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Natural Product Efficacy Evaluation

Modulation of Canine Gut Microbiota by Prebiotic and Probiotic Supplements: A Long-Term In Vitro Study Using a Novel Colonic Fermentation Model

정리일 2026-07-23

Modulation of Canine Gut Microbiota by Prebiotic and Probiotic Supplements: A Long-Term In Vitro Study Using a Novel Colonic Fermentation Model

  • 저자: A. Gramenzi; Luana Clerico; Benedetta Belà; M. Di Leonardo; I. Fusaro; Giulia Pignataro
  • 출처: Animals : an open access journal from MDPI (2024)
  • DOI/링크: https://doi.org/10.3390/ani14223342
  • 연구 계열: Topics/Natural Product Efficacy Evaluation
  • 투고일: 2024-10-15

TL;DR

개 장내 미생물을 모사한 M-SCIME 시험관 모델에서 프리바이오틱(Microbiotal), 프로바이오틱(L. reuteri), 병용 처리 모두 Limosilactobacillus, Bifidobacterium, Prevotella, Faecalibacterium을 유의하게 증가시켜 당분해성 발효와 부티르산 생성 개선을 시사했으며, 특히 병용 시 효과가 두드러졌다.

1. 연구 배경 및 동기

  • 다루는 문제: 장내 미생물총은 개의 면역, 소화, 병원균 방어에 중요한 역할을 하며, 프리바이오틱스와 프로바이오틱스는 이를 조절할 수 있다. 이 연구는 개 장을 모사한 시험관 발효 모델로 3가지 보충제의 장내미생물 변화를 평가했다.
  • 기존의 공백 / 왜 필요한가: 프리바이오틱스와 프로바이오틱스 병용(신바이오틱스)의 상승효과에 대한 관심이 높아지고 있으나, 개 장내 미생물총에 대한 장기적 시험관 모델 데이터는 제한적이다.

2. 관련 연구

  • 기존 연구 흐름: 기존 연구는 개 장내 미생물총이 식이 유형에 크게 영향받는다는 점과 프리바이오틱스·프로바이오틱스의 개별 조절 효과를 보고해왔다.
  • 이 논문의 위치: 인체용 SHIME 모델을 개 위장관에 맞게 조정한 SCIME(Triple-M-SCIME) 시스템으로 관강·점막 환경을 모두 반영해 2주간 3개 처리(프리바이오틱, 프로바이오틱, 병용)를 병행 비교한 연구이다.

3. 핵심 기여

  1. 인체 SHIME 모델을 개 위장관 조건(체온 39°C, 근위/원위 결장 pH 등)에 맞게 조정한 SCIME 모델 구축
  2. 관강 및 점막 미생물 환경을 동시에 모사하는 Triple-M-SCIME 설계
  3. 프리바이오틱·프로바이오틱·병용 3처리의 2주 장기 발효 비교
  4. 16S rRNA 시퀀싱, LEfSe, treeclimbR로 처리별 미생물 변화 분석

4. 제안 방법론

  • 전체 접근 논리: SCIME(대장발효 모사) 시스템을 이용해 프리바이오틱(Microbiotal)과 프로바이오틱(L. reuteri) 단독 및 병용 급여가 개의 결장 내강·점막 미생물총에 미치는 장기 영향을 평가
  • 단계:
    • 건강한 약 20kg 성견 1마리의 분변으로 접종한 Triple-M-SCIME 시스템(근위/원위 결장, 내강+점막) 구축
    • 안정화 3주 → 대조기 2주 → 처리기 2주(Microbiotal, L. reuteri DSM 32203 2×10^10 CFU/일, 병용 M+P)로 진행
    • 16S rRNA(V3-V4) Illumina 시퀀싱, 유세포계수, 알파다양성(Chao1·Shannon·Simpson), 베타다양성(DAPC) 분석
    • LEfSe(LDA>2) 및 treeclimbR로 처리군간 유의 분류군 도출

5. 실험 설정

항목 내용
대상/재료 건강한 약 20kg 성견 1마리의 분변 미생물총으로 접종한 SCIME in vitro 모델(근위·원위 결장, 내강·점막)
처리 조건 3주 안정화, 2주 대조, 2주 처리(Microbiotal 1정/일-FOS·이눌린·마이크로캡슐화 뷰티레이트·불활성화 L. reuteri NBF1 865.3mg; L. reuteri DSM 32203 2×10^10 CFU/일; 병용 M+P)
대조군 무보충 표준 배지 대조기(T0 기준)
측정 방법 16S rRNA(V3-V4) Illumina 시퀀싱, 유세포계수, 알파다양성(Chao1, Shannon, Simpson), 베타다양성(DAPC), LEfSe/treeclimbR

6. 실험 결과 분석

지표 변화(Δ) 조건 · 유의성
관찰 분류군(observed taxa) 모든 처리에서 증가, M+P 병용에서 근위결장 내강 최대 증가 처리기 vs 대조기
Shannon/Simpson 지수 전 처리에서 다양성 증가, M+P 병용이 근위결장 점막에서 가장 뚜렷 처리기
베타다양성(DAPC) 근위결장 내강에서 M+P군이 대조군과 뚜렷히 분리, Limosilactobacillus·Faecalibacterium 증가 원위결장은 변화폭 더 작음
Microbiotal 처리(근위결장) Bifidobacterium 유의 증대, Prevotella도 유의 증가 근위결장 내강

제안 기전(인과 사슬): 프리바이오틱(FOS·이눌린) → 당분해균(Bifidobacterium 등) 발효 촉진 → SCFA(아세테이트·락테이트) 생성 증가; 프로바이오틱(L. reuteri) 병용 → 유익균 집락화 상승 → 결장 미생물 다양성·군집구조 개선

7. 비판적 평가

강점

  • 관강·점막 미생물 환경을 동시에 모사하는 M-SCIME 모델 사용
  • 3개 처리군을 동일 시스템에서 병행 비교(Triple 구성)로 조건 통제 우수

한계 · 의문

  • 단일 개체(1마리) 분변 기증자 기반으로 개체 간 변이는 반영하지 못함
  • 시험관 모델로 실제 생체 내(in vivo) 효과는 추가 검증 필요
  • 대사물질(단쇄지방산 등)의 정량적 활성 분석은 후속 연구로 남김

8. 향후 연구 방향

  • 동일 보충제의 대사 활성(단쇄지방산 생성량 등)을 정량 평가하는 후속 연구 필요

9. 결론

프리바이오틱과 프로바이오틱 보충, 특히 병용 투여는 개 장내 유익균을 유의하게 증가시켜 장 건강과 미생물 다양성 증진에 기여할 가능성을 시험관 모델로 확인했다.

Keywords

canine gut microbiota, prebiotic, probiotic, synbiotic, SCIME, 16S rRNA, colonic fermentation, Lactobacillus reuteri

원문 그림

Figure 1. Standard setup of the Simulator of the Canine Intestinal Microbial Ecosystem (SCIME™),
Figure 1. Standard setup of the Simulator of the Canine Intestinal Microbial Ecosystem (SCIME™),
Figure 2. Modified version of the SCIME into a Triple-M-SCIME used for the current study. St + SI:
Figure 2. Modified version of the SCIME into a Triple-M-SCIME used for the current study. St + SI:
Figure 3. Effect of treatment with the different test products (Microbiotal, M; probiotic, P; and their
Figure 3. Effect of treatment with the different test products (Microbiotal, M; probiotic, P; and their
gramenzi2024modulation
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Figure 4. Effect of treatment with the different test products (Microbiotal, M; probiotic, P; and their
Figure 4. Effect of treatment with the different test products (Microbiotal, M; probiotic, P; and their
Figure 5. Effect of treatment with the different test products (Microbiotal, M; probiotic, P; and their
Figure 5. Effect of treatment with the different test products (Microbiotal, M; probiotic, P; and their
gramenzi2024modulation

원문 그림 · 라이선스: cc-by

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