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Comparative analysis of fecal microbiota and intestinal microbial metabolic activity in captive polar bears

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Abstract:

The composition of the intestinal microbiota depends on gut physiology and diet. Ursidae possess a simple gastrointestinal system composed of a stomach, small intestine, and indistinct hindgut. This study determined the composition and stability of fecal microbiota of 3 captive polar bears by group-specific quantitative PCR and PCR-DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis) using the 16S rRNA gene as target. Intestinal metabolic activity was determined by analysis of short-chain fatty acids in feces. For comparison, other Carnivora and mammals were included in this study. Total bacterial abundance was approximately log 8.5 DNA gene copies·(g feces)-1 in all 3 polar bears. Fecal polar bear microbiota was dominated by the facultative anaerobes Enterobacteriaceae and enterococci, and the Clostridium cluster I. The detection of the Clostridium perfringens α-toxin gene verified the presence of C. perfringens. Composition of the fecal bacterial population was stable on a genus level; according to results obtained by PCR-DGGE, dominant bacterial species fluctuated. The total short-chain fatty acid content of Carnivora and other mammals analysed was comparable; lactate was detected in feces of all carnivora but present only in trace amounts in other mammals. In comparison, the fecal microbiota and metabolic activity of captive polar bears mostly resembled the closely related grizzly and black bears.

La composition du microbiote intestinal dépend de la physiologie de l’intestin et de la diète. Les Ursidae possèdent un système gastro-intestinal simple composé de l’estomac, de l’intestin grêle et d’un intestin postérieur indistinct. Cette étude visait à déterminer la composition et la stabilité du microbiote fécal de 3 ours polaires gardés en captivité par PCR quantitative et PCR-DGGE spécifiques des groupes, en ciblant le gène de l’ARNr 16S. L’activité métabolique intestinale a été déterminée par l’analyse des acides gras à courte chaine dans les fèces. Aux fins de comparaison, d’autres carnivores et mammifères ont été inclus dans cette étude. L’abondance bactérienne totale était d’environ log 8,5 copies de gène par gramme chez les 3 ours polaires. Le microbiote fécal de l’ours polaire était dominé par les anaérobies facultatifs Enterobacteriaceae et les entérocoques, et par la grappe I de Clostridium. La détection du gène de l’α-toxine de Clostridium perfringens a été utilisée pour vérifier sa présence. La composition de la population de bactéries fécales était stable à l’échelle du genre; les espèces bactériennes dominantes fluctuaient d’après les résultats obtenus par PCR-DGGE. Les contenus en acides gras à courte chaine des fèces des carnivores et des autres mammifères étaient comparables; le lactate a été détecté dans les fèces de tous les carnivores mais était présent à l’état de trace chez les autres mammifères. En comparaison, le microbiote fécal et l’activité métabolique des ours polaires gardés en captivité ressemblaient essentiellement à ceux des ours grizzly et des ours bruns, avec lesquels ils sont fortement apparentés.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2011

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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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