Current and future uses of real-time polymerase chain reaction and microarrays in the study of intestinal microbiota, and probiotic use and effectiveness

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Abstract:

Probiotics are defined as live microorganisms that confer a health benefit to the host when administered in adequate amounts. In addition to human health benefits, probiotics can improve various aspects of growth and performance in livestock and poultry, as well as control undesirable microorganisms in food animals. Studies indicate that probiotics can prevent or treat certain conditions, including atopic disease in infants, food allergy, infection after surgery, acute diarrhea, and symptoms associated with irritable bowel syndrome. Understanding the complete mechanism, effectiveness, and potential use of probiotics is limited by the availability and sensitivity of current methods (i.e., culturing techniques). In recent years, real-time polymerase chain reaction (PCR) and microarrays have become prominent and promising methods to examine quantitative changes of specific members of the microbial community and the influence of probiotics on the structure and function of human and animal intestinal ecosystems. Culture-independent studies have established that only a fraction of organisms present in feces are cultivable, therefore, results obtained by cultivation are limited. Conversely, in-depth knowledge of microbial genomes has enabled real-time PCR and microarrays to be more sensitive and has resulted in precise methods for comprehensive analysis of the complex gut microbiota. Additionally, these technologies can assess the influence of intestinal microorganisms on host metabolism, nutrient status, and disease. This paper reviews method technologies and applications of real-time PCR and microarray assays as they relate to the effect and use of probiotics on the intestinal microbiota and gastrointestinal disease.

Les probiotiques sont des microorganismes vivants qui, lorsqu’administrés en quantités adéquates, sont bénéfiques pour la santé de l’hôte. En plus de bénéfices pour la santé, les probiotiques peuvent améliorer différents aspects de la croissance et de la performance du bétail et de la volaille, et contrôler les microorganismes indésirables chez les animaux de consommation. Les études indiquent que les probiotiques peuvent prévenir ou traiter certaines maladies, incluant les maladies atopiques chez l’enfant, l’allergie alimentaire, l’infection post-chirurgicale, la diarrhée aiguë et les symptômes associés au syndrome du côlon irritable. La compréhension du mécanisme d’action des probiotiques, de leur efficacité et de leur utilisation potentielle est limitée par la disponibilité et la sensibilité des méthodes actuelles (c.-à-d. techniques de cultures). Au cours des dernières années, la PCR en temps réel et les micro-puces d’ADN sont devenues des méthodes en vue et prometteuses pour évaluer les changements quantitatifs de composantes spécifiques d’une communauté microbienne, et mesurer l’influence des probiotiques sur la structure et la fonction des écosystèmes intestinaux chez l’humain et l’animal. Des études indépendantes de la mise en culture ont démontré que seule une fraction des organismes présents dans les fèces sont cultivables et que conséquemment, les résultats obtenus par la culture sont limités. À l’opposé, une connaissance approfondie des génomes bactériens a fait de la PCR en temps réel et des micro-puces d’ADN des méthodes plus sensibles et plus précises en vue d’analyser en détail un microbiote intestinal complexe. De plus, ces techniques peuvent servir à évaluer l’influence des microorganismes intestinaux sur le métabolisme de l’hôte, le statut nutritionnel et les maladies. Ainsi, cet article passera en revue la technologie et les applications de la PCR en temps réel et des micro-puces à ADN dans le contexte de l’utilisation des probiotiques et de leurs effets sur le microbiote intestinal et les maladies gastro-intestinales.

Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 2007

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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