Genèse de l’immunopeptidome du CMH de classe I

La différentiation entre le « soi » et le « non-soi » est un processus biologique essentiel à la vie. Les peptides endogènes présentés par les complexes majeurs d’histocompatibilité de classe I (CMH I) représentent le fondement du « soi » pour les lymphocytes T CD8+. On donne le nom d’immunopeptidome à l’ensemble des peptides présentés à la surface cellulaire par les molécules du CMH I. Nos connaissances concernant l’origine, la composition et la plasticité de l’immunopeptidome restent très limitées. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une nouvelle approche par spectrométrie de masse permettant de définir avec précision : la nature et l’abondance relative de l’ensemble des peptides composant l’immunopeptidome. Nous avons trouvé que l’immunopeptidome, et par conséquent la nature du « soi » immun, est surreprésenté en peptides provenant de transcrits fortement abondants en plus de dissimuler une signature tissu-spécifique. Nous avons par la suite démontré que l’immunopeptidome est plastique et modulé par l’activité métabolique de la cellule. Nous avons en effet constaté que les modifications du métabolisme cellulaire par l’inhibition de mTOR (de l’anglais mammalian Target Of Rapamycin) provoquent des changements dynamiques dans la composition de l’immunopeptidome. Nous fournissons également la première preuve dans l’étude des systèmes que l’immunopeptidome communique à la surface cellulaire l’activité de certains réseaux biochimiques ainsi que de multiples événements métaboliques régulés à plusieurs niveaux à l’intérieur de la cellule. Nos découvertes ouvrent de nouveaux horizons dans les domaines de la biologie des systèmes et de l’immunologie. En effet, notre travail de recherche suggère que la composition de l’immunopeptidome est modulée dans l’espace et le temps. Il est par conséquent très important de poursuivre le développement de méthodes quantitatives au niveau des systèmes qui nous permettront de modéliser la plasticité de l’immunopeptidome. La simulation et la prédiction des variations dans l’immunopeptidome en réponse à différents facteurs cellulaires intrinsèques et extrinsèques seraient hautement pertinentes pour la conception de traitements immunothérapeutiques.

Characterizing the Expression of Cytochrome P450s in Breast Cancer Cells

Une résistance aux agents anticancéreux utilisés dans le traitement du cancer du sein est souvent associée à un échec de traitement. Des variations dans le devenir des agents anticancéreux dans l’organisme, sont des facteurs pouvant expliquer des phénomènes de résistance. Notre but était d’évaluer l’impact des isoenzymes du CYP450s, dans le métabolisme local des agents anticancéreux. Notre premier objectif était de valider un gène rapporteur pour nos analyses de PCR en temps réel. Pour ce faire, nous avons criblé l’expression de 6 gènes rapporteurs dans 23 lignées cellulaires. NUP-214 a été démontré comme étant le gène rapporteur le plus stable avec un écart-type de seulement 0.55 Ct. Notre deuxième objectif était de déterminer le niveau d’expression des ARNm de 19 isoformes du CYP450 dans plusieurs lignées cellulaires du cancer du sein. Les ARNm des CYP450s ont démontré une très grande variabilité entre les lignées cellulaires. Les isoformes CYP1B1 et CYP2J2 démontrent l’expression la plus importante pour la majorité des lignées. Notre troisième objectif était d’évaluer la corrélation entre l’expression des isoformes des CYP450s et leur activité métabolique en utilisant les substrats spécifiques du CYP1B1 et 2J2, 7-éthoxyrésorufine et ébastine, respectivement. Une forte corrélation (r2=0.99) fut observée entre l’activité métabolique vis-à-vis l’ébastine et l’expression du CYP2J2. De même, le métabolisme du 7-éthoxyrésorufine était fortement corrélé (r2=0.98) avec l’expression du CYP1B1. En résumé, ces résultats suggèrent que le métabolisme local des agents anticancéreux pourrait significativement moduler le devenir des agents anticancéreux dans l’organisme, et pourrait être ainsi, une source de résistance.

Les répercussions de l’insuffisance rénale chronique sur le transport des médicaments

L’insuffisance rénale chronique (IRC) affecte 13 % de la population américaine et son incidence ne cesse d’augmenter. Malgré un ajustement des doses de médicaments administrés en fonction du taux de filtration glomérulaire du patient urémique, près de 40 % des patients reçoivent une dose trop élevée en raison de modifications de l’élimination extrarénale des médicaments chez ces patients. Il est connu que l’IRC affecte l’élimination métabolique des médicaments par les cytochromes P450 et les enzymes de biotransformation de phase II. Nous avons aussi démontré, chez le rat, que l’IRC affecte l’expression et l’activité de transporteurs de médicaments intestinaux entraînant une augmentation de la biodisponibilité de certains médicaments. On retrouve des transporteurs de médicaments dans de nombreux organes comme le foie, les reins et la barrière hématoencéphalique (BHE) où ils jouent des rôles importants dans les éliminations biliaire et rénale et la pénétration des médicaments au cerveau. Le but de ce travail était de mesurer, chez des rats néphrectomisés, les impacts de l’IRC sur l’expression protéique et génique et l’activité des transporteurs de médicaments hépatiques, rénaux et cérébraux. Les transporteurs étudiés sont de la famille des transporteurs ABC (P-glycoprotéine, multidrug-resistance related protein, breast cancer resistance protein) ou des solute carriers (organic anion transporter, organic anion transporting protein). Aussi, une étude réalisée chez l’humain visait à évaluer la pharmacocinétique de deux médicaments : la fexofénadine, un médicament majoritairement transporté, et le midazolam, un substrat du cytochrome P450 3A4, chez des sujets dialysés. Nos résultats montrent que, chez le rat, l’IRC entraîne des modulations de l’expression des transporteurs d’influx et d’efflux hépatiques pouvant entraîner des diminutions du métabolisme hépatique et de l’excrétion biliaire des médicaments. Dans le rein, nous avons démontré des modulations de l’expression des transporteurs de médicaments. Nous avons aussi démontré que l’IRC diminue l’élimination urinaire de la rhodamine 123 et favorise l’accumulation intrarénale de médicaments transportés comme la benzylpénicilline et la digoxine. À la BHE, nous avons démontré des diminutions de l’expression des transporteurs de médicaments. Toutefois, nous n’avons pas observé d’accumulation intracérébrale de trois substrats utilisés (digoxine, doxorubicine et vérapamil) et même une diminution de l’accumulation intracérébrale de la benzylpénicilline. Il semble donc que, malgré les modulations de l’expression des différents transporteurs de médicaments, l’intégrité et la fonction de la BHE soient conservées en IRC. Chez l’humain, nous avons démontré une augmentation de la surface sous la courbe de la fexofénadine chez les sujets dialysés, comparativement aux témoins, suggérant une altération des mécanismes de transport des médicaments chez ces patients. Nous n’avons, toutefois, pas observé de modification de la pharmacocinétique du midazolam chez les patients dialysés, suggérant une activité métabolique normale chez ces patients. Un ou des facteurs s’accumulant dans le sérum des sujets urémiques semblent responsables des modulations de l’expression et de l’activité des transporteurs de médicaments observées chez le rat et l’humain. Ces travaux mettent en évidence une nouvelle problématique chez les sujets urémiques. Nous devons maintenant identifier les mécanismes impliqués afin d’éventuellement développer des stratégies pour prévenir la toxicité et la morbidité chez ces patients.

Implication du CYP2D6 dans la pharmacodynamie et la pharmacogénomique de l’oxycodone

La variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments constitue une problématique importante pouvant causer des effets indésirables ou l’échec d’un traitement. Ces variabilités peuvent être causées par une diminution de l’activité de l’enzyme responsable du métabolisme de certains médicaments, fréquemment les cytochromes P450, un système enzymatique majeur dans le métabolisme de ces derniers. Ces enzymes sont sujets à des mutations génétiques appelées polymorphismes, qui altèrent l’activité métabolique. Il est donc important d’évaluer le rôle de ces enzymes dans le métabolisme des médicaments afin d’identifier leur responsabilité dans la variabilité interindividuelle de la réponse au traitement. Parmi l’important système enzymatique que représentent les cytochromes P450, l’isoenzyme CYP2D6 est particulièrement étudiée, ses variations métaboliques revêtant une haute importance clinique. L’un des substrats du CYP2D6 est l’oxycodone, un analgésique narcotique largement prescrit en clinique. Une grande variabilité est observée dans la réponse analgésique à l’oxycodone, variabilité pouvant être causée par un polymorphisme génétique. Il est connu que des variations génétiques dans le CYP2D6 compromettent la réponse analgésique à la codéine en rendant moins importante la formation de son métabolite actif, la morphine. Par analogie, plusieurs études supportent l’hypothèse selon laquelle le métabolite oxymorphone, formée par l’isoenzyme CYP2D6, serait responsable de l’analgésie de l’oxycodone. Une déficience génétique de l’enzyme compromettrait la réponse analgésique au médicament. Les travaux effectués dans le cadre de ce mémoire ont démontré que l’inhibition du CYP2D6 chez des sujets volontaires réduit de moitié la production d’oxymorphone, confirmant l’importante implication de l’enzyme dans le métabolisme de l’oxycodone. Ces résultats démontrent une forte ressemblance avec le métabolisme de la codéine, suggérant que l’oxymorphone pourrait être responsable de l’analgésie. Cependant, les travaux effectués n’ont pu établir de relation entre la concentration plasmatique d’oxymorphone et le niveau d’analgésie ressenti par les sujets. La continuation des études sur le mécanisme d’action de l’oxycodone dans la réponse analgésique est essentielle afin d’établir la source des variabilités interindividuelles expérimentées par les patients et ainsi d’éviter des effets secondaires ou lacunes dans le traitement.

Influence du microbiote intestinal sur le métabolisme et la virulence des Escherichia coli entérohémorragiques

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) représentent un problème majeur de santé publique dans les pays développés. Les EHEC sont régulièrement responsables de toxi-infections alimentaires graves chez l’humain et causent des colites hémorragiques et le symptôme hémolytique et urémique, mortel chez les enfants en bas âge. Les EHEC les plus virulents appartiennent au sérotype O157:H7 et le bovin constitue leur réservoir naturel. À ce jour il n’existe aucun traitement pour éviter l’apparition des symptômes liés à une infection à EHEC. Par conséquent, il est important d’augmenter nos connaissances sur les mécanismes employés par le pathogène pour réguler sa virulence et coloniser efficacement la niche intestinale. Dans un premier temps, l’adaptation de la souche EHEC O157:H7 EDL933 à l’activité métabolique du microbiote intestinal a été étudiée au niveau transcriptionnel. Pour se faire, EDL933 a été cultivée dans les contenus caecaux de rats axéniques (milieu GFC) et dans ceux provenant de rats colonisés par le microbiote intestinal humain (milieu HMC). Le HMC est un milieu cécal conditionné in vivo par le microbiote. Dans le HMC par rapport au GFC, EDL933 change drastiquement de profile métabolique en réponse à l’activité du microbiote et cela se traduit par une diminution de l’expression des voies de la glycolyse et une activation des voies de l’anaplérose (voies métaboliques dont le rôle est d’approvisionner le cycle TCA en intermédiaires métaboliques). Ces résultats, couplés avec une analyse métabolomique ciblée sur plusieurs composés, ont révélé la carence en nutriments rencontrée par le pathogène dans le HMC et les stratégies métaboliques utilisées pour s’adapter au microbiote intestinal. De plus, l’expression des gènes de virulence incluant les gènes du locus d’effacement des entérocytes (LEE) codant pour le système de sécrétion de type III sont réprimés dans le HMC par rapport au GFC indiquant la capacité du microbiote intestinal à réprimer la virulence des EHEC. L’influence de plusieurs composés intestinaux présents dans les contenus caecaux de rats sur l’expression des gènes de virulence d’EDL933 a ensuite été étudiée. Ces résultats ont démontré que deux composés, l’acide N-acétylneuraminique (Neu5Ac) et le N-acétylglucosamine (GlcNAc) répriment l’expression des gènes du LEE. La répression induite par ces composés s’effectue via NagC, le senseur du GlcNAc-6-P intracellulaire et le régulateur du catabolisme du GlcNAc et du galactose chez E. coli. NagC est un régulateur transcriptionnel inactivé en présence de GlcNAc-6-P qui dérive du catabolisme du Neu5Ac et du transport GlcNAc. Ce travail nous a permis d’identifier NagC comme un activateur des gènes du LEE et de mettre à jour un nouveau mécanisme qui permet la synchronisation de la virulence avec le métabolisme chez les EHEC O157:H7. La concentration du Neu5Ac et du GlcNAc est augmentée in vivo chez le rat par le symbiote humain Bacteroides thetaiotaomicron, indiquant la capacité de certaines espèces du microbiote intestinal à relâcher les composés répresseurs de la virulence des pathogènes. Ce travail a permis l’identification des adaptations métaboliques des EHEC O157:H7 en réponse au microbiote intestinal ainsi que la découverte d’un nouveau mécanisme de régulation de la virulence en réponse au métabolisme. Ces données peuvent contribuer à l’élaboration de nouvelles approches visant à limiter les infections à EHEC.

A novel medium for the development of in vitro cell culture system from Penaeus monodon

Lack of a valid shrimp cell line has been hampering the progress of research on shrimp viruses. One of the reasons identified was the absence of an appropriate medium which would satisfy the requirements of the cells in vitro. We report the first attempt to formulate an exclusive shrimp cell culture medium (SCCM) based on the haemolymph components of Penaeus monodon prepared in isosmotic seawater having 27 % salinity. The SCCM is composed of 22 amino acids, 4 sugars, 6 vitamins, cholesterol, FBS, phenol red, three antibiotics, potassium dihydrogen phosphate and di-sodium hydrogen phosphate at pH 6.8–7.2. Osmolality was adjusted to 720 ± 10 mOsm kg-1 and temperature of incubation was 25 8C. The most appropriate composition was finally selected based on the extent of attachment of cells and their proliferation by visual observation. Metabolic activity of cultured cells was measured by MTT assay and compared with that in L-15 (29), modified L-15 and Grace’s insect medium, and found better performance in SCCM especially for lymphoid cells with 107 % increase in activity and 85 ± 9 days of longevity. The cells from ovary and lymphoid organs were passaged twice using the newly designed shrimp cell dissociation ‘‘cocktail’’.

Selenium persistency and speciation in the tissues of lambs following the withdrawal of dietary high-dose selenium-enriched yeast

The objective was to determine the concentration of total selenium (Se) and the proportion of total Se comprised as selenomethionine (SeMet) and selenocysteine (SeCys) in post mortem tissues of lambs in the six weeks period following the withdrawal of a diet containing high dose selenized yeast (SY), derived from a specific strain of Saccharomyces cerevisae CNCM (Collection Nationale de Culture de Micro-organism) I-3060. Thirty Texel x Suffolk lambs used in this study had previously received diets (91 days) containing either high dose SY (HSY; 6.30 mg Se/kg DM) or an unsupplemented control (C; 0.13 mg Se/kg DM). Following the period of supplementation all lambs were then offered a complete pelleted diet, without additional Se (0.15 mg Se/kg DM), for 42 days. At enrollment and 21 and 42 days later, five lambs from each treatment were blood sampled, euthanased and samples of heart, liver, kidney and skeletal muscle (Longissimus Dorsi and Psoas Major) tissue were retained. Total Se concentration in whole blood and tissues was significantly (P < 0.001) higher in HSY lambs at all time points that had previously received long term exposure to high dietary concentrations of SY. The distribution of total Se and the proportions of total Se comprised as SeMet and SeCys differed between tissues, treatment and time points. Total Se was greatest in HSY liver and kidney (22.64 and 18.96 mg Se/kg DM, respectively) and SeCys comprised the greatest proportion of total Se. Conversely, cardiac and skeletal muscle (Longissimus Dorsi and Psoas Major) tissues had lower total Se concentration (10.80, 7.02 and 7.82 mg Se/kg DM, respectively) and SeMet was the predominant selenized amino acid. Rates of Se clearance in HSY liver (307 µg Se/day) and kidney (238 µg Se/day) were higher compared with HSY cardiac tissue (120 µg Se/day) and skeletal muscle (20 µg Se/day). In conclusion differences in Se clearance rates were different between tissue types, reflecting the relative metabolic activity of each tissue, and appear to be dependant upon the proportions of total Se comprised as either SeMet or SeCys.

Predicting the profile of nutrients available for absorption: from nutrient requirement to animal response and environmental impact

Current feed evaluation systems for dairy cattle aim to match nutrient requirements with nutrient intake at pre-defined production levels. These systems were not developed to address, and are not suitable to predict, the responses to dietary changes in terms of production level and product composition, excretion of nutrients to the environment, and nutrition related disorders. The change from a requirement to a response system to meet the needs of various stakeholders requires prediction of the profile of absorbed nutrients and its subsequent utilisation for various purposes. This contribution examines the challenges to predicting the profile of nutrients available for absorption in dairy cattle and provides guidelines for further improved prediction with regard to animal production responses and environmental pollution. The profile of nutrients available for absorption comprises volatile fatty acids, long-chain fatty acids, amino acids and glucose. Thus the importance of processes in the reticulo-rumen is obvious. Much research into rumen fermentation is aimed at determination of substrate degradation rates. Quantitative knowledge on rates of passage of nutrients out of the rumen is rather limited compared with that on degradation rates, and thus should be an important theme in future research. Current systems largely ignore microbial metabolic variation, and extant mechanistic models of rumen fermentation give only limited attention to explicit representation of microbial metabolic activity. Recent molecular techniques indicate that knowledge on the presence and activity of various microbial species is far from complete. Such techniques may give a wealth of information, but to include such findings in systems predicting the nutrient profile requires close collaboration between molecular scientists and mathematical modellers on interpreting and evaluating quantitative data. Protozoal metabolism is of particular interest here given the paucity of quantitative data. Empirical models lack the biological basis necessary to evaluate mitigation strategies to reduce excretion of waste, including nitrogen, phosphorus and methane. Such models may have little predictive value when comparing various feeding strategies. Examples include the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Tier II models to quantify methane emissions and current protein evaluation systems to evaluate low protein diets to reduce nitrogen losses to the environment. Nutrient based mechanistic models can address such issues. Since environmental issues generally attract more funding from governmental offices, further development of nutrient based models may well take place within an environmental framework.

An in vitro study of the probiotic potential of a bile-salt-hydrolyzing Lactobacillus fermentum strain, and determination of its cholesterol-lowering properties

This study evaluated the use of a bile-salt-hydrolyzing Lactobacillus fermentum strain as a probiotic with potential hypocholesterolemic properties. The effect of L. fermentum on representative microbial populations and overall metabolic activity of the human intestinal microbiota was investigated using a three-stage continuous culture system. Also, the use of galactooligosaccharides as a prebiotic to enhance growth and/or activity of the Lactobacillus strain was evaluated. Administration of L. fermentum resulted in a decrease in the overall bifidobacterial population (ca. 1 log unit). In the in vitro system, no significant changes were observed in the total bacterial, Lactobacillus, Bacteroides, and clostridial populations through L. fermentum supplementation. Acetate production decreased by 9 to 27%, while the propionate and butyrate concentrations increased considerably (50 to 90% and 52 to 157%, respectively). A general, although lesser, increase in the production of lactate was observed with the administration of the L. fermentum strain. Supplementation of the prebiotic to the culture medium did not cause statistically significant changes in either the numbers or the activity of the microbiota, although an increase in the butyrate production was seen (29 to 39%). Results from this in vitro study suggest that L.Fermentum KC5b is a candidate probiotic which may affect cholesterol metabolism. The short-chain fatty acid concentrations, specifically the molar proportion of propionate and/or bile salt deconjugation, are probably the major mechanism involved in the purported cholesterol-lowering properties of this strain.

Enterolactone restricts the proliferation of the LNCaP human prostate cancer cell line in vitro

Ecological data suggest a long-term diet high in plant material rich in biologically active compounds, such as the lignans, can significantly influence the development of prostate cancer over the lifetime of an individual. The capacity of a pure mammalian lignan, enterolactone (ENL), to influence the proliferation of the LNCaP human prostate cancer cell line was investigated as a function of cell density, metabolic activity, expression and secretion of prostate specific antigen (PSA), cell cycle profile, and the expression of genes involved in development and progression of prostate cancer. Treatment with a subcytotoxic concentration of ENL (60 mu M for 72 h) was found to reduce: cell density (57.5%, SD 7.23, p < 0.001), metabolic activity (55%, SD 0.03, p < 0.001), secretion of PSA (48.50% SD 4.74, p = 0.05) and induce apoptosis (8.33-fold SD 0.04, p = 0.001) compared to untreated cells. Cotreatment with 10 mu M etoposide was found to increase apoptosis by 50.17% (SD 0.02, p < 0.001). Additionally, several key genes (e.g. MCMs, survivin and CDKs) were beneficially regulated by ENL treatment (p < 0.05). The data suggest that the antiproliferative activity of ENL is a consequence of altered expression of cell cycle associated genes and provides novel molecular evidence for the antiproliferative properties of a pure lignan in prostate cancer.

Absorption and metabolism of olive oil secoiridoids in the small intestine

The secoiridoids 3,4-dihydroxyphenylethanol-elenolic acid (3,4-DHPEA-EA) and 3,4-dihydroxyphenylethanol-elenolic acid dialdehyde (3,4-DHPEA-EDA) account for approximately 55 % of the phenolic content of olive oil and may be partly responsible for its reported human health benefits. We have investigated the absorption and metabolism of these secoiridoids in the upper gastrointestinal tract. Both 3,4-DHPEA-EDA and 3,4-DHPEA-EA were relatively stable under gastric conditions, only undergoing limited hydrolysis. Both secoiridoids were transferred across a human cellular model of the small intestine (Caco-2 cells). However, no glucuronide conjugation was observed for either secoiridoid during transfer, although some hydroxytyrosol and homovanillic alcohol were formed. As Caco-2 cells are known to express only limited metabolic activity, we also investigated the absorption and metabolism of secoiridoids in isolated, perfused segments of the jejunum and ileum. Here, both secoiridoids underwent extensive metabolism, most notably a two-electron reduction and glucuronidation during the transfer across both the ileum and jejunum. Unlike Caco-2 cells, the intact small-intestinal segments contain NADPH-dependent aldo-keto reductases, which reduce the aldehyde carbonyl group of 3,4-DHPEA-EA and one of the two aldeydic carbonyl groups present on 3,4-DHPEA-EDA. These reduced forms are then glucuronidated and represent the major in vivo small-intestinal metabolites of the secoiridoids. In agreement with the cell studies, perfusion of the jejunum and ileum also yielded hydroxytyrosol and homovanillic alcohol and their respective glucuronides. We suggest that the reduced and glucuronidated forms represent novel physiological metabolites of the secoiridoids that should be pursued in vivo and investigated for their biological activity.

Anti-proliferative effects of physiological concentrations of enterolactone in models of prostate tumourigenesis

SCOPE: There is evidence that a mammalian lignan, enterolactone (ENL), decreases the proliferation rate of prostate cancer cells, although previous studies have used concentrations difficult to achieve through dietary modification. We have therefore investigated the anti-proliferative effects of ENL in an in vitro model of prostate tumourigenesis at concentrations reported to occur in a range of male populations. METHODS AND RESULTS: The effects of 0.1 and 1 μM ENL on three markers of viability and proliferation (metabolic activity, growth kinetics, and cell cycle progression) were assessed in the RWPE-1, WPE1-NA22, WPE1-NB14, WPE1-NB11, WPE1-NB26, LNCaP, and PC-3 cell lines over 72 h. Based on these data, we quantified the expression levels of 12 genes involved in the control of DNA replication initiation using TaqMan real-time PCR in the WPE1-NA22, WPE1-NB14, WPE1-NB11, and WPE1-NB26 cell lines. ENL significantly inhibited the abnormal proliferation of the WPE1-NB14 and WPE1-NB11 cell lines and appears to be a consequence of decreased expression of abnormal chromatin licensing and DNA replication factor 1. CONCLUSION: In contrast to previous studies, concentrations of ENL that are reported after dietary intervention restrict the proliferation of early-stage tumourigenic prostate cell lines by inhibiting the abnormal formation of complexes that initiate DNA replication.

In vitro fermentation of commercial α-gluco-oligosaccharide by faecal microbiota from lean and obese human subjects

The fermentation selectivity of a commercial source of α-gluco-oligosaccharides (BioEcolians; Solabia) was investigated in vitro. Fermentation by faecal bacteria from four lean and four obese healthy adults was determined in anaerobic, pH-controlled faecal batch cultures. Inulin was used as a positive prebiotic control. Samples were obtained at 0, 10, 24 and 36 h for bacterial enumeration by fluorescent in situ hybridisation and SCFA analyses. Gas production during fermentation was investigated in non-pH-controlled batch cultures. α-Gluco-oligosaccharides significantly increased the Bifidobacterium sp. population compared with the control. Other bacterial groups enumerated were unaffected with the exception of an increase in the Bacteroides–Prevotella group and a decrease in Faecalibacterium prausnitzii on both α-gluco-oligosaccharides and inulin compared with baseline. An increase in acetate and propionate was seen on both substrates. The fermentation of α-gluco-oligosaccharides produced less total gas at a more gradual rate of production than inulin. Generally, substrates fermented with the obese microbiota produced similar results to the lean fermentation regarding bacteriology and metabolic activity. No significant difference at baseline (0 h) was detected between the lean and obese individuals in any of the faecal bacterial groups studied.

In vitro fermentation of potential prebiotic flours from natural sources: impact on the human colonic microbiota and metabolome

Scope: Fibers and prebiotics represent a useful dietary approach for modulating the human gut microbiome. Therefore, aim of the present study was to investigate the impact of four flours (wholegrain rye, wholegrain wheat, chickpeas and lentils 50:50, and barley milled grains), characterized by a naturally high content in dietary fibers, on the intestinal microbiota composition and metabolomic output. Methods and results: A validated three-stage continuous fermentative system simulating the human colon was used to resemble the complexity and diversity of the intestinal microbiota. Fluorescence in situ hybridization was used to evaluate the impact of the flours on the composition of the microbiota, while small-molecule metabolome was assessed by NMR analysis followed by multivariate pattern recognition techniques. HT29 cell-growth curve assay was used to evaluate the modulatory properties of the bacterial metabolites on the growth of intestinal epithelial cells. All the four flours showed positive modulations of the microbiota composition and metabolic activity. Furthermore, none of the flours influenced the growth-modulatory potential of the metabolites toward HT29 cells. Conclusion: Our findings support the utilization of the tested ingredients in the development of a variety of potentially prebiotic food products aimed at improving gastrointestinal health.

In Vitro Fermentation of NUTRIOSE® FB06, a wheat dextrin soluble fibre, in a continuous culture human colonic model system

Wheat dextrin soluble fibre may have metabolic and health benefits, potentially acting via mechanisms governed by the selective modulation of the human gut microbiota. Our aim was to examine the impact of wheat dextrin on the composition and metabolic activity of the gut microbiota. We used a validated in vitro three-stage continuous culture human colonic model (gut model) system comprised of vessels simulating anatomical regions of the human colon. To mimic human ingestion, 7 g of wheat dextrin (NUTRIOSE® FB06) was administered to three gut models, twice daily at 10.00 and 15.00, for a total of 18 days. Samples were collected and analysed for microbial composition and organic acid concentrations by 16S rRNA-based fluorescence in situ hybridisation and gas chromatography approaches, respectively. Wheat dextrin mediated a significant increase in total bacteria in vessels simulating the transverse and distal colon, and a significant increase in key butyrate-producing bacteria Clostridium cluster XIVa and Roseburia genus in all vessels of the gut model. The production of principal short-chain fatty acids, acetate, propionate and butyrate, which have been purported to have protective, trophic and metabolic host benefits, were increased. Specifically, wheat dextrin fermentation had a significant butyrogenic effect in all vessels of the gut model and significantly increased production of acetate (vessels 2 and 3) and propionate (vessel 3), simulating the transverse and distal regions of the human colon, respectively. In conclusion, wheat dextrin NUTRIOSE® FB06 is selectively fermented in vitro by Clostridium cluster XIVa and Roseburia genus and beneficially alters the metabolic profile of the human gut microbiota.