Lactobacillus ruminis Alleviates DSS-Induced Colitis by Inflammatory Cytokines and Gut Microbiota Modulation

Lactobacillus ruminis can stimulate the immune response in vitro, but previous studies were only carried out in vitro and the anti-inflammatory effects of L. ruminis needs more in vivo evidences. In this study, the immune regulation and potential mechanisms of L. ruminis was investigated in DSS-induced colitis mice. L. ruminis FXJWS27L3 and L. ruminis FXJSW17L1 relieved the symptoms of colitis, including inhibition of colon shortening and colon tissue damage. L. ruminis FXJWS27L3 significantly reduced the pro-inflammatory cytokines IL-1β, TNF-α, and IL-17, while L. ruminis FXJSW17L1 significantly increased short chain fatty acids in mice feces. Moreover, L. ruminis FXJWS27L3 and L. ruminis FXJSW17L1 treatments significantly increased the gut microbiota diversity and balance the intestine microbiota profiles, which improved the imbalance of intestine microbiota composition to a certain extent. The results showed that L. ruminis can alleviate DSS-induced colitis, which possibly was related to promoting the expression of pro-inflammatory cytokines, up-regulating SCFAs and restoring the imbalance of gut microbiota.

Gut Microbiota Influences Plasmodium Falciparum Malaria Susceptibility

The gut microbiota has recently been associated with susceptibility/resistance to malaria in animal models and humans, yet the impact of the gut microbiota on the risk of a malaria attack remains to be assessed. This study aims at assessing the influence of the gut microbiota on malaria attacks and Plasmodium parasitæmia in children living in a malaria-endemic area in Mali. Three hundred healthy children were included in a 16-months cohort study in Bandiagara. Their gut bacteria and fungi community structures were characterised via 16S and ITS metabarcoding from stool samples collected at inclusion. Clinician team monitored the occurrence of malaria attacks. Asymptomatic carriage of Plasmodium was assessed by qPCR. Over the 16-month period, 107 (36%) children experienced at least one occurrence of malaria attacks, and 82 (27%) at least one asymptomatic Plasmodium parasitæmia episode. A higher gut bacteria richness was independently associated with susceptibility to asymptomatic parasitæmia episodes and malaria attacks; while the Shannon H diversity and Chao-1 richness index of gut fungi community structure was relatively homogeneous in children who were and were not infected with P. falciparum. Using a linear discriminant effect size analysis of operational taxonomic units assigned to the species level, 17 bacteria, including Clostridiaceae, Eubacteriaceae, Senegalimassilia sp., Atopobiaceae and Lachnosipraceae, and seven fungi, including Dioszegia fristigensis, Ogataea polymorpha and Cutaneotrichosporon cyanovorans, were associated with susceptibility; whereas eight bacteria, including, Bifidobacterium spp., Weissela confusa and Peptostreptococcacea, and 3 fungi, Malassezia sp., Niesslia exosporoides, and Didymocrea leucaenae, were associated with resistance to malaria. Moreover, 15 bacteria, including Coproccus eutactus, Terrisporobacter petrolearius, Klebsiella pneumoniae and Ruminococcaceae, and 13 fungi, including Wallemia mellicola, were associated with susceptibility, whereas 19 bacteria, including Bifidobacterium spp., Bacteroides fragilis, Peptostreptococcacea, and Lactobacillus ruminis, and three fungi, including Cryptococcus neoformans, were associated with resistance to asymptomatic Plasmodium parasitæmia episodes. Further studies are needed to confirm these findings that point the way towards strategies aiming to reduce the risk of malaria by modulating gut microbiota components in at-risk populations.

Could dysbiosis of inflammatory and anti-inflammatory gut bacteria have an implications in the development of type 2 diabetes? A pilot investigation

Objective Differential alterations in gut microbiota and chronic low-grade inflammation play a critical role in the development of Type 2 diabetes (T2D). Here we aimed to investigate if dysbiosis of inflammation and anti-inflammation-associated gut bacterial communities in fecal samples of individuals had any influence on T2D using a 16S rRNA gene of V3 region sequencing at Illumina MiSeq platform. Results Our findings showed that a higher abundance of inflammatory bacteria such as Lactobacillus ruminis, Ruminococcus gnavus, Bacteroides caccae, Butyricimonas, and Collinsella aerofaciens, and lower abundance of anti-inflammatory bacteria such as Faecalibacterium prausnitzii, and Butyrivibrio that likely play a role in the development of T2D. Our findings hint the potential of indigenous microbiota in developing diagnostic markers and therapeutic targets in T2D.

The Composition and Concordance of Lactobacillus Populations of Infant Gut and the Corresponding Breast-Milk and Maternal Gut

The maternal gut is the principal source of commensal bacteria in the infant gut during the lactation stage, where breast milk acts as an intermediary for the transfer of potential probiotic bacteria consortia, including Lactobacillus. This study aimed to characterize the bacterial communities in human milk, maternal, and infant feces in a small yet very homogeneous cohort of 25 healthy mother–infant pairs in northwestern China (n = 25, infant age from 7 days to 2 years), with special emphasis on the cooccurrence and vertical transfer of Lactobacillus phylotypes at the species or strain level in mother-breast milk-infant triads. Accurate sequencing analysis revealed that among 73 Lactobacillus zero-radius operational classification units (ZOTUs) identified, 58 belonging to 18 recognized species or species groups were distributed in all three types of samples. Lactobacillus ruminis, L. mucosae and L. gasseri-johnsonii as true residents were the most represented in all three ecosystems, whereas the content of Lactobacillus phylotypes commonly developed as probiotics was not dominant. While the numbers of Lactobacillus species in breast milk and infant feces were greater than that in maternal feces, principal coordinates analysis (PCoA) based on beta diversity, coupled with the frequency of isolates determined by culture methods, showed that the Lactobacillus community in the infant gut was more similar to that in the maternal gut than to that in breast milk, suggesting that the gut is niche selective for Lactobacillus populations. In addition, identical strains of L. ruminis, L. paracasei, L. mucosae and L. salivarius were isolated from multiple mother–infant pairs, supporting the hypothesis that vertical transfer of bacteria via breastfeeding contributes to the initial establishment of the microbiota in the developing infant intestine.

Genome Sequence Data of Lactobacillus ruminis ICIS-540, Isolated from the Intestine of a Healthy Woman

ABSTRACT Data on the draft genome sequence of Lactobacillus ruminis ICIS-540 are presented in this report. This Lactobacillus strain was isolated from the human colon as a prospective probiotic candidate. The genome size was 2,397,517 bp (G+C content, 42.7%). Annotation revealed 2,847 coding sequences, including 2,573 proteins.

Comparative Genomics Analysis of Lactobacillus ruminis from Different Niches

Lactobacillus ruminis is a commensal motile lactic acid bacterium living in the intestinal tract of humans and animals. Although a few genomes of L. ruminis were published, most of them were animal derived. To explore the genetic diversity and potential niche-specific adaptation changes of L. ruminis, in the current work, draft genomes of 81 L. ruminis strains isolated from human, bovine, piglet, and other animals were sequenced, and comparative genomic analysis was performed. The genome size and GC content of L. ruminis on average were 2.16 Mb and 43.65%, respectively. Both the origin and the sampling distance of these strains had a great influence on the phylogenetic relationship. For carbohydrate utilization, the human-derived L. ruminis strains had a higher consistency in the utilization of carbon source compared to the animal-derived strains. L. ruminis mainly increased the competitiveness of niches by producing class II bacteriocins. The type of clustered regularly interspaced short palindromic repeats /CRISPR-associated (CRISPR/Cas) system presented in L. ruminis was mainly subtype IIA. The diversity of CRISPR/Cas locus depended on the high denaturation of spacer number and sequence, although cas1 protein was relatively conservative. The genetic differences in those newly sequenced L. ruminis strains highlighted the gene gains and losses attributed to niche adaptations.

Whole genome sequencing of the lactic acid bacteria lactobacillus zymae, lactobacillus acidipiscis and lactobacillus rennini

Τα οξυγαλακτικά βακτήρια είναι μία από τις πιο σημαντικές ομάδες βακτηρίων για τη βιομηχανία. Τα βακτήρια αυτά χρησιμοποιούνται στην παραγωγή τροφίμων και ζωοτροφών,στη βελτίωση της υγείας του ανθρώπου και των ζώων, στην παραγωγή μακρομορίων,ενζύμων και διαφόρων μεταβολιτών. Τα τελευταία χρόνια, η αλληλούχιση όλο και περισσότερων οξυγαλακτικών βακτηρίων καθώς και η ανάλυσή τους με εργαλεία βιοπληροφορικής μας έχει προσφέρει πρωτοφανείς ευκαιρίες για να ανακαλύψουμε σημαντικά χαρακτηριστικά των βακτηρίων αυτών. Η αλληλούχιση ολόκληρων γονιδιωμάτων μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με το τεχνολογικό και το προβιοτικό δυναμικό ενός στελέχους. Επιπλέον, η γονιδιωματική ανάλυση ενός στελέχους ή η συγκριτική γονιδιωματική ανάλυση μεταξύ φυλογενετικά κοντινών (ή μη) στελεχών/ειδών μπορεί να προσφέρει σημαντικές γνώσεις, όπως η βακτηριακή ποικιλομορφία και η προσαρμογή σε ποικίλους οικολογικούς θώκους. Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, τρία "άγρια" στελέχη οξυγαλακτικών βακτηρίων, ο Lactobacillus zymae ACA-DC 3411, ο Lactobacillus rennini ACADC 565 και ο Lactobacillus acidipiscis ACA-DC 1533, τα οποία έχουν απομονωθεί από παραδοσιακά Ελληνικά προϊόντα ζύμωσης και συγκεκριμένα από προζύμι, Μάνα Κοπανιστή και Κοπανιστή, αντιστοίχως, αλληλουχήθηκαν με τεχνικές υψηλής απόδοσης και τα γονιδιώματά τους σχολιάστηκαν χρησιμοποιώντας πληθώρα σύγχρονων εργαλείων βιοπληροφορικής. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτές είναι τα πρώτες ολόκληρες χρωμοσωμικές αλληλουχίες για κάθε ένα από τα αντίστοιχα είδη, καθώς οι υπόλοιπες αλληλουχίες που βρίσκονται στις διάφορες βάσεις δεδομένων είναι μερικώς αλληλουχιμένες. Η ανάλυση της χρωμοσωμικής αλληλουχίας του στελέχους L. zymae ACA-DC 3411 μεγέθους 2,7 Mbp αναγνώρισε ένα σύστημα περιορισμού-τροποποίησης (RM) τύπου Ι, 19 γονιδιωματικές νήσους που περιείχαν συνολικά 265 γονίδια τα οποία πιθανότατα να προήλθαν από οριζόντια μεταφορά, τέσσερις ημιτελείς και μία υπο αμφισβήτηση αλληλουχίες προφάγων και έξι επιβεβαιωμένα και έξι υπο αμφισβήτηση συστήματα που ονομάζονται συγκεντρωμένες τακτικές παρεμβαλλόμενες σύντομες παλινδρομικές επαναλήψεις (CRISPR). Επιπλέον, η λειτουργική ταξινόμηση των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες στις διάφορες ορθόλογες ομάδες γονιδίων (COG) έδειξε ότι 1.930 γονίδια(περίπου 80%) εντοπίστηκαν σε τουλάχιστον μία κατηγορία COG. Η κατηγορία COG με τα περισσότερα γονίδια (14%) σχετίζεται με την αντιγραφή, τον ανασυνδυασμό και την επιδιόρθωση του DNA.H ανάλυση της χρωμοσωμικής αλληλουχίας του L. rennini ACA-DC 565 μεγέθους 2,4Mbp αναγνώρισε αρκετές πρωτεΐνες τοξίνης-αντιτοξίνης, ένα σύστημα RM τύπου II και πέντε συστήματα CRISPR με τις σχετικές πρωτεΐνες cas. Επιπλέον, προσδιορίστηκε μια ημιτελής αλληλουχία προφάγου μήκους 17,1 Kbp που περιείχε οκτώ γονίδια φάγων, επτά γονίδια βακτηρίων και δύο γονίδια με υποθετική λειτουργία. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της κατανομής των γονιδίων στις διάφορες λειτουργικές κατηγορίες COG, 1.900 γονίδια (περίπου87,7%) κατατάχθηκαν κάποια κατηγορία COG, ενώ η κατηγορία COG με τα περισσότερα γονίδια (9,33%) σχετίζεται με τη μεταφορά και το μεταβολισμό των υδατανθράκων.Ενώ για τα είδη L. zymae και L. rennini, υπήρχε μόνο ένα γονιδίωμα μερικώς αλληλουχημένο στο Εθνικό Κέντρο Βιοτεχνολογικών Πληροφοριών ο L. zymae DSM 19395Tκαι ο L. rennini DSM 20253T, αντίστοιχα, στην περίπτωση του L. acidipiscis υπήρχαν τέσσερα γονιδιώματα μερικώς αλληλουχημένα για τα στελέχη KCTC 13900, DSM 15353, JCM 10692Tκαι DSM 15836T. Παρόλα αυτά πρέπει να σημειωθεί ότι τα στελέχη KCTC 13900 και DSM 15353 είναι κλώνοι, όπως συμβαίνει και με τα στελέχη στελέχη JCM 10692T και DSM15836T το οποίο φάνηκε σε θερμικό χάρτη που υπολογίζει το ποσοστό ομοιότητας μεταξύ 2 αλληλουχιών. Λόγω του ότι η ανάγκη για την εύρεση διαφορών μεταξύ στελεχών γίνεται όλο και πιο απαραίτητη, κάναμε συγκριτική γονιδιωματική ανάλυση μεταξύ των τριών στελεχών του L. acidipiscis (ACA-DC 1533, KCTC 13900 και JCM 10692T). Με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης του παν-γονιδιώματος, του κοινού γονιδιώματος μεταξύ των στελεχών, αλλά και των μοναδικών γονιδίων κάθε στελέχους, τα τρία στελέχη του L. acidipiscis παρουσίασαν υψηλό βαθμό συντήρησης σε επίπεδο γονιδιώματος. Επιπλέον, φάνηκε ότι τα στελέχη ACADC1533 και JCM 10692T δεν διαθέτουν συστήματα CRISPR αλλά έχουν δύο παρόμοιες περιοχές προφάγων στα γονιδιώματά τους παρόλο που έχουν απομονωθεί από διαφορετικά οικοσυστήματα, τα οποία είναι η Κοπανιστή και ζυμούμενο ψάρι, αντίστοιχα. Αντίθετα, η ανάλυση των συστημάτων CRISPR του στελέχους KCTC 13900 έδειξε ότι το βακτήριο έχει αποκτήσει ανοσία προφάγους που βρέθηκαν στα άλλα δύο στελέχη του L. acidipiscis. Παρόλα αυτά, μια αλληλουχία προφάγου που δεν βρέθηκε στα στελέχη ACA-DC 1533 και JCM10692T βρέθηκε στο στέλεχος KCTC 13900. Τα ευρήματα αυτά υποδηλώνουν την ύπαρξη γενεαλογικού χαρακτήρα εντός του είδους. Από τα παραπάνω μοτίβα παρουσίας/απουσίας γενετικών χαρακτηριστικών στα τρία γονιδιώματα, φαίνεται ότι τα στελέχη ACA-DC 1533 καιJCM 10692T είναι περισσότερο κοντά παρόλο που έχουν απομονωθεί από διαφορετικάοικοσυστήματα.Δεδομένου ότι ο L. acidipiscis ανήκει στον κλάδο του Lactobacillus salivarius, ο οποίος αποτελείται κυρίως από συμβιωτικά είδη, πραγματοποιήθηκε συγκριτική γονιδιωματική ανάλυση μεταξύ επιλεγμένων στελεχών του κλάδου για να διερευνηθεί το επίπεδο ποικιλομορφίας μεταξύ των γονιδιωμάτων. Η συγκριτική γονιδιωματική ανάλυση μεταξύ τωνL. acidipiscis ACA-DC 1533, L. salivarius UCC118 και Lactobacillus ruminis ATCC 27782 αποκάλυψε σημαντικές διαφορές στον αριθμό των πρωτεϊνών που σχετίζονται με μεταβολισμό των υδατανθράκων, των πρωτεολυτικών ενζύμων, των μεταφορέων, των αλληλουχιών εισαγωγής και των ρυθμιστικών πρωτεινών. Στη συνέχεια διερευνήθηκε το προβιοτικό δυναμικό του L. acidipiscis ACA-DC 1533 σε σύγκριση με τον προβιοτικό L.salivarius UCC118, ωστόσο δεν βρέθηκαν προφανή γονιδιωματικά χαρακτηριστικά που να υποστηρίζουν ένα προβιοτικό δυναμικό για το στέλεχος ACA-DC 1533. Επιπλέον, η εύρεση μεταφορέων γλυκίνης- βεταΐνης στο χρωμόσωμα του ACA-DC 1533 θα μπορούσε να εξηγήσει την ικανότητα του στελέχους / είδους να αναπτυχθεί σε ζυμούμενα τρόφιμα με υψηλές συγκεντρώσεις άλατος. Τέλος, εντοπίστηκαν αρκετά γονίδια στο γονιδίωμα του ACA-DC 1533 που κωδικοποιούν ένζυμα κλειδιά τα οποία εμπλέκονται σε μεταβολικά μονοπάτια (κυρίως κατά τον καταβολισμό των αμινοξέων) από τα οποία παράγονται πτητικές ενώσεις,συμβάλλοντας με αυτόν το τρόπο στην ιδιαίτερη πικάντικη γεύση της Κοπανιστής.

Evaluation of colonisation resistance in stool of human donors using ex vivo, in vitro and in vivo assays

The indigenous microbiota is the population of microorganisms normally present on the surface and mucosa of an individual, where it performs essential health functions, including the colonisation resistance (CR) against pathogens. To identify the bacteria responsible and the mechanisms involved in the CR, the germ-free (GF) animal model has been used, because in vitro studies cannot always be extrapolated to what occurs in vivo. In this study, ex vivo antagonism assays against seven enteropathogenic bacteria using stools from 15 healthy human donors confirmed that the CR showed individual variation. Using in vitro antagonism assays, 14 strains isolated from dominant faecal microbiota of donors with elevated CR were selected for mono-association in GF mice to test the in vivo antagonism against Salmonella enterica ser. Typhimurium. Mice mono-associated with Enterococcus hirae strain 8.2, Bacteroides thetaiotaomicron strain 16.2 and Lactobacillus ruminis strain 18.1 had significant reductions in faecal counts of the pathogen during the challenge. After five days of infection, the group associated with E. hirae 8.2 showed a reduction in the translocation of S. Typhimurium to the spleen, while the group associated with L. ruminis 18.1 presented an increased translocation to the liver. The histological data confirmed these results and revealed that the mice associated with E. hirae 8.2 showed fewer lesions on ileum and liver, compared to the damage caused by S. Typhimurium alone, while in mice associated with L. ruminis 18.1 there was significantly worse lesions. Concluding, from the dominant faecal microbiota from healthy human with high CR, through ex vivo, in vitro and in vivo assays, a bacterium was characterised for its high CR potential, being a candidate for probiotic use.