Subiecte

Abstract

Introducere

Pentru a oferi informații despre metabolismul acizilor grași BSF, am emis ipoteza că o înlocuire completă a apei cu apă deuterată (D2O) în diete ne va permite să identificăm ce acid gras este biosintetizat complet/parțial de BSF și care dintre aceștia este pur și simplu bioacumulat din hrana lor. Când singura sursă de apă pentru un organism este D2O, NADPH, o coenzimă cheie din ciclul pentoză-fosfat, va fi produsă sub formă deuterată și va duce la încorporarea atomului de deuteriu în timpul biosintezei acizilor grași 17,18,19. Mai mult, în etapele de alungire, s-a arătat că deuteriul din D2O este încorporat în acizi grași prin introducerea CD2 în loc de CH2 20,21. Pentru a testa această ipoteză, loturile de larve BSF au fost crescute până la stadiul prepupal pe diete diferențiate PUFAs (hrana puiului sau CF și hrana puiului cu o substituție de 60% cu tort de in sau FL) cu apă (BSF-CF și BSF-FL) sau cu apă deuterată (BSF-CFD și BSF-FLD cu D pentru deuterat). Profilul acizilor grași al acestor larve a fost ulterior analizat prin cromatografie gazoasă cuplată cu spectrometrie de masă (GC - MS) pentru a identifica acizii grași biosintetizați sau bioacumulați.

rezultate si discutii

În primul rând, în ciuda ratelor de supraviețuire de peste 80% la fiecare dietă, prezența D2O în hrana pentru insecte a avut un impact negativ asupra trăsăturilor istorice de viață ale larvelor BSF. Greutatea prepupală individuală a fost semnificativ mai mare la dietele standard (respectiv 251,16 mg ± 4,47a și 200,04 mg ± 6,17b pentru BSF-CF și BSF-FL; litere diferite indică diferențe semnificative) decât la dietele deuterizate (respectiv 113,56 ± 5,89c și 118,01 ± 6,31c pentru BSF-CFD și BSF-FLD, F3,8 = 134,49; p 22. În consecință, D2O a demonstrat că scade ciclurile respiratorii sau că încetinește ritmul cardiac la alte specii de artropode sau Diptera 22,23 și poate explica întârzieri de creștere în larvele BSF.

lipidic

Profilurile de acizi grași ai prepupelor cu muște de soldat negru hrănite cu diete PUFA diferențiate cu H2O sau D2O. (A) profilul acizilor grași al dietei (CF = 100% din hrana pentru pui), a prepupelor cu muște soldat negru produse în această dietă cu apă (BSF-CF) și produse cu apă deuterată (BSF-CFD). CLA = acid linoleic conjugat. (b) profilul acizilor grași din cea de-a doua dietă (FL = 40% din hrana puiului și 60% din tortul din in), al prepupelor de muște soldat negru produse în această dietă cu apă (BSF-FL) și cu apă deuterizată (BSF-FLD) . Totalul acizilor grași selectați reprezintă suma celor două forme (deuterizate sau nu) ale acestui acid gras. Deoarece prezența deuteriului are un impact asupra cineticii reacțiilor metabolice, ambele adnotări (adică. „În curs de procesare?” și „vor fi metabolizate?”) sunt legate de ipoteze care explică diferențele în profilurile de acizi grași prepupa BSF crescute pe hrană liberă sau conținând deuteriu. CLA = acid linoleic conjugat; Z și E scrisoare descrie molecule legături duble stereochimie.

Metabolismul acizilor grași al prepupelor cu muște soldat negru. Săgeți verzi întregi = proces de alungire; săgeată albastră întreagă = proces de carboxilare, săgeți punctate roșii = proces de catabolism, săgeți punctate negre = proces de desaturare, săgeți punctate roz = proces de izomerizare. ACC Acetil-CoA carboxilaza, β-bou β-oxidare, CLA Acid linoleic conjugat, ELOVL Elongaza acidului gras, FAS acizi grași sintaza, Om-X izom Izomeraza, Δ-X Desaturase.

Material si metode

Modelul experimental și detaliile subiectului

Furajele de pui (Aveve, Leuven, Belgia) și tortul de in extras mecanic (Scam, Andenne, Belgia) au fost măcinate la dimensiunea particulelor de 0,750 mm (Pulverisette 19, Fritsch, Germania) pentru formularea dietelor. Patru diete diferite au fost produse pe baza acestor două ingrediente: 1. 100% hrana puiului cu 40% H2O (CF); 2. 40% hrana puiului și 60% tort de in cu 40% H2O (FL); 3. CF cu 40% apă deuterizată D2O (CFD) și 4. FL cu 40% D2O (FLD).

Încercare de hrănire

Experimentele au fost efectuate într-o cameră de creștere întunecată controlată (2,45 × 2,06 × 2,72 m) cu temperatura și umiditatea relativă menținute la 27 ± 1 ° C și 60 ± 5%. Trei loturi de 50 de larve tinere de 7 zile (0,010 ± 0,002 g) au fost colectate și cântărite manual (STX223, Ohaus Scout, Parsippany, SUA) pentru fiecare dintre cele patru diete (adică CF, FL, CFD, FLD). Toate loturile au fost crescute în recipiente de plastic (108 × 82 × 50 mm) acoperite cu un capac transparent din plastic cu o plasă de țânțari pătrată (12 × 12 mm) în centru pentru ventilație. Containerele au fost aranjate aleatoriu la jumătate de înălțime pe o scândură din camera de creștere. Rațiile de furaje au fost calculate pe baza a 100 mg de dietă proaspătă/larvă pe zi pentru o perioadă de dezvoltare estimată de 15 zile (pe baza datelor anterioare de laborator). În consecință, un total de 1,5 g de dietă proaspătă/larvă (60% din substanța uscată) au fost distribuite la începutul experimentului și nu s-au adăugat alimente sau apă suplimentare (H2O - D2O) la colecția prepupae. Loturile au fost postite individual timp de 24 de ore, spălate, uscate cu un prosop de hârtie și au fost congelate la - 20 ° C până la analize.

Analiza chimica

analize statistice

Toate analizele au fost efectuate cu RStudio (Versiunea 1.2.1335, Boston, SUA) pentru Mac. Rezultatele au fost prezentate ca medie și eroarea standard a mediei (± SE). Nivelul de semnificație acceptat a fost de 5% în toate analizele. Deoarece datele nu au fost distribuite în mod normal și/sau nu au avut varianțe omogene, testul T Welch a fost utilizat pentru a evalua influența deuteriului asupra compoziției de acizi grași a prepupelor BSF crescute pe CF sau pe FL.

Referințe

Ewald, N. și colab. Compoziția de acizi grași a larvelor de muscă soldat negru (Hermetia illucens) - Posibilități și limitări de modificare prin dietă. Gestionarea deșeurilor. 102, 40-47 (2020).

Rumpold, B. A. și Schlüter, O. K. Potențialul și provocările insectelor ca sursă inovatoare pentru producția de alimente și furaje. Inovator. Științe alimentare. Emerg. Tehnologie. 17, 1-11 (2013).

van Huis, A. și colab. Insecte comestibile: perspective viitoare pentru securitatea alimentelor și furajelor (Organizația Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură, 2013).

Caparros Megido, R. și colab. Acceptarea insectelor comestibile de către consumatorii belgieni: atitudine promițătoare pentru dezvoltarea entomofagiei. J. Sens. Stud. 29, 14-20 (2014).

Oonincx, D. G. A. B. și de Boer, I. J. M. Impactul asupra mediului al producției de viermi de masă ca sursă de proteine ​​pentru om - O evaluare a ciclului de viață. Plus unu 7, e51145 (2012).

Paul, A. și colab. Acizi grași pentru insecte: o comparație a lipidelor de la trei ortoptere și Tenebrio molitor L. larvele. J. Asia-Pac. Entomol. 20, 337-340 (2017).

Wang, Y.-S. & Shelomi, M. Recenzie despre Black Soldier Fly (Hermetia illucens) ca hrană pentru animale și hrană umană. Alimente 6, 91 (2017).

Zarantoniello, M. și colab. Black Soldier Fly (Hermetia illucens) crescut pe subprodusul de cafea prăjită și pe Schizochytrium sp ca ingredient terestru durabil pentru producția de hrană acvatică. Acvacultură 518, 1-15 (2020).

Spranghers, T. și colab. Compoziția nutrițională a mustei soldatului negru (Hermetia illucens) prepupa crescută pe diferite substraturi de deșeuri organice. J. Sci. Food Agric. 97, 2594–2600 (2017).

Barragan-Fonseca, K. B., Dicke, M. & van Loon, J. J. A. Valoarea nutritivă a muștei soldatului negru (Hermetia illucens L.) și adecvarea sa ca hrană pentru animale - O revizuire. J. Insecte Furaje alimentare 3, 105-120 (2017).

Barragan-Fonseca, K. B., Dicke, M. și van Loon, J. J. A. Influența densității larvelor și a concentrației nutrienților din dietă asupra performanței, proteinei corpului și conținutului de grăsime al larvelor de muște soldat negru (Hermetia illucens). Entomol. Exp. Aplic. 166, 761–770 (2018).

Oonincx, D. G. A. B., Van Broekhoven, S., van Huis, A. & Van Loon, J. J. A. Conversia furajelor, supraviețuirea și dezvoltarea și compoziția a patru specii de insecte pe diete compuse din subproduse alimentare. Plus unu 10 (2015).

Oonincx, D. G. A. B., Laurent, S., Veenenbos, M. E. și van Loon, J. J. A. Îmbogățirea dietetică a insectelor comestibile cu acizi grași omega 3. Știința insectelor. 27(3), 1-10 (2019).

Truzzi, C. și colab. Profilul acizilor grași al muștei soldatului negru (Hermetia illucens): Influența substratului de hrănire pe bază de deșeu de cafea de argint îmbogățit cu microalge. Știința și tehnologia hranei pentru animale 259, 114309 (2020).

Giannetto, A. și colab. Hermetia illucens (Diptera: Stratiomydae) larve și prepupae: producția de biomasă, profilul acidului gras și expresia genelor cheie implicate în metabolismul lipidelor. J. Biotehnologie. 307, 44-54 (2020).

Zhu, Z. și colab. Secvențierea și analiza transcriptomului de novo au relevat baza moleculară a acumulării rapide de grăsime de către musca soldatului negru (Hermetia illucens, L.) pentru dezvoltarea biodieselului insectival. Biotehnologie. Biocombustibili 12, 1-16 (2019).

Kazuki, S., Akihiko, K., Shigenobu, O., Yousuke, S. & Tamio, Y. Incorporarea atomilor de hidrogen din apa deuterată și nucleotidele nicotinamide marcate stereospecific de deuteriu în acizi grași cu Escherichia coli sistemul de acizi grași sintetaza. Biochimie și Biofizică Acta Lipide Lipide Metab. 618, 202–213 (1980).

Seyama, Y., Kasama, T., Yamakawa, T., Kawaguchi, A. & Okuda, S. Studii stereochimice de încorporare a hidrogenului din nucleotide cu acizi grași sintetaza din Amoniagene Brevibacterium. J. Biochem. 81, 1167–1173 (1977).

Bergler, H., Fuchsbichler, S., Högenauer, G. & Turnowsky, F. Enoyl- [Acyl-carrier-protein] reductase (FabI) ​​of Escherichia coli, care catalizează un pas de reglare cheie în biosinteza acizilor grași, acceptă NADH și NADPH ca cofactori și este inhibat de Palmitoyl-CoA. Euro. J. Biochem. 242, 689–694 (1996).

De Ghellinck, A. și colab. Producția și analiza lipidelor perdeuterate din Pichia pastoris celule. Plus unu 9, e92999 (2014).

Wadke, M., Brunengraber, H., Lowenstein, J. M., Dolhun, J. J. & Arsenault, G. P. Sinteza acidului gras de către ficat perfuzat cu apă deuterizată și tritiată. Biochimie 12, 2619–2624 (1973).

White, L. A., Ringo, J. M. & Dowse, H. B. Efectele oxidului de deuteriu și ale temperaturii asupra ritmului cardiac în Drosophila melanogaster. J. Comp. Fiziol. B. 162, 278–283 (1992).

Enright, J. T. Apa grea încetinește procesele de sincronizare biologică. Jurnalul de fiziologie cuprinzătoare 72, 1-16 (1971).

Giron, D. & Casas, J. Lipogeneza la o viespe parazită adultă. J. Insect Fiziol. 49, 141-147 (2003).

Stanley-Samuelson, D. W., Jurenka, R. A., Cripps, C., Blomquist, G. J. & de Renobales, M. Acizi grași la insecte: Compoziție, metabolism și semnificație biologică. Arc. Insecte Biochem. Fiziol. 9, 1-33 (1988).

Beenakkers, MTh., Van der Horst, D. J. & Van Marrewijk, W. J. A. Lipide și lipoproteine ​​pentru insecte și rolul lor în procesele fiziologice. Prog. Lipid Res. 24, 19–67 (1985).

Visser, B., Willett, D., Harvey, J. & Alborn, H. Concurența în capacitatea de sinteză a lipidelor între etapele vieții la insecte. R. Soc. Open Sci. 4, 160815 (2017).

Rioux, V. & Legrand, P. Metabolismul și funcțiile acidului miristic. OCL 8, 161–166 (2001).

Landriscina, C., Gnoni, G. V. și Quagliariello, E. Biosinteza acizilor grași. Euro. J. Biochem. 29, 188–196 (1972).

Lin, C. & Smith, S. Proprietățile componentei tioesterazei obținute prin tripsinizarea limitată a complexului multienzimic al acidului gras sintetază. J. Biol. Chem. 253, 1954–1962 (1978).

Li, L. și colab. Jinggangmycinul crește fecunditatea butucului maro, Nilaparvata lugens (Oțel) prin expresia genei acidului gras sintază. J. Proteom. 130, 140-149 (2016).

Piccinină, E. și colab. Rolul acidului oleic în axa intestin-ficat: de la dietă la reglarea sintezei sale prin Stearoyl-CoA Desaturase 1 (SCD1). Nutrienți 11, 2283 (2019).

Knudsen, J., Clark, S. & Dils, R. Purificarea și unele proprietăți ale unei acil-tioester hidrolază cu lanț mediu din glanda mamară lactantă-iepure care termină alungirea lanțului în sinteza acizilor grași. Biochimie. . 160, 683–691 (1976).

Libertini, L. J. & Smith, S. Purificarea și proprietățile unei tioesterază din glanda mamară de șobolan care alăptează, care modifică specificitatea produsului acidului gras sintetază. J. Biol. Chem. 253, 1393-1401 (1978).

Zeng, J.-M., Ye, W.-F., Noman, A., Machado, R. A. R. & Lou, Y.-G. Familia genelor desaturazelor este esențial necesară pentru metabolismul acizilor grași și pentru supraviețuirea puieții de plante brune, Nilaparvata lugens. Int. J. Mol. Știință. 20, 1369 (2019).

Keith, A. D. Metabolismul acidului gras în Drosophila melanogaster: Interacțiunea dintre acizii grași alimentari și sinteza De novo. Comp. Biochimie. Fiziol. 21, 587–600 (1967).

Wang, D. L., Dillwith, J. W., Ryan, R. O., Blomquist, G. J. & Reitz, R. C. Caracterizarea acil-CoA desaturazei în muște Musca domestica L. Insectă. Biochimie. 12, 545–551 (1982).

Mauvoisin, D. Reglarea hormonală a stearoil-CoA desaturazei 1 (SCD1) la nivel hepatic și rolul său în țesutul adipos (Universitatea din Quebec, 2011).

Watts, J. L. & Browse, J. Disecția genetică a sintezei de acizi grași polinesaturați în Caenorhabditis elegans. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 99, 5854–5859 (2002).

Zhou, X.-R., Green, A. G. și Singh, S. P. Caenorhabditis elegans Delta12-desaturaza FAT-2 este o desaturază bifuncțională capabilă să desatureze o gamă variată de substraturi de acizi grași în pozițiile Delta12 și Delta15. J Biol Chem 286, 43644–43650 (2011).

Bourre, J.-M. Unde se găsesc acizii grași omega-3 și modul în care hrănirea animalelor cu dietă îmbogățită în acizi grași omega-3 pentru a crește valoarea nutrițională a produselor derivate pentru om: Ce este de fapt util ?. J. Nutr. Îmbătrânirea sănătății 9, 232–242 (2005).

Soják, L. și colab. Calitatea produselor lactate slovace și alpine bazate pe sănătatea acizilor grași care afectează compușii. Slovacul J. Anim. Știință.42, 9 (2009).

Turpeinen, A. M. și colab. Bioconversia acidului vaccenic în acid linoleic conjugat la om. A.m. J. Clin. Nutr. 76, 504–510 (2002).

Meynadier, A., Zened, A., Farizon, Y., Chemit, M.-L. & Enjalbert, F. Studiu enzimatic al biohidrogenării acizilor linoleici și alfa-linolenici prin specii bacteriene de rumen mixt tratate cu cloramfenicol. Microbiol frontal 9, 1452-1452 (2018).

Bauman, D. E., Mather, I. H., Wall, R. J. & Lock, A. L. Progrese majore asociate cu biosinteza laptelui. J. Dairy Sci. 89, 1235–1243 (2006).

Meynadier, A. și Enjalbert, F. Acizi linoleici conjugați (CLA): origini și consecințe asupra producțiilor animale. Revue Med. Veterinar. 5, 281–288 (2005).

Jeon, H. și colab. Comunitatea bacteriană intestinală din larvele de reducere a deșeurilor alimentare din Hermetia illucens. Curr. Microbiol. 62, 1390–1399 (2011).

Zhang, W. și colab. Studii de asociere la nivel de genom pentru trăsăturile metabolice ale acizilor grași la cinci populații de porci divergenți. Știință. reprezentant. 6, 24718 (2016).

Rosumek, F. B., Brückner, A., Blüthgen, N., Menzel, F. & Heethoff, M. Modele și dinamica acizilor grași lipidici neutri la furnici - Implicații pentru studiile ecologice. Față. Zool. 14, 36 (2017).

Hoc, B., Noël, G., Carpentier, J., Francis, F. & Caparros Megido, R. Optimization of black sold fly (Hermetia illucens) reproducere artificială. Plus unu 14, e0216160 (2019).

Folch, J., Lees, M. și Sloane Stanley, G. H. O metodă simplă pentru izolarea și purificarea lipidelor totale din țesuturile animale. J. Biol. Chem. 226, 497–509 (1957).

Murad, A. M. și colab. Caracterizarea spectrometriei de masă a acizilor grași din semințe de soia prelucrate metabolic. Anal. Bioanal. Chem. 406, 2873–2883 (2014).

Shibahara, A. și colab. Aplicarea unei metode GC - MS utilizând acizi grași deuterizați pentru urmărirea biosintezei acidului cis-vaccenic în pulpa kaki. Lipidele 24, 488–493 (1989).

Mulțumiri

Autorii îi mulțumesc lui Lucien Mostade pentru sprijinul său în timp ce efectuează analize de bioanalize și acizi grași în Gembloux (Belgia). Mulțumim profesorului Purcaro (Laboratorul de chimie analitică, Gembloux Agro-Bio Tech - Uliege, Belgia) pentru ajutorul acordat în analiza spectrelor de masă ale unor acizi grași. Mulțumim profesorului Hastir (ESA Saint-Luc Liège) pentru desenul ei de prepupa BSF. Bertrand Hoc este sprijinit financiar de Regiunea Valonă (Service Public de Wallonie; DGO6) din Belgia, ca parte a proiectului INSECT.

Informatia autorului

Afilieri

Entomologie funcțională și evolutivă, Gembloux Agro-Bio Tech - Universitatea din Liège, TERRA, Passage des Déportés 2, 5030, Gembloux, Belgia

B. Hoc, G. Lognay, F. Francis și R. Caparros Megido

Chimia moleculelor naturale, Gembloux Agro-Bio Tech - Universitatea din Liège, TERRA, Passage des Déportés 2, 5030, Gembloux, Belgia

M. Genva și M.-L. Fauconnier

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Contribuții

Conceptualizare, R.C.M. și B.H.; Metodologie, R.C.M., B.H. și M-L.F; Investigație, B.H. și M.G.; Resurse, M-L.F. și F.F.; Scrierea proiectului original, R.C.M., B.H. și M.G.; Scrierea recenziei și editarea, G.L., M-L.F. și F.F.; Supraveghere, R.C.M și F.F.; Achiziție de finanțare, F.F.

autorul corespunzator

Declarații de etică

Interese concurente

Autorii nu declară interese concurente.

Informatii suplimentare

Nota editorului

Springer Nature rămâne neutru în ceea ce privește revendicările jurisdicționale din hărțile publicate și afilierile instituționale.