Please use this identifier to cite or link to this item:
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/12709
Title: | Biodiversity of Beneficial Bacteria in Infant Feces and Their Potential Probiotic Functions |
Other Titles: | ความหลากหลายของแบคทีเรียที่มีประโยชน์ในอุจจาระเด็กทารกและศักยภาพการเป็นโปรไบโอติก |
Authors: | Tipparat Hongpattarakere Khanitta Kongnum Faculty of Agro-Industry (Industrial Biotechnology) คณะอุตสาหกรรมเกษตร ภาควิชาเทคโนโลยีชีวภาพอุตสาหกรรม |
Keywords: | Bacterial diversity |
Issue Date: | 2018 |
Publisher: | Prince of Songkla University |
Abstract: | Gut colonization of bifidobacteria in early infancy is essential for the well- being of the infant. Several factors have involved in bifidobacterial colonization, such as delivery mode, infant age, antibiotic treatment and feeding type. Factorial experimental design was applied to evaluate the factors including delivery modes (natural born and Cesarean born), feeding types (breast milk, formula milk and combination milk) and ages of infant (1 week, 1 month, 2 months, 3 months, 4 months and 5 months) on the bifidobacterial population and composition of infant feces. Among 6 healthy newborn infants, infant age and feeding type were the most influential factor for the population of bifidobacteria, clostridia, bacteroides and eubacteria, whereas feeding type and delivery mode were the main factors influencing total bacteria population. The amount of bifidobacteria rapidly increased from first week to 2 months of infant age and stable then after 2 months in all of infants. Moreover, the amount of clostridia, bacteriodes and eubacteria significantly increased from the first week up to 5 months of ages in all of infants. Feeding type was also main factor influencing on population of bifidobacteria, clostridia, bacteroides, eubacteria and total bacteria. The exclusive breast-feeding greatly supported the bifidobacterial growth. The level of bifidobacteria in both naturally born, exclusive breast fed infant (BF1-D) and Cesarean born, exclusive breast fed infant (BF2-E) was significantly higher than other infants. However, the highest level of bifidobacteria was found in naturally born, exclusive breast fed infant (BF1-D) from first week to 5 months of ages (8.79 to 9.83 log CFU/g feces). In addition, the amount of bifidobacteria in naturally born, formula fed infant (FF1-F) greatly increase (8.82 to 9.45 log CFU/g feces) when received the exclusive formula milk supplemented with B. lactis at 2 months to 5 months of age. Using antibiotic (amoxicillin) in Cesarean born, combination fed infant (CF2-C) was significantly decreased the amount of bifidobacteria (9.21 to 8.77 log CFU/g feces) at 3 months of age. Moreover, formula milk seemed to enhance the growth of clostridia and bacteroides. The highest level of the clostridia was found in Cesarean born, exclusively formula fed infant (FF1-F) (9.22 log CFU/g feces) when received exclusive formula milk supplemented with FOS and GOS at 2 months of age. However, the amount of clostridia was significantly decreased when received the exclusive formula milk supplemented with B. lactis. Conversely, low level of clostridia was found in both naturally born, combination fed infant (CF1-A) and naturally born, exclusively breast fed infants (BF1-D). In addition, the amount of bacteroides was significantly increased (8.59 to 9.19 log CFU/g feces) in Cesarean born, formula fed infant (FF2-H) at the first week to 5 months of age. The amount of total bacteria in naturally born, exclusively breast fed infant (BF1-D) and naturally born, exclusively formula fed infant (FF1-F) was significantly higher than another infants. PCR-DGGE analysis demonstrated that there was change in the bifidobacterial community composition associated with feeding type and delivery mode. The high numbers of bifidobacteria band were observed in both naturally born, exclusively breast fed infant (BF1-D) and naturally born, combination of breast and formula fed infants (CF1-A). However, the highest number of bifidobacterial species was observed in both naturally born, exclusively formula fed infant (FF1-F) and naturally born, combination of breast and formula fed infants (CF1-A). Several species of bifidobacteria including Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium sp. Bifidobacterium longum, Bifidobacterium catenulatum and Bifidobacterium breve were found persistently from the first week to 5 months of ages in naturally born, both of breast fed (BF1-D) and combination fed infants (CF1-A). The most common bifidobacterial species found in healthy infants were Bifidobacterium sp. and B. longum. Feeding type in infancy is the most significant determinant in shaping the profile of intestinal microbiota at early life. The population level and diversity of lactic acid bacteria (LAB) present in the feces of infants were compared between breast-, formula- and combined-feeding types. There were two infant formulae with FOS-GOS and inulin-GOS supplementations. The number of fecal LAB from the infants fed with the combination diet of breast milk and a formula containing FOS- GOS (CF1-A infant) and inulin-GOS (CF2-C infant) was significantly higher than that from both exclusively breast-fed (BF1-D infant and BF2-E infant) and exclusively formula fed ones (FF1-F infant and FF2-H infant) (P<0.05). According to PCR-DGGE analysis, the band richness of LAB population in infants with combination (CF1-A infant and CF2-C infant) and exclusive formula feeding (FF1-F infant and FF2-H infant) and the exclusively breast-fed infants (BF2-E) was not different, while the number of LAB in exclusively breast fed infant (BF1-D) was lower than another. Type of feeding had not a significant influence on LAB diversity. Fourteen species of LAB were found from 6 infants and each infant presented 4-6 species of LAB and the most number of LAB species was found in the infant with the exclusive breast fed infant (BF2-E infant) and exclusive formula fed diet supplemented with FOS-GOS (FF1-F infant). Moreover, uncultured bacteria were commonly found in the commensal intestinal microbiota in Thai infants, independently on feeding type. They were detected abundantly in feces of all infants. Combination feeding was able to support the growth of L. plantarum and Leu. mesenteroides. The exclusive feeding with formula supplemented with FOS-GOS enhance growth of L. rhamnosus and L. gasseri, while the formula supplemented with inulin-GOS sustained growth of L. gasseri, L. fermentum and L. paracasei. In addition, exclusive breast milk feeding was capable to promote the growth of L. gasseri, L. crispatus, L. plantarum and L. helveticus. Thirty strains of lactic acid bacteria (LAB) and four strains of bifidobacteria isolated from healthy infant feces and breast milk were evaluated for cholesterol- lowering activity through various mechanisms. Enterococcus feacalis (10), Enterococcus feacium (6), Lactobacillus plantarum (7), Lactobacillus casei (2), Lactobacillus rhamnosus (4), Lactobacillus paracasei (1), Bifidobacterium longum (2) and Bifidobacterium bifidum (2) were determined for the ability to assimilate cholesterol from growth media, bile salt hydrolase activity and cholesterol binding property. All of 34 strains were able to assimilate cholesterol in the 0.3 % oxgall bile containing medium in the range of 14.39-65.57 μg/ml using O-phthalaldehyde method. L. plantarum 108 displayed the highest assimilation. The bile salt hydrolase (BSH) activity was only confined among nine strains of Ent. faecalis and five strains of Ent. faecium by showing precipitation zone on MRS agar supplemented with 0.5% (w/v) sodium salt of taurodeoxycholic acid (TDCA). The cholesterol binding ability of the resting cells (live cells) and dead cells (heat-killed cells) was exhibited within all LAB and bifidobacteria range of 7.62-19.49 mg/g dry weight and 3.48-13.65 mg/g dry cell weight. Furthermore, Ent. faecium EMA410.4, Ent. faecalis M134 and Ent. faecalis EM17.3 strongly adhered to Caco-2 and HT-29 cell lines. According to this study, Ent. faecium EMA410.4, Ent. faecalis M134 and Ent. faecalis EM17.3 had greatly ability to produce BSH enzyme, remove cholesterol from the media during growth, remove cholesterol via binding to cellular surface of resting and dead cell and strongly adhered to Caco-2 and HT-29 cell lines. Therefore, these strains can be potentially applied as a good probiotic candidate for lowering cholesterol level. |
Abstract(Thai): | Bifidobacteria ในทางเดินอาหารเด็กทารกแรกคลอดมีความสําคัญต่อสุขภาพของ เด็กทารก ซึ่งมีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อการยึดครองพื้นที่ของ bifidobacteria ในทางเดินอาหารเด็ก ทารก ได้แก่ วิธีการคลอด อายุของเด็กทารก การได้รับยาปฏิชีวนะ และชนิดของนมที่เด็กทารก ได้รับ ศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อประชากร bifidobacteria, clostridia, bacteroides, eubacteria และ แบคทีเรียทั้งหมด โดยใช้แบบแผนการทดลองทางสถิติ Factorial experimental design ซึ่งปัจจัยของ อายุเด็กทารกและชนิดของนมที่เด็กทารกได้รับ เป็นปัจจัยที่มีผลต่อประชากร bifidobacteria, clostridia, bacteroides และ eubacteria ขณะที่ปัจจัยของการคลอดและชนิดของนมเป็นปัจจัยที่มีผล ต่อประชากรแบคทีเรียทั้งหมด โดยพบว่าจํานวนของ bifidobacteria ในเด็กทารกทั้งหมด เพิ่มขึ้น อย่างรวดเร็ว ในสัปดาห์แรกจนถึง 2 เดือน ของอายุเด็กทารก และจะคงที่หลังจาก 2 เดือน ของอายุ เด็กทารก ในขณะที่จํานวนของ clostridia, bacteroides และ eubacteria จะเพิ่มขึ้นจากสัปดาห์แรก จนถึง 5 เดือน ของอายุเด็กทารก นอกจากนี้การได้รับนมแม่เพียงอย่างเดียวสามารถสนับสนุนการ เจริญของ bifidobacteria โดยพบว่าในเด็กทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและได้รับนมแม่เพียงอย่าง เดียว (BF1-D) และเด็กทารกที่ผ่าตัดคลอดและได้รับนมแม่เพียงอย่างเดียว (BF2-E) มีจํานวนสูงของ bifidobacteria กว่าในทารกกลุ่มอื่น และในเด็กทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและได้รับนมแม่เพียง อย่างเดียว (BF1-D) มีจํานวนของ bifidobacteria สูงที่สุด คือ 8.79 ถึง 9.83 log CFU/g feces จาก สัปดาห์แรกจนถึง 5 เดือน ของอายุเด็กทารก และจํานวน bifidobacteria เพิ่มขึ้น จาก 8.82 เป็น 9.45 log CFU/g feces ในเด็กทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและกินนมผงเพียงอย่างเดียว (FF1-F) หลังจาก ได้รับนมผงที่เติม Bifidobacterium lactis ที่ 2 เดือน จนถึง 5 เดือน ของอายุเด็กทารก และการ ได้รับยาปฏิชีวนะอะม็อกซีซิลลินส่งผลให้จํานวนของ bifidobacteria ลดลง จาก 9.21 เป็น 8.77 log CFU/g feces ในเด็กทารกที่ผ่าตัดคลอดและได้รับนมผสมระหว่างนมแม่และนมผง (CF2-C) ที่ 3 เดือน ของอายุเด็กทารก นอกจากนี้พบว่าการได้รับนมผงเพียงอย่างเดียวจะสนับสนุนการเจริญของ clostridia และ bacteroides โดยพบว่าในเด็กทารกที่ผ่าตัดคลอดและได้รับนมผงเพียงอย่างเดียวมี จํานวนของ clostridia สูงที่สุด คือ 9.22 log CFU/g feces ขณะที่ในเด็กทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและได้รับนมผสมระหว่างนมแม่และนมผง (CF1-A) และเด็กทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและ ได้รับนมแม่อย่างเดียว (BF1-D) มีจํานวน clostridia น้อยที่สุด นอกจากนี้พบว่าจํานวนของ bacteroides จะเพิ่มสูงขึ้น จาก 8.59 เป็น 9.19 log CFU/g feces ในเด็กทารกที่ผ่าตัดคลอดและได้รับ นมผงเพียงอย่างเดียว (FF2-H) และพบว่าในเด็กทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและได้รับนมแม่อย่าง เดียว (BF1-D) และเด็กทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและกินนมผงเพียงอย่างเดียว (FF1-F) มีจํานวน แบคทีเรียทั้งหมดสูงกว่าในเด็กทารกกลุ่มอื่น จากการศึกษากลุ่มประชากร bifidobacteria ด้วย เทคนิค PCR-DGGE พบว่าชนิดของนมที่เด็กทารกได้รับและวิธีการคลอดเป็นปัจจัยที่มีผลต่อ เปลี่ยนแปลงประชากร bifidobacteria โดยพบว่าเด็กทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและได้รับนมแม่ เพียงอย่างเดียว (BF1-D) และเด็กทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและได้รับนมผสมระหว่างนมแม่และ นมผง (CF1-A) มีจํานวนแถบดีเอ็นเอของ bifidobacteria มากที่สุด นอกจากนี้ในเด็กทารกที่คลอด แบบธรรมชาติและกินนมผงเพียงอย่างเดียว (FF1-F) และ) และเด็กทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและ ได้รับนมผสมระหว่างนมแม่และนมผง (CF1-A) ตรวจพบจํานวนสายพันธุ์ของ bifidobacteria มาก Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium sp., Bifidobacterium Bifidobacterium catenulatum and Bifidobacterium breve สามารถคงอยู่ในทางเดินอาหารของเด็ก ทารกที่คลอดแบบธรรมชาติและได้รับนมแม่เพียงอย่างเดียว (BF1-D) และเด็กทารกที่คลอดแบบ ธรรมชาติและได้รับนมผสมระหว่างนมแม่และนมผง (CF1-A) นอกจากนี้พบว่า Bifidobacterium sp. และ B. longum สามารถตรวจพบได้โดยทั่วไปในทางเดินอาหารของเด็กทารกสุขภาพดี ศึกษาจํานวนประชากรและความหลากหลายของแบคทีเรียแลคติกในเด็กทารกที่ได้รับนม longum, แม่เพียงอย่างเดียว (BF1-D และBF2-E) ในเด็กทารกที่ได้รับนมผสมระหว่างนมแม่และนมผง (CF1- A และCF2-C) และเด็กทารกที่ได้รับนมผงเพียงอย่างเดียว (FF1-F และFF2-H) พบว่า เด็กทารกที่ ได้รับนมผสมระหว่างนมแม่และนมผงที่เติมฟรุคโตโอลิโกแซคคาไรด์ และ กาแลคโตโอลิโกแซค คาไรด์ (CF1-A) และเด็กทารกที่ได้รับนมผสมระหว่างนมแม่และนมผงที่เติมอินนูลิน และ กาแลค โตโอลิโกแซคคาไรด์ (CF2-C) มีจํานวนแบคทีเรียแลคติกสูงกว่าในเด็กทารกที่ได้รับนมแม่เพียง อย่างเดียว (BF1-D และBF2-E) และเด็กทารกที่ได้รับนมผงเพียงอย่างเดียว (FF1-F และFF2-H) จาก การทํา PCR-DGGE พบว่าจํานวนแถบดีเอ็นเอของแบคทีเรียแลคติกไม่มีความแตกต่างกันในเด็ก ทารกที่ได้รับนมผงเพียงอย่างเดียว (FF1-F และFF2-H) เด็กทารกที่ได้รับนมผสมระหว่างนมแม่และ นมผง (CF1-A และ CF2-C) และเด็กทารกที่ได้รับนมแม่อย่างเดียว (BF2-E) นอกจากนี้พบว่า ประเภทของนมที่เด็กทารกได้รับไม่มีผลต่อความหลากหลายของสายพันธุ์แบคทีเรียแลคติก โดย ตรวจพบแบคทีเรียแลคติกจํานวน 14 สายพันธุ์ จากตัวอย่างอุจจาระของเด็กทารกทั้งหมด 6 คน ซึ่ง ในแต่ละเด็กทารกตรวจพบแบคทีเรียแลคติกจํานวน 4-6 สายพันธุ์ โดยสามารถตรวจพบสายพันธุ์แบคทีเรียแลคติกมากที่สุดในเด็กทารกที่ได้รับนมแม่เพียงอย่างเดียว (BF2-E) และเด็กทารกที่ได้รับ นมผงเพียงอย่างเดียว (FF1-F) นอกจากนี้พบว่า uncultured bacteria สามารถตรวจพบได้โดยทั่วไป ในทางเดินอาหารของเด็กทารกและการได้รับนมผสมระหว่างนมแม่และนมผงสามารถสนับสนุน การเจริญของ L. plantarum และ Leu. mesenteroides การได้รับนมผงที่เติมฟรุคโตโอลิโกแซคคา ไรด์สามารถสนับสนุนการเจริญของ L. rhamnosus และ L. gasseri ในขณะที่การได้รับนมผงที่เติม อินนูลินและกาแลคโตโอลิโกแซคคาไรด์สนับสนุนการเจริญของ I.. gasseri, L. fermentum และ L.. paracasei นอกจากนี้การได้รับนมแม่สามารถสนับสนุนการเจริญของ L. gasseri, L. crispatus, L. plantarum และ L. helveticus, ศึกษาคุณสมบัติการลดปริมาณคอเรสเตอรอลของแบคทีเรียแลคติกจํานวน 30 สายพันธุ์ และbifidobacteria จํานวน 4 สายพันธุ์ ประกอบด้วย Enterococcus feacalis 10 สายพันธุ์ Enterococcus feacium 6 สายพันธุ์ Lactobacillus plantarum 7 สายพันธุ์ Lactobacillus casei 2 สาย พันธุ์ Lactobacillus rhamnosus 4 สายพันธุ์ Lactobacillus paracasei 1 สายพันธุ์ Bifidobacterium longum 2 สายพันธุ์ และ Bifidobacterium bifidum 2 สายพันธุ์ โดยแบคทีเรียทั้งหมดคัดแยกจาก อุจจาระเด็กทารกสุขภาพดีและน้ํานมแม่ จากการทดลองพบว่าแบคทีเรียแลคติกและbifidobacteria ทั้ง 34 สายพันธุ์ สามารถลดปริมาณคอเรสเตอรอลในอาหารเลี้ยงเชื้อ MRS ที่เติม 0.3% เกลือน้ําดี ในช่วง 14.39-65.57 ug/ml โดยพบว่า L. plantarum 108 สามารถลดปริมาณคอเลสเตอรอลได้สูง ที่สุด นอกจากนี้ Ent. faecalis จํานวน 9 สายพันธุ์ และ Ent. faecium จํานวน 5 สายพันธุ์ สามารถ ผลิตเอนไซม์ bile salt hydrolase (BSH) โดยการทดสอบบนอาหารแข็ง MRS ที่มีการเติม 0.5% ของ sodium salt of taurodeoxycholic acid (TDCA) นอกจากนี้พบว่า เซลล์พัก (เซลล์แบคทีเรียมีชีวิต ละลายในฟอสเฟตบัฟเฟอร์) และเซลล์ตาย (เซลล์ที่ให้ความร้อน) ของ แบคทีเรียแลคติกและ bifidobacteria ทุกสายพันธุ์ สามารถจับกับคอเรสเตอรอล ในช่วง 7.62-19.49 mg/g dry cell weight และ 3.48-13.65 mg/g dry cell weight ตามลําดับ จากการศึกษาคุณสมบัติการเกาะติดเซลล์ Caco-2 และ เซลล์ HT-29 พบว่า Ent. faecium EMA410.4, Ent. faecalis M134 และ Ent. faecalis EM17.3 สามารถเกาะติดเซลล์ Caco-2 และ เซลล์ HT-29 ได้ดี จากคุณสมบัติความสามารถในการผลิต เอนไซม์ BSH การลดปริมาณคอเรสเตอรอลในอาหารเลี้ยงเชื้อ MRS และความสามารถจับคอ เรสเตอรอลบนผิวเซลล์พักและเซลล์ที่ตาย ของ Ent. faecium EMA410.4, Ent. faecalis M134 และ Ent. faecalis EM17.3 ดังนั้น แบคทีเรียแลคติกทั้ง 3 สายพันธ์ สามารถนําไปประยุกต์ใช้เป็นโปร ไบโอติกที่มีศักยภาพลดคอเรสเตอรอล |
Description: | Thesis (Ph.D., (Biotechnology))--Prince of Songkla University, 2018 |
URI: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/12709 |
Appears in Collections: | 853 Thesis |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
423828.pdf | 2.78 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in PSU Knowledge Bank are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.