Il microbiota intestinale del baco da seta (Bombyx mori) è coinvolto nella disintossicazione metabolica mediante glucosilazione delle tossine vegetali

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 790 (2023) Citare questo articolo

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Gli erbivori hanno sviluppato la capacità di disintossicare i componenti dei mangimi attraverso diversi meccanismi. Il baco da seta oligofago si nutre di foglie di Cudrania tricuspidata (CTL) invece che di foglie di gelso allo scopo di produrre seta speciale di alta qualità. Tuttavia, si è scoperto che i bachi da seta alimentati con CTL hanno corpi più piccoli, una crescita più lenta e una produzione di seta inferiore rispetto a quelli alimentati con foglie di gelso. Qui, mostriamo che l'alto contenuto di isoflavoni prenilati (PIF) che si è verificato nei CTL viene convertito in derivati ​​glicosilati (GPIF) nelle feci del baco da seta attraverso il microbiota intestinale del baco da seta, e questa biotrasformazione è il processo chiave nella disintossicazione dei PIF perché si scopre che i GPIF essere molto meno tossici, come rivelato sia in vitro che in vivo. Inoltre, l’aggiunta di Bacillus subtilis come probiotico per rimodellare il microbiota intestinale potrebbe promuovere favorevolmente la crescita e lo sviluppo del baco da seta. Di conseguenza, questo studio fornisce una guida significativa per la produzione della seta migliorando l’adattabilità dei bachi da seta alimentati con CTL.

In natura, le piante si difendono dagli erbivori producendo metaboliti tossici, mentre gli erbivori hanno sviluppato meccanismi per resistere alle difese delle piante adattandosi al superamento dell’alimentazione tossica1 attraverso la disintossicazione metabolica, inclusa la distruzione2, l’idrolisi3, la fosforilazione e la glicosilazione4 dei componenti tossici. Gli eventi di disintossicazione di cui sopra sono stati avviati dai trasportatori delle cassette leganti l'ATP degli insetti5, dai microbi intestinali6,7 o persino dal trasferimento genico orizzontale8,9. Tra questi fattori, il microbiota intestinale svolge un ruolo importante nella difesa e protezione degli insetti7,10. Ad esempio, il nematode del pino o il punteruolo del pino sono insetti erbivori allevati in foreste di conifere ricche di terpenoidi tossici, come l'α-pinene e l'acido diterpenico, il cui microbiota intestinale mostra una forte capacità di degradare i terpenoidi per contribuire alla forma fisica degli insetti11,12. È stato rivelato che le interazioni benefiche tra gli insetti e il loro microbiota intestinale determinano la disintossicazione degli ospiti.

Il baco da seta, Bombyx mori, appartenente ai lepidotteri Bombycidae, essendo uno dei più antichi insetti economici per la produzione della seta, è stato ampiamente coltivato nella lunga storia della sericoltura in Cina13. Essendo un insetto oligofago, i bachi da seta si nutrono principalmente di foglie di gelso appartenenti alla famiglia delle piante delle Moraceae, ma possono nutrirsi anche di foglie di Cudrania tricuspidata (CTL)14 della stessa famiglia. È stato registrato che i bachi da seta alimentati con CTL hanno una lunga storia e sono stati fatti risalire all'antico lessico cinese "Erh-ya". In particolare, la seta coltivata prodotta dai bachi da seta alimentati con CTL, rispetto alla seta di gelso o tussah, era molto più resistente con una struttura stabile, una resistenza alla trazione più forte e prestazioni migliori; particolarmente adatto per realizzare corde o corde per archi15,16; e talvolta utilizzato come materiale speciale per realizzare le vesti del drago nell'antica dinastia menzionata in “Tecnologia cinese nel diciassettesimo secolo: T'ien-kung k'ai-wu”. Pertanto, i CTL sono gradualmente diventati un’alternativa per nutrire i bachi da seta in diverse pratiche di produzione.

Tuttavia, i bachi da seta nutriti con CTL con minore adattabilità avevano facilmente corpi più piccoli, una crescita più lenta17,18 e una produzione di seta inferiore rispetto a quelli nutriti con altre foglie. Le cause alla base di questo fenomeno sono sconosciute, sebbene sia stato riportato che la mancanza di adattamento potrebbe essere correlata ai metaboliti secondari nei CTL per l'osservazione della sovraregolazione della carbossilesterasi, un enzima metabolico disintossicante la cui attività è regolata da metaboliti secondari correlati19. L'attività della carbossilesterasi nei bachi da seta alimentati con CTL era superiore a quella dei bachi da seta alimentati con foglie di gelso, il che suggeriva l'esistenza di metaboliti secondari tossici nei CTL18.

Qui, mediante indagini chimiche comparative su CTL e feci di baco da seta (SWF), abbiamo scoperto che gli isoflavoni prenilati (PIF), i principali costituenti dei CTL, venivano convertiti in derivati ​​glicosilati (GPIF) nei SWF e la tossicità dei GPIF era notevolmente attenuata. Questa conversione è stata confermata dal test di cocoltura del 6,8-diprenylorobol (DPL), il componente principale dei CTL con i microbi intestinali del baco da seta in vitro. L'aggiunta di B. subtilis come probiotico intestinale del baco da seta durante l'alimentazione può rimodellare il microbiota intestinale misurato con il sequenziamento dell'amplicone 16S rDNA e la crescita e lo sviluppo dei bachi da seta alimentati con CTL sono stati ben migliorati. La nostra ricerca ha rivelato il meccanismo alla base delle differenze di crescita del baco da seta con diversi materiali di alimentazione. Forniamo anche un modo utile per migliorare lo sviluppo dei bachi da seta rimodellando il microbiota intestinale aggiungendo probiotici durante l’alimentazione.