Investigations on the Prebiotic Activity of Xylan and Xylooligosaccharides Using in Vitro Mouse Fecal Culture and Ex Vivo Mouse Colon Model

Abstract

Ksilan (KS) ve onun hidroliz ürünü olan ksilooligosakkaritler (KOS), prebiyotik özellikleriyle tanınmaktadır. KS'nin, KOS ve inüline (INU) göre daha yavaş bir şekilde kullanıldığı ve bağırsak mikrobiyotası üzerinde farklı etkiler gösterdiği gözlemlenmiştir. Ancak, KS'nin fizyolojik etkilerine yönelik araştırmalar hâlâ sınırlıdır. Bu çalışma, KS'nin kolondaki kullanımını ve mikrobiyota üzerindeki etkilerini, fare tabanlı in vitro ve ex vivo modeller kullanarak araştırmayı amaçlamıştır. In vitro çalışmalar, BALB/c fare dışkı inokulumu kullanılarak KOS, KS, INU ve KOS+KS ile INU+KS kombinasyonlarının etkilerini değerlendirmiştir. İyi bilinen bir prebiyotik olan INU, karşılaştırma amacıyla çalışmaya dahil edilmiştir. Sonuçlar, test edilen tüm prebiyotiklerin Bifidobacteria ve Lactobacillus popülasyonlarını önemli ölçüde artırırken, Enterococcus, Staphylococcus ve Clostridium sensu stricto popülasyonlarını çeşitli oranlarda azalttığını göstermiştir. Oligomerik KOS, özellikle Bifidobacteria ve Lactobacillus popülasyonlarını artırırken, polimerik KS daha çok Bacteroides türlerinin büyümesini desteklemiştir. Ex vivo modelde ise farelerin sekum, proksimal ve distal kolon bölümlerinde KS ve KOS'un lokalize etkileri incelenmiştir. Bulgular, her iki prebiyotiğin tüm bağırsak segmentlerinde metabolize edilerek kısa zincirli yağ asidi üretimine yol açtığını ve Bacteroides ile Bifidobacteria popülasyonlarını desteklediğini ortaya koymuştur. KS, tüm bağırsak bölümlerinde daha yüksek Bacteroides büyümesi ile ilişkilendirilmiş olup, sekumda yavaş fermantasyon göstererek prebiyotik aktivitenin distal kolona kadar uzanabileceğine işaret etmektedir. Bu bulgular, prebiyotiklerin bağırsak sağlığında potansiyel uygulamaları ile prebiyotik dinamiklerinin anlaşılmasına önemli katkılar sunmaktadır.

Xylan (XY) and its hydrolysis products, xylooligosaccharides (XOS), are recognized for their prebiotic properties. It has been observed that XY is utilized more slowly than XOS and has distinct effects on the gut microbiota, However, research on the physiological effects of XY itself remains limited. This study was set up to investigate the utilization of XY in the colon and its impact on microbiota using mice-based in vitro and ex vivo models. In vitro studies utilized BALB/c mice fecal inoculum to assess the effects of XOS, XY, INU, and combinations of XOS+XY and INU+XY. INU, a well-known prebiotic, was included in the study for comparison. Results demonstrated that all tested prebiotics significantly increased populations of Bifidobacteria and Lactobacillus while reducing Enterococcus, Staphylococcus, and Clostridium sensu stricto to varying extents. Oligomeric XOS notably enhanced Bifidobacteria and Lactobacillus populations, whereas polymeric XY primarily supported the growth of Bacteroides. The ex vivo model, employing sections of mice large intestine, examined the localized effects of XY and XOS in the cecum, proximal, and distal colon. Findings indicated that XY and XOS were metabolized in all sections, producing short-chain fatty acid and supporting Bacteroides and Bifidobacteria growth. XY exhibited higher Bacteroides growth across sections. The slow fermentation of XY in the cecum suggested that this polysaccharide could extend prebiotic activity to the distal colon section. These findings enhance our understanding of prebiotic dynamics and their potential applications in gut health.