Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com. Η έκδοση του προγράμματος περιήγησης που χρησιμοποιείτε έχει περιορισμένη υποστήριξη CSS. Για καλύτερα αποτελέσματα, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα νεότερο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer). Στο μεταξύ, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, θα εμφανίσουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Η μαύρη μύγα στρατιωτών (Hermetia illucens, L. 1758) είναι ένα παμφάγο τραγικό έντομο με υψηλή δυνατότητα χρήσης οργανικών παραπροϊόντων πλούσιων σε υδατάνθρακες. Μεταξύ των υδατανθράκων, οι μαύρες μύγες στρατιωτών βασίζονται σε διαλυτά σάκχαρα για την ανάπτυξη και τη σύνθεση λιπιδίων. Ο στόχος αυτής της μελέτης ήταν να αξιολογήσει τις επιδράσεις των κοινών διαλυτών σακχάρων στην ανάπτυξη, την επιβίωση και το προφίλ λιπαρών οξέων των μαύρων μυγών στρατιωτών. Συμπληρώστε την τροφή κοτόπουλου με μονοσακχαρίτες και δισακχαρίτες χωριστά. Η κυτταρίνη χρησιμοποιήθηκε ως έλεγχος. Οι προνύμφες που τρέφονταν με γλυκόζη, φρουκτόζη, σακχαρόζη και μαλτόζη αναπτύχθηκαν ταχύτερα από τις προνύμφες ελέγχου. Αντίθετα, η λακτόζη είχε αντιθρεπτική δράση στις προνύμφες, επιβραδύνοντας την ανάπτυξη και μειώνοντας το τελικό ατομικό σωματικό βάρος. Ωστόσο, όλα τα διαλυτά σάκχαρα έκαναν τις προνύμφες πιο παχιές από εκείνες που τρέφονταν με τη δίαιτα ελέγχου. Συγκεκριμένα, τα ελεγμένα σάκχαρα διαμόρφωσαν το προφίλ των λιπαρών οξέων. Η μαλτόζη και η σακχαρόζη αύξησαν την περιεκτικότητα σε κορεσμένα λιπαρά οξέα σε σύγκριση με την κυτταρίνη. Αντίθετα, η λακτόζη αύξησε τη βιοσυσσώρευση των διατροφικών ακόρεστων λιπαρών οξέων. Αυτή η μελέτη είναι η πρώτη που καταδεικνύει την επίδραση της διαλυτής ζάχαρης στη σύνθεση λιπαρών οξέων των προνυμφών της μαύρης μύγας στρατιώτη. Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν ότι οι υδατάνθρακες που δοκιμάστηκαν έχουν σημαντική επίδραση στη σύνθεση λιπαρών οξέων των προνυμφών της μαύρης μύγας στρατιωτών και επομένως μπορεί να καθορίσουν την τελική τους εφαρμογή.
Η παγκόσμια ζήτηση για ενέργεια και ζωικές πρωτεΐνες συνεχίζει να αυξάνεται1. Στο πλαίσιο της υπερθέρμανσης του πλανήτη, είναι επιτακτική ανάγκη να βρεθούν πιο πράσινες εναλλακτικές λύσεις αντί της ορυκτής ενέργειας και των παραδοσιακών μεθόδων παραγωγής τροφίμων με παράλληλη αύξηση της παραγωγής. Τα έντομα είναι υποσχόμενοι υποψήφιοι για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων λόγω της χαμηλότερης χημικής τους σύστασης και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων σε σύγκριση με την παραδοσιακή κτηνοτροφία2. Μεταξύ των εντόμων, ένας εξαιρετικός υποψήφιος για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων είναι η μαύρη μύγα στρατιώτη (BSF), Hermetia illucens (L. 1758), ένα παρασιτοφάγο είδος ικανό να τρέφεται με μια ποικιλία οργανικών υποστρωμάτων3. Ως εκ τούτου, η αξιοποίηση αυτών των υποστρωμάτων μέσω της αναπαραγωγής BSF θα μπορούσε να δημιουργήσει μια νέα πηγή πρώτων υλών για την κάλυψη των αναγκών διαφόρων βιομηχανιών.
Οι προνύμφες BSF (BSFL) μπορούν να τρέφονται με γεωργικά και αγροτοβιομηχανικά υποπροϊόντα όπως δημητριακά ζυθοποιίας, υπολείμματα λαχανικών, πολτός φρούτων και μπαγιάτικο ψωμί, τα οποία είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για την ανάπτυξη του BSFL λόγω των υψηλών υδατανθράκων τους (CH)4,5, 6 περιεχόμενο. Η μεγάλης κλίμακας παραγωγή BSFL έχει ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό δύο προϊόντων: περιττωμάτων, ενός μείγματος υπολειμμάτων υποστρώματος και περιττωμάτων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως λίπασμα για την καλλιέργεια φυτών7 και προνύμφες, που αποτελούνται κυρίως από πρωτεΐνες, λιπίδια και χιτίνη. Οι πρωτεΐνες και τα λιπίδια χρησιμοποιούνται κυρίως στην κτηνοτροφία, τα βιοκαύσιμα και τα καλλυντικά8,9. Όσον αφορά τη χιτίνη, αυτό το βιοπολυμερές βρίσκει εφαρμογές στον αγροδιατροφικό τομέα, τη βιοτεχνολογία και την υγειονομική περίθαλψη10.
Το BSF είναι ένα αυτογενές ολομεταβολικό έντομο, που σημαίνει ότι η μεταμόρφωση και η αναπαραγωγή του, ιδιαίτερα τα ενεργοβόρα στάδια του κύκλου ζωής του εντόμου, μπορούν να υποστηριχθούν πλήρως από τα αποθέματα θρεπτικών συστατικών που δημιουργούνται κατά την ανάπτυξη των προνυμφών11. Πιο συγκεκριμένα, η σύνθεση πρωτεϊνών και λιπιδίων οδηγεί στην ανάπτυξη του λιπώδους σώματος, ενός σημαντικού αποθηκευτικού οργάνου που απελευθερώνει ενέργεια κατά τις φάσεις μη σίτισης του BSF: prepupa (δηλαδή, το τελικό στάδιο της προνύμφης κατά το οποίο οι προνύμφες του BSF μαυρίζουν κατά τη διατροφή και την αναζήτηση για περιβάλλον κατάλληλο για μεταμόρφωση), νύμφες (δηλαδή, το μη κινητικό στάδιο κατά το οποίο το έντομο υφίσταται μεταμόρφωση) και ενήλικες 12,13. Το CH είναι η κύρια πηγή ενέργειας στη διατροφή του BSF14. Μεταξύ αυτών των θρεπτικών συστατικών, το ινώδες CH όπως η ημικυτταρίνη, η κυτταρίνη και η λιγνίνη, σε αντίθεση με τους δισακχαρίτες και τους πολυσακχαρίτες (όπως το άμυλο), δεν μπορούν να αφομοιωθούν από το BSFL15,16. Η πέψη του CH είναι ένα σημαντικό προκαταρκτικό βήμα για την απορρόφηση των υδατανθράκων, οι οποίοι τελικά υδρολύονται σε απλά σάκχαρα στο έντερο16. Τα απλά σάκχαρα μπορούν στη συνέχεια να απορροφηθούν (δηλ. μέσω της περιτροφικής μεμβράνης του εντέρου) και να μεταβολιστούν για να παράγουν ενέργεια17. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι προνύμφες αποθηκεύουν περίσσεια ενέργειας ως λιπίδια στο λιπώδες σώμα12,18. Τα αποθηκευτικά λιπίδια αποτελούνται από τριγλυκερίδια (ουδέτερα λιπίδια που σχηματίζονται από ένα μόριο γλυκερόλης και τρία λιπαρά οξέα) που συντίθενται από τις προνύμφες από διατροφικά απλά σάκχαρα. Αυτά τα CH παρέχουν τα υποστρώματα ακετυλο-CoA που απαιτούνται για τη βιοσύνθεση λιπαρών οξέων (FA) μέσω των οδών συνθάσης και θειοεστεράσης λιπαρών οξέων19. Το προφίλ λιπαρών οξέων των λιπιδίων H. illucens κυριαρχείται φυσικά από κορεσμένα λιπαρά οξέα (SFA) με υψηλή αναλογία λαυρικού οξέος (C12:0)19,20. Ως εκ τούτου, η υψηλή περιεκτικότητα σε λιπίδια και η σύνθεση λιπαρών οξέων γίνονται γρήγορα περιοριστικοί παράγοντες για τη χρήση ολόκληρων προνυμφών στις ζωοτροφές, ειδικά στην υδατοκαλλιέργεια όπου χρειάζονται πολυακόρεστα λιπαρά οξέα (PUFA)21.
Από την ανακάλυψη της δυνατότητας του BSFL να μειώνει τα οργανικά απόβλητα, μελέτες για την αξία διαφόρων υποπροϊόντων έχουν δείξει ότι η σύνθεση του BSFL ρυθμίζεται εν μέρει από τη διατροφή του. Επί του παρόντος, η ρύθμιση του προφίλ FA του H. illucens συνεχίζει να βελτιώνεται. Η ικανότητα του BSFL να βιοσυσσωρεύει PUFA έχει αποδειχθεί σε υποστρώματα πλούσια σε PUFA, όπως φύκια, υπολείμματα ψαριών ή γεύματα όπως ο λιναρόσπορος, που παρέχει υψηλότερη ποιότητα FA για τη διατροφή των ζώων19,22,23. Αντίθετα, για τα υποπροϊόντα που δεν είναι εμπλουτισμένα σε PUFA, δεν υπάρχει πάντα συσχέτιση μεταξύ των διατροφικών προφίλ FA και του FA της προνύμφης, γεγονός που υποδηλώνει την επίδραση άλλων θρεπτικών συστατικών24,25. Στην πραγματικότητα, η επίδραση του εύπεπτου CH στα προφίλ FA παραμένει ελάχιστα κατανοητή και υπο-ερευνημένη24,25,26,27.
Από όσο γνωρίζουμε, αν και οι ολικοί μονοσακχαρίτες και δισακχαρίτες είναι άφθονοι στη διατροφή του H. illucens, ο διατροφικός τους ρόλος παραμένει ελάχιστα κατανοητός στη διατροφή του H. illucens. Ο στόχος αυτής της μελέτης ήταν να αποσαφηνίσει τις επιδράσεις τους στη διατροφή και τη λιπιδική σύνθεση του BSFL. Θα αξιολογήσουμε την ανάπτυξη, την επιβίωση και την παραγωγικότητα των προνυμφών κάτω από διαφορετικές διατροφικές συνθήκες. Στη συνέχεια, θα περιγράψουμε την περιεκτικότητα σε λιπίδια και το προφίλ λιπαρών οξέων κάθε δίαιτας για να τονίσουμε τις επιδράσεις της CH στη διατροφική ποιότητα του BSFL.
Υποθέσαμε ότι η φύση της δοκιμασμένης CH θα επηρέαζε (1) την ανάπτυξη των προνυμφών, (2) τα επίπεδα ολικών λιπιδίων και (3) θα τροποποιούσε το προφίλ FA. Οι μονοσακχαρίτες μπορούν να απορροφηθούν άμεσα, ενώ οι δισακχαρίτες πρέπει να υδρολύονται. Οι μονοσακχαρίτες είναι επομένως περισσότερο διαθέσιμοι ως άμεσες πηγές ενέργειας ή πρόδρομοι για λιπογένεση μέσω των οδών συνθάσης FA και θειοεστεράσης, ενισχύοντας έτσι την ανάπτυξη των προνυμφών του H. illucens και προάγοντας τη συσσώρευση αποθεματικών λιπιδίων (ειδικά λαυρικού οξέος).
Το δοκιμασμένο CH επηρέασε το μέσο σωματικό βάρος των προνυμφών κατά την ανάπτυξη (Εικ. 1). Οι FRU, GLU, SUC και MAL αύξησαν το σωματικό βάρος της προνύμφης παρόμοια με τη δίαιτα ελέγχου (CEL). Αντίθετα, το LAC και το GAL φάνηκε να καθυστερούν την ανάπτυξη των προνυμφών. Συγκεκριμένα, το LAC είχε σημαντική αρνητική επίδραση στην ανάπτυξη των προνυμφών σε σύγκριση με το SUC καθ' όλη την περίοδο ανάπτυξης: 9,16 ± 1,10 mg έναντι 15,00 ± 1,01 mg την ημέρα 3 (F6,21 = 12,77, p < 0,001; Εικ. 1), 125,12 ± 125,16 ± mg και 211,79 ± 14,93 mg, αντίστοιχα, την ημέρα 17 (F6,21 = 38,57, p < 0,001, Σχ. 1).
Χρησιμοποιώντας διαφορετικούς μονοσακχαρίτες (φρουκτόζη (FRU), γαλακτόζη (GAL), γλυκόζη (GLU)), δισακχαρίτες (λακτόζη (LAC), μαλτόζη (MAL), σακχαρόζη (SUC)) και κυτταρίνη (CEL) ως μάρτυρες. Ανάπτυξη προνυμφών που τρέφονται με προνύμφες μαύρης μύγας στρατιωτών. Κάθε σημείο της καμπύλης αντιπροσωπεύει το μέσο ατομικό βάρος (mg) που υπολογίζεται ζυγίζοντας 20 τυχαία επιλεγμένες προνύμφες από έναν πληθυσμό 100 προνυμφών (n = 4). Οι γραμμές σφάλματος αντιπροσωπεύουν το SD.
Η δίαιτα CEL παρείχε εξαιρετική επιβίωση προνυμφών 95,5 ± 3,8%. Επιπλέον, η επιβίωση των διατροφών με H. illucens που περιείχαν διαλυτό CH μειώθηκε (GLM: χ = 107,13, df = 21, p < 0,001), η οποία προκλήθηκε από MAL και SUC (δισακχαρίτες) στο υπό μελέτη CH. Η θνησιμότητα ήταν χαμηλότερη από αυτή των GLU, FRU, GAL (μονοσακχαρίτης) και LAC (EMM: p < 0,001, Εικόνα 2).
Πλατφόρμα επιβίωσης προνυμφών μαύρης μύγας στρατιωτών που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με διάφορους μονοσακχαρίτες (φρουκτόζη, γαλακτόζη, γλυκόζη), δισακχαρίτες (λακτόζη, μαλτόζη, σακχαρόζη) και κυτταρίνη ως μάρτυρες. Οι θεραπείες με το ίδιο γράμμα δεν διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους (EMM, p > 0,05).
Όλες οι δίαιτες που δοκιμάστηκαν επέτρεψαν στις προνύμφες να φτάσουν στο προνεαρικό στάδιο. Ωστόσο, τα CH που δοκιμάστηκαν έτειναν να παρατείνουν την ανάπτυξη των προνυμφών (F6,21=9,60, p<0,001, Πίνακας 1). Ειδικότερα, οι προνύμφες που τρέφονταν με GAL και LAC χρειάστηκαν περισσότερο χρόνο για να φτάσουν στο προνυμφικό στάδιο σε σύγκριση με τις προνύμφες που εκτράφηκαν σε CEL (CEL-GAL: p<0,001· CEL-LAC: p<0,001· Πίνακας 1).
Το CH που δοκιμάστηκε είχε επίσης διαφορετικές επιδράσεις στο σωματικό βάρος της προνύμφης, με το σωματικό βάρος των προνυμφών που τρέφονταν με τη δίαιτα CEL να φτάνει τα 180,19 ± 11,35 mg (F6,21 = 16,86, p < 0,001· Εικ. 3). Οι FRU, GLU, MAL και SUC οδήγησαν σε μέσο τελικό σωματικό βάρος προνυμφών μεγαλύτερο από 200 mg, το οποίο ήταν σημαντικά υψηλότερο από αυτό του CEL (p < 0,05). Αντίθετα, οι προνύμφες που τρέφονταν με GAL και LAC είχαν χαμηλότερο σωματικό βάρος, κατά μέσο όρο 177,64 ± 4,23 mg και 156,30 ± 2,59 mg, αντίστοιχα (p < 0,05). Αυτό το αποτέλεσμα ήταν πιο έντονο με το LAC, όπου το τελικό σωματικό βάρος ήταν χαμηλότερο από ό,τι με τη δίαιτα ελέγχου (CEL-LAC: διαφορά = 23,89 mg, p = 0,03, Εικόνα 3).
Το μέσο τελικό βάρος μεμονωμένων προνυμφών εκφράζεται ως κηλίδες προνυμφών (mg) και μαύρες μύγες στρατιωτών που εκφράζονται ως ιστόγραμμα (g) που τρέφονται με διαφορετικούς μονοσακχαρίτες (φρουκτόζη, γαλακτόζη, γλυκόζη), δισακχαρίτες (λακτόζη, μαλτόζη, σακχαρόζη) και κυτταρίνη (ως έλεγχος). Τα στήλες αντιπροσωπεύουν ομάδες σημαντικά διαφορετικές ως προς το συνολικό βάρος της προνύμφης (p < 0,001). Τα γράμματα που σχετίζονται με κηλίδες προνυμφών αντιπροσωπεύουν ομάδες με σημαντικά διαφορετικά ατομικά βάρη προνυμφών (p < 0,001). Οι γραμμές σφάλματος αντιπροσωπεύουν το SD.
Το μέγιστο ατομικό βάρος ήταν ανεξάρτητο από το μέγιστο τελικό συνολικό βάρος αποικίας προνυμφών. Στην πραγματικότητα, οι δίαιτες που περιείχαν FRU, GLU, MAL και SUC δεν αύξησαν το συνολικό βάρος προνυμφών που παρήχθη στη δεξαμενή σε σύγκριση με το CEL (Εικόνα 3). Ωστόσο, το LAC μείωσε σημαντικά το συνολικό βάρος (CEL-LAC: διαφορά = 9,14 g, ρ < 0,001, Εικόνα 3).
Ο Πίνακας 1 δείχνει την απόδοση (νύμφες/ημέρα). Είναι ενδιαφέρον ότι οι βέλτιστες αποδόσεις των CEL, MAL και SUC ήταν παρόμοιες (Πίνακας 1). Αντίθετα, τα FRU, GAL, GLU και LAC μείωσαν την απόδοση σε σύγκριση με το CEL (Πίνακας 1). Οι GAL και LAC είχαν τη χειρότερη απόδοση: η απόδοση μειώθηκε στο μισό σε μόνο 0,51 ± 0,09 g προνύμφες/ημέρα και 0,48 ± 0,06 g προνύμφες/ημέρα, αντίστοιχα (Πίνακας 1).
Οι μονοσακχαρίτες και οι δισακχαρίτες αύξησαν την περιεκτικότητα σε λιπίδια των προνυμφών CF (Πίνακας 1). Στη δίαιτα CLE, ελήφθησαν προνύμφες με περιεκτικότητα σε λιπίδια 23,19 ± 0,70% της περιεκτικότητας σε DM. Για σύγκριση, η μέση περιεκτικότητα σε λιπίδια σε προνύμφες που τρέφονταν με διαλυτή ζάχαρη ήταν μεγαλύτερη από 30% (Πίνακας 1). Ωστόσο, τα CH που δοκιμάστηκαν αύξησαν την περιεκτικότητά τους σε λιπαρά στον ίδιο βαθμό.
Όπως αναμενόταν, τα υποκείμενα CG επηρέασαν το προφίλ FA των προνυμφών σε διάφορους βαθμούς (Εικ. 4). Η περιεκτικότητα σε SFA ήταν υψηλή σε όλες τις δίαιτες και έφτανε πάνω από 60%. Το MAL και το SUC εξισορρόπησαν το προφίλ FA, γεγονός που οδήγησε σε αύξηση του περιεχομένου SFA. Στην περίπτωση του MAL, αφενός, αυτή η ανισορροπία οδήγησε κυρίως σε μείωση της περιεκτικότητας σε μονοακόρεστα λιπαρά οξέα (MUFA) (F6,21 = 7,47, p < 0,001, Εικ. 4). Από την άλλη πλευρά, για το SUC, η μείωση ήταν πιο ομοιόμορφη μεταξύ MUFA και PUFA. Το LAC και το MAL είχαν αντίθετα αποτελέσματα στο φάσμα FA (SFA: F6,21 = 8,74, p < 0,001, MUFA: F6,21 = 7,47, p < 0,001, PUFA: χ2 = 19,60, Df = 6, p < 0,001, εικόνα 4). Η χαμηλότερη αναλογία SFA σε προνύμφες που τρέφονται με LAC φαίνεται να αυξάνει την περιεκτικότητα σε MUFA. Συγκεκριμένα, τα επίπεδα MUFA ήταν υψηλότερα στις προνύμφες που τρέφονταν με LAC σε σύγκριση με άλλα διαλυτά σάκχαρα εκτός από το GAL (F6,21 = 7,47, p < 0,001, Εικόνα 4).
Χρησιμοποιώντας διαφορετικούς μονοσακχαρίτες (φρουκτόζη (FRU), γαλακτόζη (GAL), γλυκόζη (GLU)), δισακχαρίτες (λακτόζη (LAC), μαλτόζη (MAL), σακχαρόζη (SUC)) και κυτταρίνη (CEL) ως μάρτυρες, διάγραμμα κουτιού λιπαρού οξέος σύνθεση που τροφοδοτείται σε προνύμφες μαύρων μυγών στρατιωτών. Τα αποτελέσματα εκφράζονται ως ποσοστό της συνολικής FAME. Οι θεραπείες που σημειώνονται με διαφορετικά γράμματα είναι σημαντικά διαφορετικές (p < 0,001). (α) Αναλογία κορεσμένων λιπαρών οξέων. (β) Μονοακόρεστα λιπαρά οξέα. (γ) Πολυακόρεστα λιπαρά οξέα.
Μεταξύ των ταυτοποιημένων λιπαρών οξέων, το λαυρικό οξύ (C12:0) ήταν κυρίαρχο σε όλα τα παρατηρούμενα φάσματα (πάνω από 40%). Άλλα παρόντα SFA ήταν παλμιτικό οξύ (C16:0) (λιγότερο από 10%), στεατικό οξύ (C18:0) (λιγότερο από 2,5%) και καπρικό οξύ (C10:0) (λιγότερο από 1,5%). Τα MUFA αντιπροσωπεύονταν κυρίως από ελαϊκό οξύ (C18:1n9) (λιγότερο από 9,5%), ενώ τα PUFA αποτελούνταν κυρίως από λινολεϊκό οξύ (C18:2n6) (λιγότερο από 13,0%) (βλ. Συμπληρωματικό Πίνακα S1). Επιπλέον, ένα μικρό ποσοστό ενώσεων δεν ήταν δυνατό να εντοπιστεί, ειδικά στα φάσματα των προνυμφών CEL, όπου η μη αναγνωρισμένη ένωση με αριθμό 9 (UND9) αντιπροσώπευε κατά μέσο όρο 2,46 ± 0,52% (βλ. Συμπληρωματικό Πίνακα S1). Η ανάλυση GC×GC-FID έδειξε ότι μπορεί να είναι ένα λιπαρό οξύ 20 ανθράκων με πέντε ή έξι διπλούς δεσμούς (βλ. Συμπληρωματικό Σχήμα S5).
Η ανάλυση PERMANOVA αποκάλυψε τρεις διακριτές ομάδες με βάση τα προφίλ λιπαρών οξέων (F6,21 = 7,79, p < 0,001· Εικόνα 5). Η ανάλυση κύριας συνιστώσας (PCA) του φάσματος TBC το απεικονίζει και εξηγείται από δύο συνιστώσες (Εικόνα 5). Τα κύρια συστατικά εξήγησαν το 57,9% της διακύμανσης και περιελάμβαναν, κατά σειρά σπουδαιότητας, λαυρικό οξύ (C12:0), ελαϊκό οξύ (C18:1n9), παλμιτικό οξύ (C16:0), στεατικό οξύ (C18:0) και λινολενικό οξύ (C18:3n3) (βλ. Εικόνα S4). Το δεύτερο συστατικό εξηγούσε το 26,3% της διακύμανσης και περιλάμβανε, κατά σειρά σπουδαιότητας, δεκανοϊκό οξύ (C10:0) και λινολεϊκό οξύ (C18:2n6 cis) (βλ. Συμπληρωματικό Σχήμα S4). Τα προφίλ δίαιτας που περιείχαν απλά σάκχαρα (FRU, GAL και GLU) έδειξαν παρόμοια χαρακτηριστικά. Αντίθετα, οι δισακχαρίτες απέδωσαν διαφορετικά προφίλ: MAL και SUC από τη μια και LAC από την άλλη. Συγκεκριμένα, το MAL ήταν το μόνο σάκχαρο που άλλαξε το προφίλ FA σε σύγκριση με το CEL. Επιπλέον, το προφίλ MAL ήταν σημαντικά διαφορετικό από τα προφίλ FRU και GLU. Ειδικότερα, το προφίλ MAL έδειξε την υψηλότερη αναλογία C12:0 (54,59 ± 2,17%), καθιστώντας το συγκρίσιμο με το CEL (43,10 ± 5,01%), το LAC (43,35 ± 1,31%), το FRU (48,90 ± 1,97%) και Προφίλ GLU (48,38 ± 2,17%) (βλ. Συμπληρωματικό Πίνακας S1). Το φάσμα MAL έδειξε επίσης τη χαμηλότερη περιεκτικότητα σε C18:1n9 (9,52 ± 0,50%), η οποία το διαφοροποίησε περαιτέρω από τα φάσματα LAC (12,86 ± 0,52%) και CEL (12,40 ± 1,31%). Παρόμοια τάση παρατηρήθηκε για C16:0. Στο δεύτερο συστατικό, το φάσμα LAC έδειξε την υψηλότερη περιεκτικότητα σε C18:2n6 (17,22 ± 0,46%), ενώ το MAL έδειξε τη χαμηλότερη (12,58 ± 0,67%). Το C18:2n6 διαφοροποίησε επίσης το LAC από τον έλεγχο (CEL), ο οποίος έδειξε χαμηλότερα επίπεδα (13,41 ± 2,48%) (βλ. Συμπληρωματικό Πίνακα S1).
Διάγραμμα PCA προφίλ λιπαρών οξέων προνυμφών μαύρης μύγας στρατιωτών με διαφορετικούς μονοσακχαρίτες (φρουκτόζη, γαλακτόζη, γλυκόζη), δισακχαρίτες (λακτόζη, μαλτόζη, σακχαρόζη) και κυτταρίνη ως έλεγχο.
Για να μελετηθούν τα θρεπτικά αποτελέσματα των διαλυτών σακχάρων στις προνύμφες του H. illucens, η κυτταρίνη (CEL) στις ζωοτροφές κοτόπουλων αντικαταστάθηκε με γλυκόζη (GLU), φρουκτόζη (FRU), γαλακτόζη (GAL), μαλτόζη (MAL), σακχαρόζη (SUC) και λακτόζη (LAC). Ωστόσο, οι μονοσακχαρίτες και οι δισακχαρίτες είχαν διαφορετικά αποτελέσματα στην ανάπτυξη, την επιβίωση και τη σύνθεση των προνυμφών HF. Για παράδειγμα, οι GLU, FRU και οι δισακχαρίτες τους (MAL και SUC) άσκησαν θετικά υποστηρικτικά αποτελέσματα στην ανάπτυξη των προνυμφών, επιτρέποντάς τους να επιτύχουν υψηλότερα τελικά σωματικά βάρη από το CEL. Σε αντίθεση με το άπεπτο CEL, το GLU, το FRU και το SUC μπορούν να παρακάμψουν τον εντερικό φραγμό και να χρησιμεύσουν ως σημαντικές πηγές θρεπτικών συστατικών σε διαμορφωμένες δίαιτες16,28. Το MAL στερείται ειδικών ζωικών μεταφορέων και πιστεύεται ότι υδρολύεται σε δύο μόρια γλυκόζης πριν από την αφομοίωση15. Αυτά τα μόρια αποθηκεύονται στο σώμα του εντόμου ως άμεση πηγή ενέργειας ή ως λιπίδια18. Πρώτον, όσον αφορά το τελευταίο, ορισμένες από τις παρατηρούμενες ενδοτροπικές διαφορές μπορεί να οφείλονται σε μικρές διαφορές στις αναλογίες των φύλων. Πράγματι, στο H. illucens, η αναπαραγωγή μπορεί να είναι εντελώς αυθόρμητη: τα ενήλικα θηλυκά έχουν φυσικά επαρκή αποθέματα ωοτοκίας και είναι βαρύτερα από τα αρσενικά29. Ωστόσο, η συσσώρευση λιπιδίων στο BSFL συσχετίζεται με τη διαιτητική πρόσληψη διαλυτού CH2, όπως παρατηρήθηκε προηγουμένως για το GLU και την ξυλόζη26,30. Για παράδειγμα, οι Li et al.30 παρατήρησαν ότι όταν προστέθηκε 8% GLU στη δίαιτα των προνυμφών, η περιεκτικότητα σε λιπίδια των προνυμφών BSF αυξήθηκε κατά 7,78% σε σύγκριση με τους ελέγχους. Τα αποτελέσματά μας συνάδουν με αυτές τις παρατηρήσεις, δείχνοντας ότι η περιεκτικότητα σε λίπος στις προνύμφες που τρέφονταν με τη διαλυτή ζάχαρη ήταν υψηλότερη από αυτή των προνυμφών που τρέφονταν με δίαιτα CEL, σε σύγκριση με αύξηση 8,57% με συμπλήρωμα GLU. Παραδόξως, παρόμοια αποτελέσματα παρατηρήθηκαν σε προνύμφες που τρέφονταν με GAL και LAC, παρά τις δυσμενείς επιπτώσεις στην ανάπτυξη των προνυμφών, στο τελικό σωματικό βάρος και στην επιβίωση. Οι προνύμφες που τρέφονταν με LAC ήταν σημαντικά μικρότερες από αυτές που τρέφονταν με δίαιτα CEL, αλλά η περιεκτικότητά τους σε λίπος ήταν συγκρίσιμη με τις προνύμφες που τρέφονταν με τα άλλα διαλυτά σάκχαρα. Αυτά τα αποτελέσματα υπογραμμίζουν τις αντιθρεπτικές επιδράσεις της λακτόζης στο BSFL. Πρώτον, η δίαιτα περιέχει μεγάλη ποσότητα CH. Τα συστήματα απορρόφησης και υδρόλυσης των μονοσακχαριτών και των δισακχαριτών, αντίστοιχα, μπορεί να φτάσουν σε κορεσμό, προκαλώντας εμπόδια στη διαδικασία αφομοίωσης. Όσον αφορά την υδρόλυση, αυτή πραγματοποιείται από α- και β-γλυκοσιδάσες 31 . Αυτά τα ένζυμα έχουν προτιμώμενα υποστρώματα ανάλογα με το μέγεθός τους και τους χημικούς δεσμούς (α ή β δεσμούς) μεταξύ των συστατικών τους μονοσακχαριτών 15 . Η υδρόλυση του LAC σε GLU και GAL πραγματοποιείται από τη β-γαλακτοσιδάση, ένα ένζυμο του οποίου η δραστηριότητα έχει αποδειχθεί στο έντερο του BSF 32 . Ωστόσο, η έκφρασή του μπορεί να είναι ανεπαρκής σε σύγκριση με την ποσότητα LAC που καταναλώνεται από τις προνύμφες. Αντίθετα, η α-γλυκοσιδάση μαλτάση και η σακχαράση 15, που είναι γνωστό ότι εκφράζονται άφθονα στα έντομα, είναι σε θέση να διασπάσουν μεγάλες ποσότητες MAL και SUC σακχαρόζης, περιορίζοντας έτσι αυτό το αποτέλεσμα κορεσμού. Δεύτερον, τα αντιθρεπτικά αποτελέσματα μπορεί να οφείλονται στη μειωμένη διέγερση της δραστηριότητας της εντερικής αμυλάσης των εντόμων και στην επιβράδυνση της συμπεριφοράς σίτισης σε σύγκριση με άλλες θεραπείες. Πράγματι, τα διαλυτά σάκχαρα έχουν αναγνωριστεί ως διεγέρτες της ενζυμικής δραστηριότητας που είναι σημαντικοί για την πέψη των εντόμων, όπως η αμυλάση, και ως ενεργοποιητές της τροφικής απόκρισης33,34,35. Ο βαθμός διέγερσης ποικίλλει ανάλογα με τη μοριακή δομή του σακχάρου. Στην πραγματικότητα, οι δισακχαρίτες απαιτούν υδρόλυση πριν από την απορρόφησή τους και τείνουν να διεγείρουν την αμυλάση περισσότερο από τους μονοσακχαρίτες τους34. Αντίθετα, το LAC έχει πιο ήπιο αποτέλεσμα και έχει βρεθεί ότι δεν είναι ικανό να υποστηρίξει την ανάπτυξη εντόμων σε διάφορα είδη33,35. Για παράδειγμα, στο παράσιτο Spodoptera exigua (Boddie 1850), δεν ανιχνεύθηκε υδρολυτική δραστηριότητα του LAC σε εκχυλίσματα ενζύμων του μέσου εντέρου της κάμπιας36.
Όσον αφορά το φάσμα FA, τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν σημαντικές ρυθμιστικές επιδράσεις του ελεγχόμενου CH. Σημειωτέον, αν και το λαυρικό οξύ (C12:0) αντιπροσώπευε λιγότερο από το 1% της συνολικής FA στη δίαιτα, κυριάρχησε σε όλα τα προφίλ (βλ. Συμπληρωματικό Πίνακα S1). Αυτό είναι σύμφωνο με προηγούμενα δεδομένα ότι το λαυρικό οξύ συντίθεται από το διαιτητικό CH στο H. illucens μέσω μιας οδού που περιλαμβάνει ακετυλο-CoA καρβοξυλάση και FA συνθάση19,27,37. Τα αποτελέσματά μας επιβεβαιώνουν ότι το CEL είναι σε μεγάλο βαθμό δύσπεπτο και δρα ως «διογκωτικός παράγοντας» σε δίαιτες ελέγχου BSF, όπως συζητήθηκε σε αρκετές μελέτες BSFL38,39,40. Η αντικατάσταση του CEL με μονοσακχαρίτες και δισακχαρίτες εκτός του LAC αύξησε την αναλογία C12:0, υποδεικνύοντας αυξημένη πρόσληψη CH από τις προνύμφες. Είναι ενδιαφέρον ότι οι δισακχαρίτες MAL και SUC προάγουν τη σύνθεση λαυρικού οξέος πιο αποτελεσματικά από τους μονοσακχαρίτες τους, υποδηλώνοντας ότι παρά τον υψηλότερο βαθμό πολυμερισμού των GLU και FRU και δεδομένου ότι η Drosophila είναι ο μόνος μεταφορέας σακχαρόζης που έχει εντοπιστεί σε είδη ζωικής πρωτεΐνης, οι μεταφορείς δισακχαριτών μπορεί να μην υπάρχει στο έντερο του H. illucens larvae15, η χρήση του Η GLU και η FRU είναι αυξημένες. Ωστόσο, αν και οι GLU και FRU θεωρητικά μεταβολίζονται πιο εύκολα από το BSF, μεταβολίζονται επίσης πιο εύκολα από υποστρώματα και μικροοργανισμούς του εντέρου, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ταχύτερη αποικοδόμησή τους και μειωμένη χρήση από τις προνύμφες σε σύγκριση με τους δισακχαρίτες.
Με την πρώτη ματιά, η περιεκτικότητα σε λιπίδια των προνυμφών που τρέφονταν με LAC και MAL ήταν συγκρίσιμη, υποδεικνύοντας παρόμοια βιοδιαθεσιμότητα αυτών των σακχάρων. Ωστόσο, παραδόξως, το προφίλ FA του LAC ήταν πιο πλούσιο σε SFA, ειδικά με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε C12:0, σε σύγκριση με το MAL. Μια υπόθεση που εξηγεί αυτή τη διαφορά είναι ότι το LAC μπορεί να διεγείρει τη βιοσυσσώρευση διατροφικών FA μέσω της συνθάσης ακετυλο-CoA FA. Υποστηρίζοντας αυτή την υπόθεση, οι προνύμφες LAC είχαν τη χαμηλότερη αναλογία δεκανοϊκού (C10:0) (0,77 ± 0,13%) από τη δίαιτα CEL (1,27 ± 0,16%), υποδεικνύοντας μειωμένες δραστηριότητες συνθάσης FA και θειοεστεράσης19. Δεύτερον, τα διαιτητικά λιπαρά οξέα θεωρούνται ότι είναι ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει τη σύνθεση SFA του H. illucens27. Στα πειράματά μας, το λινολεϊκό οξύ (C18:2n6) αντιπροσώπευε το 54,81% των διατροφικών λιπαρών οξέων, με το ποσοστό στις προνύμφες LAC να είναι 17,22 ± 0,46% και στο MAL 12,58 ± 0,67%. Το ελαϊκό οξύ (cis + trans C18:1n9) (23,22% στη διατροφή) παρουσίασε παρόμοια τάση. Η αναλογία α-λινολενικού οξέος (C18:3n3) υποστηρίζει επίσης την υπόθεση της βιοσυσσώρευσης. Αυτό το λιπαρό οξύ είναι γνωστό ότι συσσωρεύεται στο BSFL κατά τον εμπλουτισμό του υποστρώματος, όπως η προσθήκη κέικ λιναρόσπορου, έως και 6-9% των συνολικών λιπαρών οξέων στις προνύμφες19. Σε εμπλουτισμένες δίαιτες, το C18:3n3 μπορεί να αντιπροσωπεύει έως και το 35% των συνολικών διατροφικών λιπαρών οξέων. Ωστόσο, στη μελέτη μας, το C18:3n3 αντιπροσώπευε μόνο το 2,51% του προφίλ λιπαρών οξέων. Αν και το ποσοστό που βρέθηκε στη φύση ήταν χαμηλότερο στις προνύμφες μας, αυτό το ποσοστό ήταν υψηλότερο στις προνύμφες LAC (0,87 ± 0,02%) από ό,τι στο MAL (0,49 ± 0,04%) (ρ < 0,001, βλέπε Συμπληρωματικό Πίνακα S1). Η δίαιτα CEL είχε μια ενδιάμεση αναλογία 0,72 ± 0,18%. Τέλος, η αναλογία παλμιτικού οξέος (C16:0) στις προνύμφες CF αντανακλά τη συμβολή των συνθετικών οδών και της διατροφικής FA19. Hoc et al. 19 παρατήρησαν ότι η σύνθεση C16:0 μειώθηκε όταν η δίαιτα εμπλουτίστηκε με άλευρο λιναρόσπορου, κάτι που αποδόθηκε σε μείωση της διαθεσιμότητας του υποστρώματος ακετυλο-CoA λόγω μείωσης της αναλογίας CH. Παραδόξως, παρόλο που και οι δύο δίαιτες είχαν παρόμοια περιεκτικότητα σε CH και το MAL έδειξαν υψηλότερη βιοδιαθεσιμότητα, οι προνύμφες MAL εμφάνισαν τη χαμηλότερη αναλογία C16:0 (10,46 ± 0,77%), ενώ η LAC έδειξε υψηλότερο ποσοστό, αντιπροσωπεύοντας 12,85 ± 0,27% (p < 0,05 βλ. Συμπληρωματικός Πίνακας S1). Αυτά τα αποτελέσματα υπογραμμίζουν τη σύνθετη επίδραση των θρεπτικών ουσιών στην πέψη και τον μεταβολισμό του BSFL. Επί του παρόντος, η έρευνα για αυτό το θέμα είναι πιο ενδελεχής στα Λεπιδόπτερα παρά στα Δίπτερα. Στις κάμπιες, το LAC αναγνωρίστηκε ως αδύναμο διεγερτικό της συμπεριφοράς σίτισης σε σύγκριση με άλλα διαλυτά σάκχαρα όπως το SUC και το FRU34,35. Συγκεκριμένα, στο Spodopteralittoralis (Boisduval 1833), η κατανάλωση MAL διεγείρει την αμυλολυτική δραστηριότητα στο έντερο σε μεγαλύτερο βαθμό από το LAC34. Παρόμοια αποτελέσματα στο BSFL μπορεί να εξηγήσουν την ενισχυμένη διέγερση της συνθετικής οδού C12:0 στις προνύμφες MAL, η οποία σχετίζεται με αυξημένη εντερική απορρόφηση CH, παρατεταμένη σίτιση και δράση εντερικής αμυλάσης. Λιγότερη διέγερση του ρυθμού σίτισης παρουσία LAC μπορεί επίσης να εξηγήσει την βραδύτερη ανάπτυξη των προνυμφών LAC. Επιπλέον, οι Liu Yanxia et al. 27 σημείωσαν ότι η διάρκεια ζωής των λιπιδίων σε υποστρώματα H. illucens ήταν μεγαλύτερη από αυτή του CH. Ως εκ τούτου, οι προνύμφες LAC μπορεί να βασίζονται περισσότερο σε διατροφικά λιπίδια για να ολοκληρώσουν την ανάπτυξή τους, γεγονός που μπορεί να αυξήσει την τελική περιεκτικότητά τους σε λιπίδια και να τροποποιήσει το προφίλ τους σε λιπαρά οξέα.
Από όσο γνωρίζουμε, μόνο λίγες μελέτες έχουν δοκιμάσει τις επιδράσεις της προσθήκης μονοσακχαρίτη και δισακχαρίτη στις δίαιτες BSF στα προφίλ FA τους. Πρώτον, οι Li et al. 30 αξιολόγησαν τις επιδράσεις της GLU και της ξυλόζης και παρατήρησαν επίπεδα λιπιδίων παρόμοια με τα δικά μας σε ποσοστό προσθήκης 8%. Το προφίλ FA δεν ήταν λεπτομερές και αποτελούνταν κυρίως από SFA, αλλά δεν βρέθηκαν διαφορές μεταξύ των δύο σακχάρων ή όταν παρουσιάστηκαν ταυτόχρονα30. Επιπλέον, οι Cohn et al. 41 δεν έδειξε καμία επίδραση της προσθήκης 20% GLU, SUC, FRU και GAL στην τροφή κοτόπουλου στα αντίστοιχα προφίλ FA. Αυτά τα φάσματα ελήφθησαν από τεχνικά παρά από βιολογικά αντίγραφα, τα οποία, όπως εξηγούν οι συγγραφείς, μπορεί να περιορίσουν τη στατιστική ανάλυση. Επιπλέον, η έλλειψη ελέγχου ισοζάχαρου (με χρήση CEL) περιορίζει την ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Πρόσφατα, δύο μελέτες των Nugroho RA et al. παρουσίασαν ανωμαλίες στα φάσματα FA42,43. Στην πρώτη μελέτη, οι Nugroho RA et al. 43 δοκίμασε το αποτέλεσμα της προσθήκης FRU σε ζυμωμένο άλευρο από πυρήνα φοίνικα. Το προφίλ FA των προνυμφών που προέκυψαν έδειξε ασυνήθιστα υψηλά επίπεδα PUFA, περισσότερο από το 90% των οποίων προέρχονταν από τη διατροφή που περιείχε 10% FRU (παρόμοια με τη μελέτη μας). Αν και αυτή η δίαιτα περιείχε σφαιρίδια ψαριού πλούσια σε PUFA, οι αναφερόμενες τιμές προφίλ FA των προνυμφών στη δίαιτα ελέγχου που αποτελείται από 100% ζυμωμένο PCM δεν ήταν σύμφωνες με κανένα προφίλ που αναφέρθηκε προηγουμένως, ιδιαίτερα το μη φυσιολογικό επίπεδο C18:3n3 17,77 ± 1,67% και 26,08 ± 0,20% για συζευγμένο λινολεϊκό οξύ (C18:2n6t), ένα σπάνιο ισομερές λινολεϊκού οξέος. Η δεύτερη μελέτη έδειξε παρόμοια αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένων των FRU, GLU, MAL και SUC42 σε αλεύρι από πυρήνες φοινικοπυρήνων που έχουν υποστεί ζύμωση. Αυτές οι μελέτες, όπως και η δική μας, υπογραμμίζουν σοβαρές δυσκολίες στη σύγκριση των αποτελεσμάτων από δοκιμές δίαιτας προνυμφών BSF, όπως επιλογές ελέγχου, αλληλεπιδράσεις με άλλες πηγές θρεπτικών συστατικών και μεθόδους ανάλυσης FA.
Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, παρατηρήσαμε ότι το χρώμα και η οσμή του υποστρώματος διέφεραν ανάλογα με τη διατροφή που χρησιμοποιήθηκε. Αυτό υποδηλώνει ότι οι μικροοργανισμοί μπορεί να παίζουν ρόλο στα αποτελέσματα που παρατηρούνται στο υπόστρωμα και στο πεπτικό σύστημα των προνυμφών. Στην πραγματικότητα, οι μονοσακχαρίτες και οι δισακχαρίτες μεταβολίζονται εύκολα από μικροοργανισμούς που αποικίζουν. Η ταχεία κατανάλωση διαλυτών σακχάρων από μικροοργανισμούς μπορεί να οδηγήσει στην απελευθέρωση μεγάλων ποσοτήτων μικροβιακών μεταβολικών προϊόντων όπως αιθανόλη, γαλακτικό οξύ, λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας (π.χ. οξικό οξύ, προπιονικό οξύ, βουτυρικό οξύ) και διοξείδιο του άνθρακα44. Μερικές από αυτές τις ενώσεις μπορεί να είναι υπεύθυνες για τις θανατηφόρες τοξικές επιδράσεις στις προνύμφες που επίσης παρατηρήθηκαν από τους Cohn et al.41 υπό παρόμοιες συνθήκες ανάπτυξης. Για παράδειγμα, η αιθανόλη είναι επιβλαβής για τα έντομα45. Μεγάλες ποσότητες εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα τη συσσώρευσή του στον πυθμένα της δεξαμενής, γεγονός που μπορεί να στερήσει την ατμόσφαιρα από το οξυγόνο εάν η κυκλοφορία του αέρα δεν επιτρέπει την απελευθέρωσή του. Όσον αφορά τα SCFA, τα αποτελέσματά τους στα έντομα, ιδιαίτερα το H. illucens, παραμένουν ελάχιστα κατανοητά, αν και το γαλακτικό οξύ, το προπιονικό οξύ και το βουτυρικό οξύ έχουν αποδειχθεί θανατηφόρα στο Callosobruchus maculatus (Fabricius 1775)46. Στο Drosophila melanogaster Meigen 1830, αυτοί οι SCFA είναι οσφρητικοί δείκτες που οδηγούν τα θηλυκά στις θέσεις ωοτοκίας, υποδηλώνοντας έναν ευεργετικό ρόλο στην ανάπτυξη των προνυμφών47. Ωστόσο, το οξικό οξύ ταξινομείται ως επικίνδυνη ουσία και μπορεί να αναστείλει σημαντικά την ανάπτυξη των προνυμφών47. Αντίθετα, το γαλακτικό που προέρχεται από μικροβία έχει πρόσφατα βρεθεί ότι έχει προστατευτική δράση έναντι των διεισδυτικών μικροβίων του εντέρου στο Drosophila48. Επιπλέον, οι μικροοργανισμοί στο πεπτικό σύστημα παίζουν επίσης ρόλο στην πέψη της CH στα έντομα49. Φυσιολογικές επιδράσεις των SCFAs στη μικροχλωρίδα του εντέρου, όπως ο ρυθμός σίτισης και η γονιδιακή έκφραση, έχουν περιγραφεί σε σπονδυλωτά 50 . Μπορεί επίσης να έχουν τροφική επίδραση στις προνύμφες H. illucens και μπορεί να συμβάλλουν εν μέρει στη ρύθμιση των προφίλ FA. Οι μελέτες σχετικά με τις θρεπτικές επιδράσεις αυτών των προϊόντων μικροβιακής ζύμωσης θα αποσαφηνίσουν τις επιδράσεις τους στη διατροφή του H. illucens και θα παράσχουν βάση για μελλοντικές μελέτες σχετικά με ωφέλιμους ή επιβλαβείς μικροοργανισμούς όσον αφορά την ανάπτυξή τους και την αξία των πλούσιων σε FA υποστρωμάτων. Από αυτή την άποψη, ο ρόλος των μικροοργανισμών στις πεπτικές διαδικασίες των εντόμων μαζικής εκτροφής μελετάται όλο και περισσότερο. Τα έντομα αρχίζουν να θεωρούνται βιοαντιδραστήρες, παρέχοντας συνθήκες pH και οξυγόνωσης που διευκολύνουν την ανάπτυξη μικροοργανισμών που ειδικεύονται στην αποικοδόμηση ή την αποτοξίνωση θρεπτικών ουσιών που είναι δύσκολο να αφομοιωθούν από τα έντομα 51 . Πρόσφατα, οι Xiang et al.52 απέδειξαν ότι, για παράδειγμα, ο εμβολιασμός οργανικών αποβλήτων με βακτηριακό μείγμα επιτρέπει στην CF να προσελκύει βακτήρια που ειδικεύονται στην αποικοδόμηση της λιγνοκυτταρίνης, βελτιώνοντας την αποικοδόμησή της στο υπόστρωμα σε σύγκριση με υποστρώματα χωρίς προνύμφες.
Τέλος, όσον αφορά την ευεργετική χρήση των οργανικών αποβλήτων από το H. illucens, οι δίαιτες CEL και SUC παρήγαγαν τον μεγαλύτερο αριθμό προνυμφών ανά ημέρα. Αυτό σημαίνει ότι παρά το χαμηλότερο τελικό βάρος μεμονωμένων ατόμων, το συνολικό βάρος της προνύμφης που παράγεται σε ένα υπόστρωμα που αποτελείται από δύσπεπτο CH είναι συγκρίσιμο με αυτό που λαμβάνεται σε δίαιτα ομοσακχαρίτη που περιέχει μονοσακχαρίτες και δισακχαρίτες. Στη μελέτη μας, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τα επίπεδα άλλων θρεπτικών συστατικών είναι επαρκή για να υποστηρίξουν την ανάπτυξη του πληθυσμού των προνυμφών και ότι η προσθήκη CEL θα πρέπει να περιοριστεί. Ωστόσο, η τελική σύνθεση των προνυμφών διαφέρει, υπογραμμίζοντας τη σημασία της επιλογής της σωστής στρατηγικής για την αξιοποίηση των εντόμων. Οι προνύμφες CEL που τρέφονται με ολόκληρες ζωοτροφές είναι πιο κατάλληλες για χρήση ως ζωοτροφές λόγω της χαμηλότερης περιεκτικότητάς τους σε λιπαρά και των χαμηλότερων επιπέδων λαυρικού οξέος, ενώ οι προνύμφες που τρέφονται με δίαιτες SUC ή MAL απαιτούν απολίπανση με πίεση για να αυξηθεί η αξία του λαδιού, ειδικά στο βιοκαύσιμο τομέας. Η LAC βρίσκεται σε υποπροϊόντα της γαλακτοβιομηχανίας όπως ο ορός γάλακτος από την παραγωγή τυριού. Πρόσφατα, η χρήση του (3,5% λακτόζη) βελτίωσε το τελικό σωματικό βάρος της προνύμφης53. Ωστόσο, η δίαιτα ελέγχου σε αυτή τη μελέτη περιείχε τη μισή περιεκτικότητα σε λιπίδια. Ως εκ τούτου, οι αντιθρεπτικές επιδράσεις του LAC μπορεί να έχουν εξουδετερωθεί από τη βιοσυσσώρευση των διατροφικών λιπιδίων από τις προνύμφες.
Όπως φαίνεται από προηγούμενες μελέτες, οι ιδιότητες των μονοσακχαριτών και των δισακχαριτών επηρεάζουν σημαντικά την ανάπτυξη του BSFL και διαμορφώνουν το προφίλ FA του. Συγκεκριμένα, η LAC φαίνεται να παίζει έναν αντιθρεπτικό ρόλο κατά την ανάπτυξη των προνυμφών περιορίζοντας τη διαθεσιμότητα CH για απορρόφηση λιπιδίων από τη διατροφή, προάγοντας έτσι τη βιοσυσσώρευση UFA. Σε αυτό το πλαίσιο, θα ήταν ενδιαφέρον να πραγματοποιηθούν βιοδοκιμές χρησιμοποιώντας δίαιτες που συνδυάζουν PUFA και LAC. Επιπλέον, ο ρόλος των μικροοργανισμών, ιδιαίτερα ο ρόλος των μικροβιακών μεταβολιτών (όπως τα SCFAs) που προέρχονται από διαδικασίες ζύμωσης σακχάρων, παραμένει ένα ερευνητικό θέμα που αξίζει να διερευνηθεί.
Τα έντομα ελήφθησαν από την αποικία BSF του Laboratory of Functional and Evolutionary Entomology που ιδρύθηκε το 2017 στο Agro-Bio Tech, Gembloux, Βέλγιο (για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τις μεθόδους εκτροφής, βλέπε Hoc et al. 19). Για πειραματικές δοκιμές, 2,0 g αυγών BSF συλλέχθηκαν τυχαία καθημερινά από κλωβούς αναπαραγωγής και επωάστηκαν σε 2,0 kg 70% υγρής τροφής κοτόπουλου (Aveve, Leuven, Βέλγιο). Πέντε ημέρες μετά την εκκόλαψη, οι προνύμφες διαχωρίστηκαν από το υπόστρωμα και μετρήθηκαν χειροκίνητα για πειραματικούς σκοπούς. Μετρήθηκε το αρχικό βάρος κάθε παρτίδας. Το μέσο ατομικό βάρος ήταν 7,125 ± 0,41 mg και ο μέσος όρος για κάθε θεραπεία φαίνεται στον Συμπληρωματικό Πίνακα S2.
Το σκεύασμα διατροφής προσαρμόστηκε από τη μελέτη των Barragan-Fonseca et al. 38 . Εν συντομία, βρέθηκε συμβιβασμός μεταξύ της ίδιας ποιότητας τροφής για τα κοτόπουλα προνυμφών, της παρόμοιας περιεκτικότητας σε ξηρά ουσία (DM), του υψηλού CH (10% με βάση τη φρέσκια δίαιτα) και της υφής, καθώς τα απλά σάκχαρα και οι δισακχαρίτες δεν έχουν ιδιότητες υφής. Σύμφωνα με τις πληροφορίες του κατασκευαστή (Chicken Feed, AVEVE, Leuven, Βέλγιο), το ελεγμένο CH (δηλαδή διαλυτή ζάχαρη) προστέθηκε χωριστά ως υδατικό διάλυμα σε αυτόκλειστο (15,9%) σε δίαιτα που αποτελείται από 16,0% πρωτεΐνη, 5,0% συνολικά λιπίδια, 11,9% κιμάς τροφής κοτόπουλου που αποτελείται από στάχτη και 4,8% φυτικές ίνες. Σε κάθε βάζο των 750 ml (17,20 χ 11,50 χ 6,00 cm, AVA, Tempsee, Βέλγιο), 101,9 g διαλύματος CH σε αυτόκλειστο αναμίχθηκαν με 37,8 g τροφής κοτόπουλου. Για κάθε δίαιτα, η περιεκτικότητα σε ξηρή ουσία ήταν 37,0%, συμπεριλαμβανομένης της ομοιογενούς πρωτεΐνης (11,7%), των ομοιογενών λιπιδίων (3,7%) και των ομογενών σακχάρων (26,9% της προστιθέμενης CH). Οι CH που δοκιμάστηκαν ήταν γλυκόζη (GLU), φρουκτόζη (FRU), γαλακτόζη (GAL), μαλτόζη (MAL), σακχαρόζη (SUC) και λακτόζη (LAC). Η δίαιτα ελέγχου αποτελούνταν από κυτταρίνη (CEL), η οποία θεωρείται δύσπεπτη για τις προνύμφες H. illucens 38 . Εκατό προνύμφες 5 ημερών τοποθετήθηκαν σε δίσκο εφοδιασμένο με καπάκι με τρύπα διαμέτρου 1 cm στη μέση και καλυμμένες με πλαστική κουνουπιέρα. Κάθε δίαιτα επαναλαμβανόταν τέσσερις φορές.
Τα βάρη των προνυμφών μετρήθηκαν τρεις ημέρες μετά την έναρξη του πειράματος. Για κάθε μέτρηση, 20 προνύμφες αφαιρέθηκαν από το υπόστρωμα χρησιμοποιώντας αποστειρωμένο ζεστό νερό και λαβίδα, ξηράνθηκαν και ζυγίστηκαν (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, ΗΠΑ). Μετά το ζύγισμα, οι προνύμφες επιστράφηκαν στο κέντρο του υποστρώματος. Οι μετρήσεις γίνονταν τακτικά τρεις φορές την εβδομάδα μέχρι να εμφανιστεί η πρώτη prepupa. Σε αυτό το σημείο, συλλέξτε, μετρήστε και ζυγίστε όλες τις προνύμφες όπως περιγράφηκε προηγουμένως. Ξεχωρίστε τις προνύμφες σταδίου 6 (δηλαδή, τις λευκές προνύμφες που αντιστοιχούν στο στάδιο της προνύμφης που προηγείται του προνυμφικού σταδίου) και τις προνύμφες (δηλαδή, το τελευταίο στάδιο προνύμφης κατά το οποίο οι προνύμφες BSF μαυρίζουν, σταματούν να τρέφονται και αναζητούν περιβάλλον κατάλληλο για μεταμόρφωση) και αποθηκεύστε στο - 18°C για ανάλυση σύνθεσης. Η απόδοση υπολογίστηκε ως ο λόγος της συνολικής μάζας των εντόμων (προνύμφες και προνύμφες του σταδίου 6) που ελήφθη ανά τρυβλίο (g) προς τον χρόνο ανάπτυξης (d). Όλες οι μέσες τιμές στο κείμενο εκφράζονται ως: μέσος όρος ± SD.
Όλα τα επόμενα βήματα χρησιμοποιώντας διαλύτες (εξάνιο (Εξάνιο), χλωροφόρμιο (CHCl3), μεθανόλη (MeOH)) πραγματοποιήθηκαν κάτω από απαγωγέα καπνού και απαιτούσαν τη χρήση γαντιών νιτριλίου, ποδιών και γυαλιών ασφαλείας.
Οι λευκές προνύμφες ξηράνθηκαν σε ξηραντήρα FreeZone6 (Labconco Corp., Kansas City, ΜΟ, ΗΠΑ) για 72 ώρες και στη συνέχεια αλέστηκαν (ΙΚΑ Α10, Staufen, Γερμανία). Τα ολικά λιπίδια εκχυλίστηκαν από ±1 g σκόνης χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Folch 54. Η υπολειμματική περιεκτικότητα σε υγρασία κάθε λυοφιλοποιημένου δείγματος προσδιορίστηκε εις διπλούν χρησιμοποιώντας έναν αναλυτή υγρασίας (MA 150, Sartorius, Göttiggen, Γερμανία) για τη διόρθωση των συνολικών λιπιδίων.
Τα ολικά λιπίδια μετεστεροποιήθηκαν υπό όξινες συνθήκες για να ληφθούν μεθυλεστέρες λιπαρών οξέων. Εν συντομία, περίπου 10 mg λιπιδίων/100 μl διαλύματος CHCl3 (100 μl) εξατμίστηκαν με άζωτο σε σωλήνα Pyrex© των 8 ml (SciLabware – DWK Life Sciences, Λονδίνο, UK). Ο σωλήνας τοποθετήθηκε σε διάλυμα Hex (0,5 ml) (PESTINORM®SUPRATRACE n-Εξάνιο > 95% για ανάλυση οργανικών ιχνών, VWR Chemicals, Radnor, PA, USA) και Hex/MeOH/BF3 (20/25/55) (0,5). ml) σε υδατόλουτρο στους 70 °C για 90 λεπτά. Μετά από ψύξη, προστέθηκαν 10% υδατικό διάλυμα H2SO4 (0,2 ml) και κορεσμένο διάλυμα NaCl (0,5 ml). Αναμείξτε το σωληνάριο και γεμίστε το μείγμα με καθαρό Hex (8,0 mL). Ένα μέρος της ανώτερης φάσης μεταφέρθηκε σε ένα φιαλίδιο και αναλύθηκε με αέρια χρωματογραφία με ανιχνευτή ιονισμού φλόγας (GC-FID). Τα δείγματα αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας ένα Trace GC Ultra (Thermo Scientific, Waltham, MA, USA) εξοπλισμένο με έναν εγχυτήρα split/χωρίς διαχωρισμό (240 °C) σε λειτουργία διαχωρισμού (διαιρούμενη ροή: 10 mL/min), μια στήλη Stabilwax®-DA ( 30 m, 0,25 mm id, 0,25 μm, Restek Corp., Bellefonte, PA, USA) και ένα FID (250 °C). Το πρόγραμμα θερμοκρασίας ρυθμίστηκε ως εξής: 50 °C για 1 λεπτό, αύξηση στους 150 °C στους 30 °C/min, αύξηση στους 240 °C στους 4 °C/λεπτό και συνέχιση στους 240 °C για 5 λεπτά. Το Hex χρησιμοποιήθηκε ως τυφλό και ένα πρότυπο αναφοράς που περιείχε 37 μεθυλεστέρες λιπαρών οξέων (Supelco 37-συστατικών FAMEmix, Sigma-Aldrich, Overijse, Βέλγιο) χρησιμοποιήθηκε για ταυτοποίηση. Η ταυτοποίηση των ακόρεστων λιπαρών οξέων (UFAs) επιβεβαιώθηκε με ολοκληρωμένη δισδιάστατη GC (GC×GC-FID) και η παρουσία ισομερών προσδιορίστηκε με ακρίβεια με μια ελαφρά προσαρμογή της μεθόδου των Ferrara et al. 55. Οι λεπτομέρειες του οργάνου βρίσκονται στον Συμπληρωματικό Πίνακα S3 και τα αποτελέσματα στο Συμπληρωματικό Σχήμα S5.
Τα δεδομένα παρουσιάζονται σε μορφή υπολογιστικού φύλλου Excel (Microsoft Corporation, Redmond, WA, ΗΠΑ). Η στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το R Studio (έκδοση 2023.12.1+402, Βοστώνη, ΗΠΑ) 56 . Τα δεδομένα για το βάρος της προνύμφης, τον χρόνο ανάπτυξης και την παραγωγικότητα υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας το γραμμικό μοντέλο (LM) (εντολή "lm", R πακέτο "stats" 56 ) καθώς ταιριάζουν σε μια κατανομή Gauss. Τα ποσοστά επιβίωσης χρησιμοποιώντας ανάλυση διωνυμικού μοντέλου υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας το γενικό γραμμικό μοντέλο (GLM) (εντολή "glm", πακέτο R "lme4" 57 ). Η κανονικότητα και η ομοσκεδαστικότητα επιβεβαιώθηκαν χρησιμοποιώντας τη δοκιμή Shapiro (εντολή "shapiro.test", R πακέτο "stats" 56 ) και ανάλυση διακύμανσης δεδομένων (εντολή betadisper, πακέτο R "vegan" 58 ). Μετά από ανάλυση κατά ζεύγη σημαντικών τιμών p (p < 0,05) από τη δοκιμή LM ή GLM, εντοπίστηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των ομάδων χρησιμοποιώντας τη δοκιμή EMM (εντολή "emmeans", πακέτο R "emmeans" 59).
Τα πλήρη φάσματα FA συγκρίθηκαν χρησιμοποιώντας ανάλυση διακύμανσης πολυμεταβλητής μετάθεσης (π.χ. permMANOVA· εντολή «adonis2», R πακέτο «vegan» 58) χρησιμοποιώντας τον ευκλείδειο πίνακα απόστασης και 999 μεταθέσεις. Αυτό βοηθά στον εντοπισμό των λιπαρών οξέων που επηρεάζονται από τη φύση των διατροφικών υδατανθράκων. Οι σημαντικές διαφορές στα προφίλ FA αναλύθηκαν περαιτέρω χρησιμοποιώντας συγκρίσεις ανά ζεύγη. Στη συνέχεια, τα δεδομένα οπτικοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ανάλυση κύριου συστατικού (PCA) (εντολή "PCA", πακέτο R "FactoMineR" 60). Το FA που ευθύνεται για αυτές τις διαφορές προσδιορίστηκε ερμηνεύοντας τους κύκλους συσχέτισης. Αυτοί οι υποψήφιοι επιβεβαιώθηκαν χρησιμοποιώντας μια μονόδρομη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) (εντολή «aov», R πακέτο «stats» 56 ) ακολουθούμενη από τη δοκιμή post hoc του Tukey (εντολή TukeyHSD, R πακέτο «stats» 56 ). Πριν από την ανάλυση, η κανονικότητα αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας τη δοκιμή Shapiro-Wilk, η ομοσκεδαστικότητα ελέγχθηκε χρησιμοποιώντας τη δοκιμή Bartlett (εντολή "bartlett.test", R πακέτο "stats" 56) και χρησιμοποιήθηκε μια μη παραμετρική μέθοδος εάν καμία από τις δύο παραδοχές δεν πληρούνταν . Οι αναλύσεις συγκρίθηκαν (εντολή "kruskal.test", R πακέτο "stats" 56 ) και στη συνέχεια εφαρμόστηκαν οι δοκιμές post hoc του Dunn (εντολή dunn.test, πακέτο R "dunn.test" 56 ).
Η τελική έκδοση του χειρογράφου ελέγχθηκε χρησιμοποιώντας το Grammarly Editor ως αγγλικό διορθωτή (Grammarly Inc., San Francisco, California, USA) 61 .
Τα σύνολα δεδομένων που δημιουργήθηκαν και αναλύθηκαν κατά τη διάρκεια της τρέχουσας μελέτης είναι διαθέσιμα από τον αντίστοιχο συγγραφέα κατόπιν εύλογου αιτήματος.
Kim, SW, et al. Ικανοποίηση της παγκόσμιας ζήτησης για πρωτεΐνη ζωοτροφών: προκλήσεις, ευκαιρίες και στρατηγικές. Annals of Animal Biosciences 7, 221–243 (2019).
Caparros Megido, R., et al. Ανασκόπηση της κατάστασης και των προοπτικών της παγκόσμιας παραγωγής βρώσιμων εντόμων. Entomol. Γεν. 44, (2024).
Rehman, Κ. ur, et αϊ. Μαύρη μύγα στρατιωτών (Hermetia illucens) ως δυνητικά καινοτόμο και φιλικό προς το περιβάλλον εργαλείο για τη διαχείριση οργανικών απορριμμάτων: Μια σύντομη ανασκόπηση. Waste Management Research 41, 81–97 (2023).
Skala, Α., et al. Το υπόστρωμα εκτροφής επηρεάζει την ανάπτυξη και την κατάσταση των μακροθρεπτικών συστατικών των βιομηχανικά παραγόμενων προνυμφών μαύρης μύγας στρατιωτών. Sci. Rep. 10, 19448 (2020).
Shu, ΜΚ, et αϊ. Αντιμικροβιακές ιδιότητες εκχυλισμάτων ελαίου από προνύμφες μαύρων μυγών στρατιωτών που εκτρέφονται σε τριμμένη φρυγανιά. Animal Food Science, 64, (2024).
Schmitt, E. and de Vries, W. (2020). Πιθανά οφέλη από τη χρήση κοπριάς μαύρης μύγας στρατιωτών ως εδάφους τροποποίησης για την παραγωγή τροφίμων και μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Τρέχουσα γνώμη. Πράσινη Διατήρηση. 25, 100335 (2020).
Οι Franco A. et al. Λιπίδια μύγας μαύρων στρατιωτών—μια καινοτόμος και βιώσιμη πηγή. Αειφόρος Ανάπτυξη, τόμ. 13, (2021).
Van Huis, A. Τα έντομα ως τροφή και ζωοτροφή, ένας αναδυόμενος τομέας στη γεωργία: μια ανασκόπηση. J. Insect Feed 6, 27–44 (2020).
Kachor, M., Bulak, P., Prots-Petrikha, K., Kirichenko-Babko, M., and Beganovsky, A. Διάφορες χρήσεις του μαύρου στρατιώτη στη βιομηχανία και τη γεωργία – μια ανασκόπηση. Biology 12, (2023).
Hock, B., Noel, G., Carpentier, J., Francis, F., and Caparros Megido, R. Βελτιστοποίηση της τεχνητής διάδοσης του Hermetia illucens. PLOS ONE 14, (2019).
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-25-2024