Effect of Propionyl-fructooligosaccharides on Fecal Microbiota in ICR Mouse Model

Abstract

It has been reported that fructooligosaccharides (FOS) has the prebiotic function and propionic acid is a broadly used food preservative. The aim of the present study was to find the effect of propionyl-fructooligosaccharides 􀀁P-FOS􀀂 as a potential prebiotic on fecal microbiota in Institute of Cancer Research (ICR) mouse model. The P-FOS is a novel oligosaccharide product with ester linkage between propionate and FOS. Sixty four 7-week-old specific pathogen free (SPF) grade male ICR mice were administered with different diets into eight groups as follows, ND with normal feed of AIN 93G as control, M with probiotics powder mix in drinking water while maintaining a normal feed, F with 0.5% FOS in normal feed, P with 0.5% P-FOS in normal feed, FM with probiotics powder mix in drinking water and 0.5% FOS in normal feed, PM with probiotics powder mix in drinking water and 0.5% P-FOS in normal feed, FPM with probiotics powder mix in drinking water and normal feed, 0.5% FOS and 0.5% P-FOS in normal feed. The quantitative results of fecal bacteria were analyzed by quantitative real-time PCR (qrt-PCR). The concentration of short chain fatty acid (SCFA) in cecum contents were determined by high performance liquid chromatography. The increases of Bifidobacterium spp. and Lactobacillus spp. in P group with significant difference compared with ND and F group at 5 weeks were shown in the qrt-PCR analysis. Bacteroides spp. was decreased in P group with significant difference compared with F group at 1 and 9 weeks. There was significant increase of Lactobacillus spp. in FP group compared with F and P groups. As for the concentration of SCFA, the greatest increase in the concentration of isobutyrate and total SCFA were shown in PM group. In this study, it was concluded that P-FOS had a better prebiotic effect in improving beneficial bacteria and suppressing some of the opportunistic pathogen bacteria than FOS. In summary, we proved that the P-FOS could be treated as a new functional prebiotic in improving the balance of intestinal microbiota.

P-FOS 는 프락토올리고당(FOS)과 프로피온산의 에스터 결합을 통해 새롭게 합성된 물질로서,선행 연구에서 의해 프락토올리고당의 프리바이오틱스 효과가 입증되었으며, 프로피온산은 식품보존제로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 새로 합성된 P-FOS 의 섭취가 ICR 마우스의 장내 균총에 미치는 영향을 확인하였다. 본 실험에서 7 주령 수컷 ICR 마우스를 무작위적으로 여덟 군 (n = 8)

일반식이 섭취군 (ND), 프로바이오틱스 첨가군 (M), 0.5% FOS 첨가군 (F), 0.5% P-FOS 첨가군 (P), 0.5% FOS+0.5% P-FOS 조합군 (FP), 0.5% FOS+프로바이오틱스 조합군 (FM), P-FOS+프로바이오틱스 조합군 (PM), 0.5% FOS+0.5% P-FOS+프로바이오틱스 조합군 (FPM)으로 나누었다. 0, 1, 5, 9 주차에서 분변 샘플을 수집하여 정량 실시간 PCR 을 통해 정량분석 하였다. 또한 9 주차의 맹장내용물을 수집하여 고성능 액체 크로마토그래피를 통해 단쇄지방산 농도를 측정하였다. 실험 결과, FOS 섭취군에 비해 P-FOS 섭취군은 5 주차 에서 Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp.는 유의하게 증가하였고, 1, 9주차 에서 장내유해균인 Bacteroides spp. 는 유의하게 감소하였다. FOS+P-FOS 조합된 FP 군은 F 군과 P 군과 비교시, 9 주차 변에서 Lactobacillus spp.가 유의하게 증가하였다. 또한, P-FOS+프로바이오틱스 조합된 PM 군에서 Bifidobacterium spp., Clostridium butyricum 등의 유익균 생육 촉진 및 Bacteroides spp. 등의 유해균 생육 억제 효과가 나타났으며, 다른 군에 비해 PM 군과 FM 군에서 단쇄지방산 이소부티르산 농도가 유의하게 증가하였다. 따라서 새롭게 합성된 P-FOS 는 기존에 상업적으로 사용되는 FOS에 비해 장내 균총의 유익한 변화에 기여하며, 이를 통해 새로운 프리바이오틱스로서의 가능성을 보여주었다.