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Title Page

ABSTRACT

Contents

Chapter 1. Introduction 11

1.1. Research Background 11

Chapter 2. Experimental section and methods 13

2.1. Fish-Collagen Peptide Preparation 13

2.2. Animal Testing and Diet Management 16

2.3. Gathering Fecal and Blood Samples 16

2.4. Fecal Endotoxin Measurement 16

2.5. Cell Culture Conditions 17

2.6. ELISA Assay 17

2.7. Gut Microbiome Analysis 18

Chapter 3. Results and Discussion 20

3.1. Results 20

3.1.1. Valuable Peptide Screening for Disease Treatment Based on Gut Microbiota Composition 20

3.1.2. Physiological Alterations Depending on the Presence or Absence of Collagen Peptide Intake in an Obese Mouse Model Fed a High-Fat Diet. 24

3.1.3. Members of Gut Microbiome Community Altered by Collagen Peptide Consumption in an Obese Mouse Model induced by a High-Fat Diet. 30

3.1.4. The Alteration of the Gut Microbiota induced by Collagen Peptide Consumption Leads to Changes in the Metabolic Pathways Mediated by the Microbiota. 36

3.2. Discussion 41

Reference 44

국문초록 48

List of Tables

Table 2.1. The composition of amino acids of collagen peptide. 14

Table 2.2. Molecular weight of collagen peptide. 15

Table 2.3. List of Primers used for Sequencing the V3V4 region of 16S rRNA. 19

List of Figures

Figure 3.1. Identification of peptides that exert a considerable effect on the gut microbiome. 22

Figure 3.2. Changes in F/B ratio over time after collagen peptide administration. 23

Figure 3.3. The scheme of the animal experiment and the comparison of physiological levels among groups. 26

Figure 3.4. Comparison of pro-inflammatory cytokine levels among groups. 28

Figure 3.5. The results of the blood-biochemical analysis. 29

Figure 3.6. Comparison of gut microbial community composition and diversity among three groups. 32

Figure 3.7. LEfSe bar plot (HFD + vehicle vs HFD + collagen). 33

Figure 3.8. Comparison of the relative abundance of specific OTUs that exhibited significant differences in LEfSe between the groups. 34

Figure 3.9. A box plot illustrating the differences in OTU abundances between the two groups. 35

Figure 3.10. Heatmap visualization of significantly distinct functional profiles inferred by PICRUSt2 based on the presence or absence of collagen peptide. 37

Figure 3.11. The anticipated functional profile variances between HFD + collagen and HFD + vehicle mice using PICRUSt2. 38

Figure 3.12. Boxplots depicting the relative abundance in 27 pathways related to obesity. 40

초록보기

 많은 사람들이 장내 미생물총의 변화가 다양한 질병을 유발한다는 사실을 알고 있기 때문에 장내 미생물의 균형을 맞추고 유익균의 성장을 촉진하기 위해 프로바이오틱스 또는 프리바이오틱스를 일상적으로 섭취하고 있다. 본 연구에서 우리는 쥐의 장내 미생물에 상당한 변화를 유도하고 비만과 관련된 Firmicutes/Bacteroidetes 비율을 감소시키는 생선(틸라피아)껍질에서 추출한 펩타이드를 선택했다. 우리는 고지방 식이 기반 비만 마우스 모델에서 선별된 생선 콜라겐 펩타이드의 항비만 효과를 검증하려고 시도했다. 예상대로, 고지방식이와 함께 콜라겐 펩타이드를 병용하면 Firmicutes/Bacteroidetes 비율의 증가를 크게 감소시켰다. 또한, 항비만 효과가 있는 것으로 알려진 일부 박테리아 분류군 Faecalibaculum, Bacteroides, Streptococcus 및 Clostridium_sensu_stricto_1 이 증가했다. 결과적으로, 장내 미생물총의 변화는 비만 억제와 관련된 필수 아미노산 합성 및 다당류 분해와 같은 대사 경로의 활성화를 가져왔다. 또한, 콜라겐 펩타이드는 체중 증가, 혈당 상승, 복부 지방 축적 등 고지방식이로 인한 비만의 징후도 효과적으로 감소시켰다. 이러한 결과들로 생선 껍질에서 추출한 콜라겐 펩타이드를 섭취하면 장내 미생물총에 상당한 변화가 유발되어 비만 발병을 억제하는 잠재적인 보조 치료제로 사용될 수 있음을 시사한다.

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