Reduction of trimethylamine N-oxide to trimethylamine by the human gut microbiota: supporting evidence for ‘metabolic retroversion’

Dietary sources of methylamines such as choline, trimethylamine (TMA), trimethylamine N-oxide (TMAO), phosphatidylcholine (PC) and carnitine are present in a number of foodstuffs, including meat, fish, nuts and eggs. It is recognized that the gut microbiota is able to convert choline to TMA in a fermentation-like process. Similarly, PC and carnitine are converted to TMA by the gut microbiota. It has been suggested that TMAO is subject to ‘metabolic retroversion’ in the gut (i.e. it is reduced to TMA by the gut microbiota, with this TMA being oxidized to produce TMAO in the liver). Sixty-six strains of human faecal and caecal bacteria were screened on solid and liquid media for their ability to utilize trimethylamine N-oxide (TMAO), with metabolites in spent media profiled by Proton Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR) spectroscopy. Enterobacteriaceae produced mostly TMA from TMAO, with caecal/small intestinal isolates of Escherichia coli producing more TMA than their faecal counterparts. Lactic acid bacteria (enterococci, streptococci, bifidobacteria) produced increased amounts of lactate when grown in the presence of TMAO, but did not produce large amounts of TMA from TMAO. The presence of TMAO in media increased the growth rate of Enterobacteriaceae; while it did not affect the growth rate of lactic acid bacteria, TMAO increased the biomass of these bacteria. The positive influence of TMAO on Enterobacteriaceae was confirmed in anaerobic, stirred, pH-controlled batch culture fermentation systems inoculated with human faeces, where this was the only bacterial population whose growth was significantly stimulated by the presence of TMAO in the medium. We hypothesize that dietary TMAO is used as an alternative electron acceptor by the gut microbiota in the small intestine/proximal colon, and contributes to microbial population dynamics upon its utilization and retroversion to TMA, prior to absorption and secondary conversion to TMAO by hepatic flavin-containing monooxygenases. Our findings support the idea that oral TMAO supplementation is a physiologically-stable microbiota-mediated strategy to deliver TMA at the gut barrier.

Oligodendroglia metabolically support axons and contribute to neurodegeneration.

Oligodendroglia support axon survival and function through mechanisms independent of myelination, and their dysfunction leads to axon degeneration in several diseases. The cause of this degeneration has not been determined, but lack of energy metabolites such as glucose or lactate has been proposed. Lactate is transported exclusively by monocarboxylate transporters, and changes to these transporters alter lactate production and use. Here we show that the most abundant lactate transporter in the central nervous system, monocarboxylate transporter 1 (MCT1, also known as SLC16A1), is highly enriched within oligodendroglia and that disruption of this transporter produces axon damage and neuron loss in animal and cell culture models. In addition, this same transporter is reduced in patients with, and in mouse models of, amyotrophic lateral sclerosis, suggesting a role for oligodendroglial MCT1 in pathogenesis. The role of oligodendroglia in axon function and neuron survival has been elusive; this study defines a new fundamental mechanism by which oligodendroglia support neurons and axons.

Sweet sixteen for ANLS.

Since its introduction 16 years ago, the astrocyte-neuron lactate shuttle (ANLS) model has profoundly modified our understanding of neuroenergetics by bringing a cellular and molecular resolution. Praised or disputed, the concept has never ceased to attract attention, leading to critical advances and unexpected insights. Here, we summarize recent experimental evidence further supporting the main tenets of the model. Thus, evidence for distinct metabolic phenotypes between neurons (mainly oxidative) and astrocytes (mainly glycolytic) have been provided by genomics and classical metabolic approaches. Moreover, it has become clear that astrocytes act as a syncytium to distribute energy substrates such as lactate to active neurones. Glycogen, the main energy reserve located in astrocytes, is used as a lactate source to sustain glutamatergic neurotransmission and synaptic plasticity. Lactate is also emerging as a neuroprotective agent as well as a key signal to regulate blood flow. Characterization of monocarboxylate transporter regulation indicates a possible involvement in synaptic plasticity and memory. Finally, several modeling studies captured the implications of such findings for many brain functions. The ANLS model now represents a useful, experimentally based framework to better understand the coupling between neuronal activity and energetics as it relates to neuronal plasticity, neurodegeneration, and functional brain imaging.

Attempted asymmetric synthesis of Lactobacillic acid / |nFawzy F. Z. Georges. -- 260 St. Catharines, Ont. : [s. n.],

This research work has been planned with the intention of proving the absolute configuration of lactobacillc acid. During the course of this work, attempts have been made to synthesize cis-2-carboxycyclopropane- l-.acetic acid as,v,a suitable resolvable material. As the results were not satisfactory, the synthesis of ci,s-2-carboxycyclopropane-l-propionic acid has been alternatively attempted by ring opening of bicyclo- [4.1.~-heptan-2-onewithout much success. Attempts to resolve or prepare bicyclo[ 4.1.~-hePtan-2-one optically active are also reported. On the other hand, a complete scheme is described for the possible synthesis of optically active lactobacillic acid. If only bicyclo- ~.1.~ -heptan-2-one can be resolved or prepared optically active, this described scheme can be applied smoothly to the synthesis of enant~omeric lactobacillic acid.

Subcutaneous study on the controlled release of Etanidazole and Taxol for the treatment of Glioma

BALB/c nude mice 6 weeks old were inoculated with glioma C6 cell-line and the efficacy of the different amount of Etanidazole-discs and Taxol-microspheres was investigated. Poly (D,L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) was used as the main encapsulating polymer and polyethylene glycol was added to increase the porosity. The 1% drug loading microspheres of each drug were produced by spray drying and the discs were obtained by compressing the Etanidazole-microspheres. Intra-tumoral injection followed by irradiation resulted in high systemic dosage and thus systemic toxicity. Tumors grown for 6 days, 9 days and 16 days were implanted with 0.5 mg or 1.0 mg or 1.5 mg of the drug. A radiation dosage of 2 Gy each time for a number of times was given for animals implanted with Etanidazole and no irradiation was given for animals implanted with Taxol. Increasing the number of doses clearly decreased the rate of tumor growth. The increase in the amount of drug on smaller sized tumors controlled the tumor better and there was agglomeration of the microspheres resulting in deviation of release profile of the drug as compared to the in vitro studies. It was observed that 1.0 mg of Taxol given to a tumor grown for 6 days was able to suppress the tumor for a total period of approximately two months and no tumor resurrection was observed during the second month.

Eficacia diagnostica del ácido láctico en liquido cefalorraquídeo en meningitis postclipaje de aneurisma cerebral y hemorragia subaracnoidea

La concentración de ácido láctico en LCR en pacientes con sospecha de meningitis postquirúrgica luego de clipaje de aneurisma cerebral y hemorragia subaracnoidea espontánea se midió prospectivamente por un período de tres años. Se analizaron un total de 32 muestras de líquido cefalorraquídeo, se midió la concentración de ácido láctico y se comparó con el cultivo de LCR. Los cultivos fueron positivos en cinco pacientes, con una prevalencia de infección del 15%. Se utilizó un valor umbral de ácido láctico de 4 mmol/L. y se encontró una sensibilidad del 80%, especificidad del 52%, VPP del 23%, VPN del 93%, y likelihood ratio (LHR) positivo de 1,66 con una probabilidad post test de 15% de la concentración del ácido láctico en el diagnóstico de meningitis postquirúrgica en pacientes con hemorragia subaracnoidea aneurismática. La concentración de ácido láctico en LCR tiene un desempeño limitado en el diagnóstico de meningitis postquirúrgica en pacientes con hemorragia subaracnoidea aneurismática.

Perfil acido-base de pacientes con cirrosis descompensada por hemorragia digestiva alta en el departamento de emergencias: serie de casos

Introducción: La hemorragia digestiva (HVDA) es la principal causa de descompensación en pacientes con cirrosis. Caracterizar el estado ácido-base de estos pacientes sería útil para reflejar la severidad del sangrado e identificar pacientes con alto riesgo de complicación. Objetivo: Describir el estado ácido-base de los pacientes que consultaron a urgencias con cirrosis descompensada por HVDA y posteriormente fueron manejados en la unidad de cuidado intensivo (UCI) o fallecieron. Métodos: Se realizó el análisis del estado ácido-base a 10 pacientes con estas características, utilizando tres métodos distintos. Resultados: El perfil ácido-base encontrado fue: acidosis metabólica por iones no medidos, acidosis láctica, alcalosis por hipoalbuminemia y anión gap elevado en la mayoría de pacientes. Conclusiones: La teoría de Henderson-Hasselbach no fue suficiente para identificar pacientes con alto riesgo, debería implementarse concomitantemente el análisis anión gap, base déficit y el método físico–químico, para entender los fenómenos acido base de estos pacientes.

Descripción del estado acido base en pacientes con quemaduras térmicas agudas: serie de casos

Introducción: Los pacientes con lesiones térmicas presentan alteraciones fisiológicas complejas que hacen difícil la caracterización del estado ácido-base y así mismo alteraciones electrolíticas e hipoalbuminemia que pudieran estar relacionados con un peor pronóstico. Se ha estudiado la base déficit (BD) y el lactato, encontrando una gran divergencia en los resultados. Por lo anterior, el análisis físico-químico del estado ácido-base podría tener un rendimiento superior a los métodos tradicionales. Metodología: Se realizó el análisis de una serie de casos de 15 pacientes mayores de 15 años, con superficie corporal quemada mayor al 20% que ingresaron a una unidad de cuidado intensivo (UCI) de quemados, dentro de las siguientes 48 horas del trauma. Para el análisis se utilizaron tres métodos distintos: 1) método convencional basado en la teoría de Henderson-Hasselbalch, 2) anión-gap (AG) y anión-gap corregido por albúmina, 3) análisis físico-químico del estado ácido-base según la teoría de Stewart modificado por Fencl y Figge. Resultados: Por el método de Henderson-Hasselbalch, 8 pacientes cursaron con acidosis metabólica, 4 pacientes con una BD leve, 5 pacientes con una BD moderada y 5 pacientes con una BD severa. El AG resultó menor a 16 mmol/dl en 10 pacientes, pero al corregirlo por albumina sólo 2 pacientes cursaron con AG normal. La diferencia de iones fuertes (DIF) se encontraba anormalmente elevada en la totalidad de los pacientes. Conclusión:El análisis del AG corregido por albumina y el análisis físico-químico del estado ácido-base, podrían tener mayor rendimiento al identificar las alteraciones metabólicas de estos pacientes.

Estudio de las comunidades microbianas de embutidos fermentados ligeramente acidificados mediante técnicas moleculares. Estandarización, seguridad y mejora tecnológica.

Los embutidos fermentados ligeramente acidificados son un grupo de productos tradicionales mediterráneos, caracterizados por un pH superior a 5,3. Para un control eficiente de la seguridad microbiológica de los embutidos se necesitan técnicas rápidas para la identificación y recuento de los microorganismos patógenos a estudiar. En el presente trabajo, se desarrolló una técnica para la enumeración de L. monocytogenes que combinó el método del número más probable y la identificación mediante PCR específica. Para la detección de Salmonella spp. y L. monocytogenes se desarrolló un sistema de PCR-multiplex que permitió la identificación de ambos patógenos de forma simultánea en una sola reacción. El estudio de la calidad microbiológica de los embutidos fermentados ligeramente acidificados se completó con la caracterización de las comunidades microbianas más importantes en estos productos. Se identificaron a nivel de especie los aislados de bacterias del ácido láctico (BAL), de enterococos y de cocos gram-positivos catalasa-positivos (CGC+). Posteriormente se realizó una tipificación molecular de los mismos mediante RAPD y análisis del perfil plasmídico y se estudiaron las principales características de interés higiénico-sanitario y tecnológico de las cepas. Mediante PCR se identificó Lactobacillus sakei como la especie predominante (74%), seguida por Lactobacillus curvatus (21,2%). La actividad aminoácido-descarboxilasa se asoció a la especie L. curvatus (el 66% de los aislados presentaron esta actividad). La identificación de los enterococos se realizó mediante PCR-multiplex y por secuenciación del gen sodA. Enterococcus faecium fue la especie de enterococos predominante (51,9%) seguida por Enterococcus faecalis (14,2%). Todas las cepas de E. faecalis presentaron genes asociados a factores de virulencia. E. faecalis presentó mayor resistencia a antibióticos que el resto de las especies de enterococos estudiadas. Tan sólo una cepa de E. faecium presentó el genotipo vanA (que confiere resistencia de alto nivel a la vancomicina). La identificación de los aislados de CGC+ (mediante PCR específica y amplificación de la región intergénica 16S-23S ARNr) demostró que Staphylococcus xylosus es la especie predominante en los embutidos fermentados ligeramente acidificados (80,8%). La amina biógena más común en los CGC+ fue la feniletilamina, producida por un 10,8% de aislados. Un pequeño porcentaje de aislados fueron mecA+ (4,6%), presentando además resistencia a múltiples antibióticos. El potencial enterotoxigénico de las cepas de CGC+ fue muy reducido (3,3% de los aislados), detectándose únicamente el gen entC. El estudio pormenorizado de las comunidades bacterianas de interés permitió la selección de 2 cepas de L. sakei y 2 cepas de S. xylosus con características tecnológicas e higiénico-sanitarias óptimas. Para evaluar su efectividad como cultivos iniciadores se elaboraron dos tipos de embutidos ligeramente ácidos, chorizo y fuet, inoculados con microorganismos patógenos (Salmonella spp., L. monocytogenes y S. aureus). El uso de cultivos iniciadores permitió el control de L. monocytogenes, Enterobacteriaceae y Enterococcus así como del contenido en aminas biógenas. Los recuentos de Salmonella spp. disminuyeron de forma significante durante la maduración de los embutidos, independientemente del uso de cultivos iniciadores. El uso del tratamiento de alta presión (400 MPa) en los embutidos madurados consiguió la ausencia de Salmonella spp. en los lotes tratados.

Advances in animal blood processing: development of a biopreservation system and insights on the functional properties of plasma

La sang és un subproducte amb un alt potencial de valorització que s'obté en quantitats importants en els escorxadors industrials. Actualment, la majoria de sistemes de recollida de la sang no segueixen unes mesures d'higiene estrictes, pel que esdevé un producte de baixa qualitat microbiològica. Conseqüentment, l'aprofitament de la sang és una sortida poc estimulant des del punt de vista econòmic, ja que acostuma a perdre les qualitats que permetrien l'obtenció de productes d'alt valor afegit. El capítol I del present treball s'inclou dins d'un projecte que proposa la inoculació de bacteris de l'àcid làctic (LAB) com un cultiu bioconservador de la sang, un sistema senzill i de baix cost que cerca l'estabilitat de la sang, tant microbiològica com fisicoquímica, durant el període del seu emmagatzematge. El capítol II s'emmarca dins d'un projecte que cerca la millora de l'aprofitament integral de la sang que, en el cas de la fracció plasmàtica, es centra en l'estudi de la funcionalitat dels seus principals constituents. Conèixer la contribució dels components majoritaris ha de permetre la millora de la funcionalitat dels ingredients alimentaris derivats. Els resultats presentats en aquesta tesi poden ajudar a la valorització de la sang porcina d'escorxadors industrials, mitjançant els coneixements adquirits pel que fa a la millora del seu sistema de recollida i del desenvolupament d'ingredients alimentaris amb interessants propietats funcionals.

Aislamiento, identificación y conservación de cultivos de bacterias lácticas antagonistas de microbiota contaminante de sangre de matadero

La sangre obtenida en el matadero es un producto altamente contaminado que requiere un procesamiento inmediato si se pretende utilizarla como insumo alimentario en la fabricación de productos destinados al consumo humano. Si bien es cierto que los sistemas de higienización podrían ser muy eficientes desde el punto de vista de calidad microbiológica, su instalación en la línea de sacrificio comportaría muchas dificultades desde el punto de vista técnico y en algún caso sería muy costoso. La bioconservación podría ser una alternativa para mejorar la calidad microbiológica de la sangre, alargar su vida útil y reducir las posibilidades de procesamiento inmediato. El presente estudio nos permitiría formular la posibilidad de aplicar la bioconservación en sangre de cerdo procedente de matadero industrial, utilizando bacterias ácido lácticas (BAL) como cultivo bioprotector, para lo cual se aislaron cepas de BAL autóctonas y se confeccionaron dos colecciones una de BAL mesófilas y otra de psicrótrofas. Se evaluó el potencial antagonista de la colección de BAL mesófilas y psicrótrofas a 30ºC y a 15ºC respectivamente frente a bacterias contaminantes habituales de este subproducto. Las BAL que demostraron antagonismo en placa (7,1% a 30ºC y 11% a 15ºC) fueron seleccionadas para evaluar el potencial antagonista en sangre, donde el efecto inhibitorio se vio favorecido por la adición de un 2% glucosa. S.aureus y P. fluorescens fueron los indicadores más inhibidos por las cepas mesófilas, en algunos casos con reducciones superiores a 7 unidades logarítmicas. En condiciones psicrótrofas la bacteria más sensible a la presencia de BAL fue Bacillus sp., donde 8 de las 11 BAL ensayadas permitieron reducciones superiores a 4 logs y 1cepa incluso superiores a 7 logs; se obtuvieron reducciones máximas de 3 logs de E.coli y Pseudomonas fue inhibida por todas las BAL ensayadas, en algún caso con reducciones superiores a 5 logs. Las 5 que cepas que presentaron el espectro de inhibición más amplio en condiciones mesófilas y 7 en condiciones psicrótrofas frente a los microorganismos indicadores contaminantes de sangre de matadero se identificaron mediante técnicas moleculares por comparación de la secuencias correspondientes al gen que codifica la síntesis de 16S ARNr (16S ADNr) con las secuencias publicadas en las bases de datos. De las 7 cepas antagonistas en condiciones psicrótrofas 5 se identificaron como Lactococcus garvieae y 2 como Enterococcus malodoratus/gilvius raffinosus. Todas las BAL con potencial antagonista en condiciones mesófilas pertenecían al género Lactobacillus, 3 de elllas se identificaron como Lactobacillus murinus/animalis y una se identificó como Lactobacillus reuteri. TA20 que tuvo un gran espectro de inhibición a ambas temperaturas se identificó como Lactococcus garvieae. En este estudio se evaluaron tres métodos de conservación a largo plazo de las cepas que mostraron potencial antagonista. Se comparó la liofilización, la atomización frente a la congelación a -80ºC que era método que se había utilizado hasta el momento para conservar ambas colecciones de BAL. En general, los métodos de deshidratación (atomización y liofilización) y mantenimiento en refrigeración a 5ºC de los cultivos deshidratados se han mostrado más eficaces que la congelación.

Clostridium bolteae sp. nov., isolated from human sources

Seven obligately anaerobic, gram-positive, rod-shaped, spore-forming organisms isolated from human sources were characterized using phenotypic and molecular taxonomic methods. Comparative 16S rRNA gene sequencing showed that the strains were genetically highly related to each other (displaying >99% sequence similarity) and represent a previously unknown sub-line within the Clostridium coccoides rRNA group of organisms. Strains of the unidentified bacterium used carbohydrate as fermentable substrates, producing acetic acid and lactic acid as the major products of glucose metabolism. The closest described species to the novel bacterium corresponded to Clostridium clostridioforme, although a 16S rRNA sequence divergence of 3% demonstrated they represent different species. Genomic DNA-DNA pairing studies confirmed the separateness of the unknown species and Clostridium clostridioforme. Based on phenotypic and phylogenetic evidence, it is therefore proposed that the unknown bacterium, be classified as Clostridium bolteae sp. nov. The type strain of Clostridium bolteae is WAL 16351(T) (= ATCC(T) = BAA-613(T), CCUG(T) = 46953(T)).

Selective fermentation of gentiobiose-derived oligosaccharides by human gut bacteria and influence of molecular weight

Gentiooligosaccharides and alternansucrase gentiobiose acceptor products were fractionated by their degree of polymerization (DP) on a Bio-Gel P2 column. Fractions were characterized by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectroscopy, and incubated with human faecal bacteria under anaerobic conditions at 37 degrees C. The growth of predominant gut bacteria on the oligosaccharides was evaluated by fluorescence in situ hybridization and a prebiotic index (PI) was calculated. Lower DP gentiooligosaccharides (DP2-3) showed the highest selectivity (PI of 4.89 and 3.40, respectively), whereas DP4-5 alternansucrase gentiobiose acceptor products generated the greatest values (PI of 5.87). The production of short-chain fatty acids was also determined during the time course of the reactions. The mixture of DP6-10 alternansucrase gentiobiose acceptor products generated the highest levels of butyric acid but the lowest levels of lactic acid. Generally, for similar molecular weights, alternansucrase gentiobiose acceptor products gave higher PI values than gentiooligosaccharides.

Evaluation of the inclusion of a mixture of organic acids or lactulose into the feed of pigs experimentally challenged with Salmonella Typhimurium

A mixture of organic acids and lactulose for preventing or reducing colonization of the gut by Salmonella Typhimurium was evaluated in pigs. A total of 63 4-week-old commercial piglets were randomly distributed into three different experimental dietary groups: a plain diet without additives (PD) and the same diet supplemented with either 0.4% (w/v) formic acid and 0.4% lactic acid (w/v) (AC) or 1% (w/v) lactulose (LC). After 7 days of adaptation, two-thirds of the pigs (14 from each diet) were challenged with a 2-mL oral dose of 10(8) CFU/mL of Salmonella Typhimurium, leaving the remaining animals unchallenged (UC). After 4 and 10 days post-challenge, pigs were euthanized and the ileum and caecum content were aseptically sampled to (a) quantify lactic, formic, and short-chain fatty acids (SCFA), (b) quantify bacterial populations and Salmonella by fluorescence in situ hybridization and (c) qualitatively analyse bacterial populations through denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). Modification of fermentation products and counts of some of the bacterial groups analysed in the challenged pigs receiving the treatments AC and LC were minimal. Treatments only influenced the bacterial diversity after 10 days post-challenge, with AC generating a lower number of DGGE bands than UC(P < 0.05). Neither the inclusion of a mixture of 0.4% (w/v) formic and 0.4% (w/v) lactic acids nor of 1% (w/v) lactulose in the feed influenced numbers of Salmonella in the ileum and caecum of experimentally challenged pigs. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Molecular identification and anti-pathogenic activities of putative probiotic bacteria isolated from faeces of healthy elderly individuals

One hundred and nine lactic acid bacterial strains (56 bifidobacteria-like and 53 lactobacilli-like) were isolated from faecal samples donated by healthy elderly individuals (>65 years old). Isolates were identified to species level by phenotypic analysis (by API) and by 16S rDNA sequencing. Eleven species of Lactobacillus and six species of Bifidobacterium were identified. The most frequently isolated lactobacillus was L. fermentum and the most frequently isolated bifidobacterium was closely related to B. infantis by 16S rDNA sequence alignment. The isolates were characterized for their antimicrobial activity against Clostridium difficile, enteropathogenic Escherichia coli (EPEC), verocytotoxigenic E. coli (VTEC) and Campylobacter jejuni. The lactobacilli displayed variations in their antimicrobial activity with few strains showing inhibitory activity against all pathogens. The bifidobacteria displayed higher levels of inhibitory activity against C. jejuni and Cl. difficile than against the E. coli strains. Keywords: Lactobacillus, Bifidobacterium, elderly, gastrointestinal microbiota, inhibition, Clostridium difficile, enteropathogenic Escherichia coli (EPEC), verocytotoxigenic E. coli (VTEC), Campylobacter jejuni.