the integrity of phytic acid. Methods: Faecal samples from three volunteers were used in continuous culture experiments under varying conditions of pH, substrate concentration and dilution rates, seventy three different isolates cultured at steady state were then screened for phytic acid metabolism and identified through partial sequencing of their 16S rRNA genes (16S ribosomal ribonucleic acid). Utilisation of phytic acid was also assessed in a continuous culture system enriched with prebiotic fructooligosaccharides (FOS). Results: Bacteroides spp., Clostridium spp. and facultatively anaerobic bacteria generally appeared to maintain viable counts in the presence of phytic acid. Bifidobacterium spp. and Lactobacillus spp. appeared less able to maintain viable counts in the presence of phytic acid. These results were confirmed by an increase in viable counts of Bacteroides spp., Clostridium spp. and a decrease in viable counts of Bifidobacterium spp. and Lactobacillus spp. once phytic acid was introduced to a FOS enriched continuous culture. Conclusions: The phytate metabolising biodiversity from the human large intestine does not appear to encompass major bacterial genera associated with beneficial or benign health effects (e.g. Lactobacillus spp. and Bifidobacterium spp).

Metabolism of the soyabean isoflavone glycoside genistin in vitro by human gut bacteria and the effect of prebiotics

The isoflavone genistein is found predominantly in soyabeans and is thought to possess various potent biological properties, including anticarcinogenic effects. Studies have shown that genistein is extensively degraded by the human gut microflora, presumably with a loss of its anti-carcinogenic action. The aim of the present study was to investigate the potential of a prebiotic to divert bacterial metabolism away from genistein breakdown: this may be of benefit to the host. Faecal samples were obtained from healthy volunteers and fermented in the presence of a source of soyabean isoflavones (Novasoy(TM) (10 g/l); ADM Neutraceuticals, Erith, Kent, UK). Bacterial genera of the human gut were enumerated using selective agars and genistein was quantified by HPLC. The experiment was repeated with the addition of glucose (10 g/l) or fructo-oligosaccharide (10 g/l; FOS) to the fermentation medium. The results showed most notably that counts of Bifidobacterium spp. and Lactobacillus spp. were significantly increased (P<0.05 and P<0.01 respectively) under steady-state conditions in the presence of FOS. Counts of Bacteroides spp. and Clostridium spp. were, however, both significantly reduced (P<0.05) during the fermentation. A decline in genistein concentration by about 52 and 56% over the 120h culture period was observed with the addition of glucose or FOS to the basal medium (P<0.01), compared with about 91% loss of genistein in the vessels containing Novasoy(TM) (ADM Neutraceuticals) only. Similar trends were obtained using a three-stage chemostat (gut model), in which once again the degradation of genistein was about 22% in vessel one, about 24% in vessel two and about 26% in vessel three in the presence of FOS, compared with a degradation of genistein of about 67% in vessel one, about 95% in vessel two and about 93% in vessel three in the gut model containing Novasoy(TM) (ADM Neutraceuticals) only. The present study has shown that the addition of excess substrate appeared to preserve genistein in vitro. In particular, the use of FOS not only augmented this effect, but also conferred an additional benefit in selectively increasing numbers of purportedly beneficial bacteria such as bifidobacteria and lactobacilli.

In vitro effects of selected synbiotics on the human faecal microbiota composition

Synbiotics are recognized means of modulating gut microbiota composition and activities. However, whether synbiotics are superior to prebiotics and probiotics alone in moderating the gut microbiota towards a purportedly healthy composition has not been determined. Eight selected synbiotics (short-chain fructooligosaccharides or fructooligosaccharides, each combined with one of four probiotics, Lactobacillus fermentum ME-3, Lactobacillus plantarum WCFS1, Lactobacillus paracasei 8700:2 or Bifidobacterium longum 46) were added to 24-h pH-controlled anaerobic faecal batch cultures. The prebiotic and probiotic components were also tested alone to determine their respective role within the synbiotic for modulation of the faecal microbiota. Effects upon major groups of the microbiota were evaluated using FISH. Rifampicin variant probiotic strains were used to assess probiotic levels. Synbiotic and prebiotics increased bifidobacteria and the Eubacterium rectale-Clostridium coccoides group. Lower levels of Escherichia coli were retrieved with these combinations after 5 and 10 h of fermentation. Probiotics alone had little effect upon the groups, however. Multivariate analysis revealed that the effect of synbiotics differed from the prebiotics as higher levels of Lactobacillus-Enterococcus were observed when the probiotic was stimulated by the prebiotic component. Here, the synbiotic approach was more effective than prebiotic or probiotic alone to modulate the gut microbiota.