Про ліпідний обмін у Hermetia illucens (L. 1758): про походження жирних кислот у препупах

Предмети

Анотація

Вступ

Щоб дати зрозуміти метаболізм жирних кислот BSF, ми припустили, що повне заміщення води дейтерованою водою (D2O) у дієтах дозволить нам визначити, яка жирна кислота повністю/частково біосинтезується BSF, а яка просто накопичується з їх корму. Коли єдиним джерелом води для організму є D2O, НАДФН, ключовий кофермент з пентозо-фосфатного циклу, буде вироблятися у дейтерованій формі і призведе до включення атома дейтерію під час біосинтезу жирних кислот 17,18,19. Більше того, на стадіях подовження було показано, що дейтерій з D2O включається в жирні кислоти шляхом введення CD2 замість CH2 20,21. Для перевірки цієї гіпотези партії личинок BSF вирощували до стадії передпліччя на диетах, диференційованих за PUFA (курячий корм або CF та курячий корм із заміною 60% льоновим коржем або FL) водою (BSF-CF та BSF-FL) або з дейтерованою водою (BSF-CFD та BSF-FLD з D для дейтерованої). Профіль жирних кислот цих личинок згодом був проаналізований за допомогою газової хроматографії в поєднанні з мас-спектрометрією (GC – MS) з метою виявлення біосинтезованих або накопичених в організмі жирних кислот.

Результати і обговорення

Перш за все, незважаючи на рівень виживання понад 80% на кожному раціоні, наявність D2O у кормах для комах негативно вплинула на риси життя личинок BSF. Індивідуальна маса передпліччя була значно вищою на стандартних дієтах (відповідно 251,16 мг ± 4,47a та 200,04 mg ± 6,17b для BSF-CF та BSF-FL; різні букви вказують на суттєві відмінності), ніж при дейтерованих дієтах (відповідно 113,56 ± 5,89c та 118,01 ± 6,31c для BSF-CFD та BSF-FLD; F3,8 = 134,49; стор 22. Отже, показали, що D2O зменшує дихальні цикли або уповільнює серцебиття у інших членистоногих або двокрилих видів 22,23 і може пояснити затримки росту личинок BSF.

Профілі жирних кислот чорних воєнних мух, що харчуються диференційованими дієтами PUFA з H2O або D2O. (a) жирно-кислотний профіль раціону (CF = 100% курячого корму), препупа чорної солдатської мухи, виробленої на цій дієті з водою (BSF-CF) та виготовленої з дейтерованою водою (BSF-CFD). CLA = Кон'югована лінолева кислота. (b) жирнокислотний профіль другої дієти (FL = 40% курячого корму та 60% льодяниць), передпліччя чорної солдатської мухи, вироблені на цій дієті з водою (BSF-FL) та дейтерованою водою (BSF-FLD) . Загальна кількість виділених жирних кислот являє собою суму двох форм (дейтерованих чи ні) цієї жирної кислоти. Оскільки присутність дейтерію впливає на кінетику метаболічних реакцій, обидві анотації (тобто. “В обробці?” і “буде метаболізуватися?”) пов’язані з гіпотезами, що пояснюють відмінності в профілях жирних кислот препупах BSF, вирощуваних на вільних або містять дейтерій кормах. CLA = кон'югована лінолева кислота; Z і Е лист описує молекулу подвійних зв'язків стереохімії.

Метаболізм жирних кислот чорних солдатських мух. Цілі зелені стрілки = процес подовження; ціла синя стрілка = процес карбоксилювання, стрілки червоними крапками = процес катаболізму, стрілки чорними крапками = процес зненасичення, рожеві пунктирні стрілки = процес ізомеризації. ACC Карбоксилаза ацетил-КоА, β-вол β-окислення, CLA Кон'югована лінолева кислота, ЕЛОВЛ Елонгаза жирної кислоти, ФАС синтаза жирних кислот, Δ-X ізом Ізомераза, Δ-X Десатураза.

Матеріал і методи

Експериментальна модель та деталі предмета

Курячий корм (Aveve, Лювен, Бельгія) та лляний пиріг, механічно витягнуті (Scam, Andenne, Бельгія), подрібнювали до розміру частинок 0,750 мм (Pulverisette 19, Fritsch, Німеччина) для складання дієт. На основі цих двох інгредієнтів було виготовлено чотири різні дієти: 1. 100% курячого корму з 40% H2O (CF); 2. 40% курячого корму та 60% лляної макухи з 40% H2O (FL); 3. CF з 40% дейтерованої води D2O (CFD) і 4. FL з 40% D2O (FLD).

Випробування годування

Експерименти проводились у контрольованому темному приміщенні для вирощування (2,45 × 2,06 × 2,72 м) з температурою та відносною вологістю повітря, що підтримується на рівні 27 ± 1 ° C та 60 ± 5%. Три партії з 50 молодих личинок 7-денного віку (0,010 ± 0,002 г) збирали вручну та зважували (STX223, скаут Огауза, Парсіппані, США) для кожної з чотирьох дієт (тобто CF, FL, CFD, FLD). Усі партії вирощували в пластикових контейнерах (108 × 82 × 50 мм), покритих прозорою пластиковою кришкою з квадратною москітною сіткою (12 × 12 мм) у центрі для вентиляції. Ємності розташовували хаотично на половині висоти на дошці в кімнаті для вирощування. Раціони кормів розраховували на основі 100 мг свіжої їжі/личинки на день протягом розрахункового періоду розвитку 15 днів (на основі попередніх лабораторних даних). Отже, на початку експерименту загалом було розподілено 1,5 г свіжої їжі/личинки (60% сухої речовини), і до збору передпучок не додавали жодної додаткової їжі та води (H2O – D2O). Партії індивідуально голодували протягом 24 годин, промивали, сушили паперовим рушником і заморожували при - 20 ° C до аналізу.

Хімічний аналіз

Статистичний аналіз

Всі аналізи проводились за допомогою RStudio (версія 1.2.1335, Бостон, США) для Mac. Результати були представлені як середнє значення та стандартна похибка середнього значення (± SE). Прийнятий рівень значущості становив 5% у всіх аналізах. Оскільки дані зазвичай не розподілялись та/або не мали однорідних дисперсій, для оцінки впливу дейтерію на склад жирнокислого складу препупа BSF, що вирощується на CF або FL.

Список літератури

Евальд, Н. та ін. Жирнокислий склад личинок чорної солдатської мухи (Hermetia illucens) - Можливості та обмеження модифікації за допомогою дієти. Управління відходами. 102, 40–47 (2020).

Румпольд, Б. А. та Шлютер, О. К. Потенціал та проблеми комах як інноваційне джерело виробництва продуктів харчування та кормів. Іннов. Food Sci. Поява Технол. 17, 1–11 (2013).

ван Хуїс, А. та ін. Їстівні комахи: майбутні перспективи забезпечення продовольства та кормів (Продовольча та сільськогосподарська організація ООН, 2013).

Капаррос Мегідо, Р. та ін. Прийняття їстівних комах бельгійськими споживачами: перспективне ставлення до розвитку ентомофагії. J. Sens. Stud. 29, 14–20 (2014).

Oonincx, D. G. A. B. & de Boer, I. J. M. Вплив на довкілля борошнистого черв'яка як джерела білка для людини - оцінка життєвого циклу. PLOS ONE 7, e51145 (2012).

Павло, А. та ін. Комахи жирних кислот: порівняння ліпідів з трьох прямокрилих та Тенебріо молітор Л. личинки. J. Asia-Pac. Ентомол. 20, 337–340 (2017).

Ван, Ю.-С. & Шеломі, М. Огляд чорної солдатської мухи (Hermetia illucens) як корм для тварин та їжа людини. Продукти харчування 6, 91 (2017).

Зарантонієлло, М. та ін. Муха чорного солдата (Hermetia illucens), вирощений на смаженому побічному продукті кави та Schizochytrium sp як стійкий наземний інгредієнт для виробництва аквафідів. Аквакультура 518, 1–15 (2020).

Спренгери, Т. та ін. Харчовий склад чорної солдатської мухи (Hermetia illucens) препупи, вирощені на різних субстратах органічних відходів. J. Sci. Food Agric. 97, 2594–2600 (2017).

Barragan-Fonseca, K. B., Dicke, M. & van Loon, J. J. A. Харчова цінність чорної солдатської мухи (Hermetia illucens L.) та його придатність як корм для тварин - огляд. J. Корм для комах 3, 105–120 (2017).

Barragan-Fonseca, K. B., Dicke, M. & van Loon, J. J. A. Вплив щільності личинок та концентрації поживних речовин у їжі на продуктивність, білок в організмі та вміст жиру в личинках чорних солдатських мух (Hermetia illucens). Ентомол. Досвід. Заяв. 166, 761–770 (2018).

Oonincx, D. G. A. B., Van Broekhoven, S., van Huis, A. & Van Loon, J. J. A. Перетворення, виживання та розвиток кормів та склад чотирьох видів комах на дієтах, складених з харчових побічних продуктів. PLOS ONE 10 (2015).

Oonincx, D. G. A. B., Laurent, S., Veenenbos, M. E. & van Loon, J. J. A. Дієтичне збагачення їстівних комах омега-3 жирними кислотами. Наука про комах. 27(3), 1–10 (2019).

Труцці, С. та ін. Профіль жирних кислот чорної солдатської мухи (Hermetia illucens): Вплив живильного субстрату на основі кавових відходів срібної шкіри, збагаченої мікроводоростями. Наука та технологія кормів для тварин 259, 114309 (2020).

Джаннетто, А. та ін. Hermetia illucens (Diptera: Stratiomydae) личинки та препупії: Вироблення біомаси, профіль жирних кислот та експресія ключових генів, що беруть участь у метаболізмі ліпідів. J. Біотехнол. 307, 44–54 (2020).

Чжу, З. та ін. Послідовність та аналіз транскриптомів De novo виявили молекулярні основи швидкого накопичення жиру чорною солдатською мухою (Hermetia illucens, Л.) для розробки біодизеля комах. Біотехнол. Біопаливо 12, 1–16 (2019).

Kazuki, S., Akihiko, K., Shigenobu, O., Yousuke, S. & Tamio, Y. Включення атомів водню з дейтерованої води та мічених стереоспецифічно дейтерієм нікотинамідних нуклеотидів у жирні кислоти з кишкова паличка система синтетази жирних кислот. Biochimica et Biophysica Acta Lipids Lipid Metab. 618, 202–213 (1980).

Seyama, Y., Kasama, T., Yamakawa, T., Kawaguchi, A. & Okuda, S. Стереохімічні дослідження включення водню з нуклеотидів із синтетазою жирних кислот з Brevibacterium ammoniagenes. Дж. Біохім. 81, 1167–1173 (1977).

Bergler, H., Fuchsbichler, S., Högenauer, G. & Turnowsky, F. Еноїл- [ацил-носій-білок] редуктаза (FabI) кишкова паличка, який каталізує ключовий регуляторний етап біосинтезу жирних кислот, приймає NADH і NADPH як кофактори та інгібується Palmitoyl-CoA. Євро. Дж. Біохім. 242, 689–694 (1996).

Де Геллінк, А. та ін. Виробництво та аналіз дейтерованих ліпідів з Pichia pastoris клітин. PLOS ONE 9, e92999 (2014).

Wadke, M., Brunengraber, H., Lowenstein, J. M., Dolhun, J. J. & Arsenault, G. P. Синтез жирних кислот печінкою, перфузований дейтерованою і тритійованою водою. Біохімія 12, 2619–2624 (1973).

White, L. A., Ringo, J. M. & Dowse, H. B. Вплив оксиду дейтерію та температури на частоту серцевих скорочень у Drosophila melanogaster. J. Comp. Фізіол. B. 162, 278–283 (1992).

Енрайт, Дж. Т. Важка вода уповільнює біологічні процеси хронометражу. Zeitschrift für Vergleichende Physiologie 72, 1–16 (1971).

Giron, D. & Casas, J. Ліпогенез у дорослої паразитичної оси. J. Фізіол комах. 49, 141–147 (2003).

Stanley-Samuelson, D. W., Jurenka, R. A., Cripps, C., Blomquist, G. J. & de Renobales, M. Жирні кислоти у комах: Склад, метаболізм та біологічне значення. Арх. Комаха Біохім. Фізіол. 9, 1–33 (1988).

Beenakkers, MTh., Van der Horst, D. J. & Van Marrewijk, W. J. A. Ліпіди та ліпопротеїди комах та їх роль у фізіологічних процесах. Prog. Ліпідний Res. 24, 19–67 (1985).

Visser, B., Willett, D., Harvey, J. & Alborn, H. Збіг у здатності синтезу ліпідів між стадіями життя у комах. Р. Соц. Відкритий Sci. 4, 160815 (2017).

Rioux, V. & Legrand, P. Métabolisme et fonctions de l’acide myristique. OCL 8, 161–166 (2001).

Landriscina, C., Gnoni, G. V. & Quagliariello, E. Біосинтез жирних кислот. Євро. Дж. Біохім. 29, 188–196 (1972).

Lin, C. & Smith, S. Властивості тіоестеразного компонента, отриманого обмеженою трипсинізацією мультиферментного комплексу синтетази жирних кислот. Дж. Біол. Хім. 253, 1954–1962 (1978).

Лі, Л. та ін. Цзинганміцин підвищує плодючість коричневого саджанця, Нілапарвата люгенс (Stål) за допомогою експресії гена синтази жирних кислот. Дж. Протеом. 130, 140–149 (2016).

Пікцинін, Е. та ін. Роль олеїнової кислоти в осі кишечника і печінки: від дієти до регулювання її синтезу за допомогою стеароїл-КоА десатурази 1 (SCD1). Поживні речовини 11, 2283 (2019).

Knudsen, J., Clark, S. & Dils, R. Очищення та деякі властивості ацил-тіоефірної гідролази середнього ланцюга з молочної залози кролика, що годує, яка припиняє подовження ланцюга при синтезі жирних кислот. Біохім. J. 160, 683–691 (1976).

Libertini, L. J. & Smith, S. Очищення та властивості тіоестерази з молочної залози щурів, що годує, що змінює специфічність продукту синтетази жирних кислот. Дж. Біол. Хім. 253, 1393–1401 (1978).

Zeng, J.-M., Ye, W.-F., Noman, A., Machado, R. A. R. & Lou, Y.-G. Родина генів десатурази вкрай необхідна для метаболізму жирних кислот і виживання коричневого саджанця, Нілапарвата люгенс. Міжнародний J. Mol. Наук. 20, 1369 (2019).

Кіт, А. Д. Метаболізм жирних кислот у Drosophila melanogaster: Взаємодія між дієтичними жирними кислотами та синтезом De novo. Комп. Біохім. Фізіол. 21, 587–600 (1967).

Wang, D. L., Dillwith, J. W., Ryan, R. O., Blomquist, G. J. & Reitz, R. C. Характеристика ацил-CoA десатурази у домашньої мухи Musca domestica L. Комаха. Біохім. 12, 545–551 (1982).

Мовуазін, Д. Гормональна регуляція стеароїл-КоА десатурази 1 (SCD1) на рівні печінки та її роль у жировій тканині (Університет Квебеку, 2011).

Watts, J. L. & Browse, J. Генетична дисекція синтезу поліненасичених жирних кислот у Caenorhabditis elegans. Proc. Natl. Акад. Наук. США 99, 5854–5859 (2002).

Чжоу, X.-R., Грін, А. Г. & Сінгх, С. П. Caenorhabditis elegans Delta12-десатураза FAT-2 - це двофункціональна десатураза, здатна знежирювати різноманітний асортимент жирних кислотних субстратів у положеннях Delta12 і Delta15. J Biol Chem 286, 43644–43650 (2011).

Бурре, Ж.-М. Де знайти омега-3 жирні кислоти та як годувати тварин дієтою, збагаченою омега-3 жирними кислотами, для підвищення харчової цінності похідних продуктів для людини: Що насправді корисно ?. Дж. Нутр. Старіння здоров’я 9, 232–242 (2005).

Сожак, Л. та ін. Якість словацьких та високогірних молочних продуктів на основі сполук, що впливають на здоров’я жирних кислот. Словацький Й. Анім. Наук.42, 9 (2009).

Турпейнен, А. М. та ін. Біоконверсія вакценової кислоти у кон’юговану лінолеву кислоту у людини. Am. J. Clin. Nutr. 76, 504–510 (2002).

Мейнадієр, А., Зенед, А., Фарізон, Ю., Чеміт, М.-Л. & Enjalbert, F. Ензиматичне дослідження біогідрування лінолевої та альфа-ліноленової кислот за допомогою змішаних видів бактерій, оброблених хлорамфеніколом. Передній мікробіол 9, 1452–1452 (2018).

Бауман, Д. Е., Матер, І. Х., Уолл, Р. Дж. І Лок, А. Л. Основні досягнення, пов'язані з біосинтезом молока. J. Dairy Sci. 89, 1235–1243 (2006).

Meynadier, A. & Enjalbert, F. Кон'юговані лінолеві кислоти (CLA): Походження та наслідки для виробництва тварин. Revue Méd. Vet. 5, 281–288 (2005).

Чон, Х. та ін. Кишкова бактеріальна спільнота в харчових відходах личинок Hermetia illucens. Curr. Мікробіол. 62, 1390–1399 (2011).

Чжан, В. та ін. Загальногеномні дослідження асоціації метаболічних ознак жирних кислот у п’яти різнопланових популяціях свиней. Наук. Респ. 6, 24718 (2016).

Розумек, Ф. Б., Брюкнер, А., Блютген, Н., Менцель, Ф. і Хітхофф, М. Закономірності та динаміка нейтральних жирних кислот жирів у мурах - наслідки для екологічних досліджень. Спереду. Зоол. 14, 36 (2017).

Hoc, B., Noël, G., Carpentier, J., Francis, F. & Caparros Megido, R. Оптимізація чорної солдатської мухи (Hermetia illucens) штучне розмноження. PLOS ONE 14, e0216160 (2019).

Фолч, Дж., Ліз, М. та Слоун Стенлі, Г. Х. Простий метод виділення та очищення загальних ліпідів із тканин тварин. Дж. Біол. Хім. 226, 497–509 (1957).

Мурад, А. М. та ін. Характеристика мас-спектрометрії жирних кислот із насіння сої, метаболічно розробленої. Анальний Біоанал. Хім. 406, 2873–2883 (2014).

Шибахара, А. та ін. Застосування методу ГХ – МС із використанням дейтерованих жирних кислот для відстеження біосинтезу цис-вакценової кислоти в м’якоті какі. Ліпіди 24, 488–493 (1989).

Подяки

Автори дякують Люсьєну Мостаде за підтримку під час проведення біопроб та аналізів жирних кислот у Гемблу (Бельгія). Дякуємо професору Пуркаро (Лабораторія аналітичної хімії, Gembloux Agro-Bio Tech - Uliege, Бельгія) за допомогу в аналізі мас-спектрів деяких жирних кислот. Дякуємо професору Хастіру (ESA Saint-Luc Liege) за її малюнок препупцій BSF. Бертран Хок фінансується Регіоном Валлонії (Service Public de Wallonie; DGO6) з Бельгії в рамках проекту INSECT.

Інформація про автора

Приналежності

Функціональна та еволюційна ентомологія, Gembloux Agro-Bio Tech - Університет Льєжу, TERRA, Passage des Déportés 2, 5030, Gembloux, Бельгія

Б. Хок, Г. Логней, Ф. Френсіс та Р. Капарос Мегідо

Хімія природних молекул, Gembloux Agro-Bio Tech - Університет Льєжу, TERRA, Passage des Déportés 2, 5030, Gembloux, Бельгія

М. Генва та М.-Л. Фоконьє

Ви також можете шукати цього автора в PubMed Google Scholar

Внески

Концептуалізація, R.C.M. та B.H .; Методологія, R.C.M., B.H. та M-L.F .; Розслідування, Б.Х. та М.Г .; Ресурси, M-L.F. та Ф.Ф .; Написання оригінального проекту, R.C.M., B.H. та М.Г .; Написання огляду та редагування, G.L., M-L.F. та Ф.Ф .; Нагляд, R.C.M і F.F .; Придбання фінансування, F.F.

Відповідний автор

Декларації про етику

Конкуруючі інтереси

Автори декларують відсутність конкуруючих інтересів.

Додаткова інформація

Примітка видавця

Springer Nature залишається нейтральним щодо юрисдикційних вимог в опублікованих картах та інституційних приналежностей.