Последнее исследование Vogel et al. (2018)[1] показало, что личинки мухи черная львинка могут производить широкий спектр антимикробных пептидов в зависимости от субстратов, на которых они выращиваются.
Черная львинка является экономически важным сельскохозяйственным насекомым, белки которого используются в корме животных уже много лет. Кроме того, личинки мухи способны перерабатывать органические отходы, такие как навоз. Выращивание личинок на органических отходах, однако может приводить к их заражению потенциальными патогенами, что, естественно, является серьезной проблемой для отрасли кормовых добавок.
Схема опыта
В своем исследовании ученые 10 граммам личинок скармливали 10 грамм различных субстратов в течение 72 часов. Контрольный субстрат состоял из корма для кур-несушек, вторая группа – из 5 г корма для кур-несушек и 5 г либо сульфированного лигнина, либо целлюлозного порошка, либо хитина, пивной дробины и подсолнечного масла. Третья группа субстратов состояла из 10 г корма для кур-несушек с добавлением 1.25 г либо Bacillus subtilis, либо Micrococcus luteus, Escherichia coli BL21 (DE3) или Pseudomonas fluorescens BL915. Затем РНК мухи анализировали для экспрессии генов, связанных с защитным ответом.
Влияние на экспрессию генов
В целом, в мухе черная львинка были дифференциально выражены 53 гена, которые отвечают за синтез атимикробных пептидов. У всех этих пептидов была зафиксирована активность против грамположительных и грамотрицательных бактерий. Также были идентифицированы некоторые белки распознавания пептидогликана (PGRPs) и белки связывания (GNBPs) грамотрицательных бактерий. Эти два типа белков являются рецепторами опознания паттерна (стандартных молекулярных структур), которые учувствуют в распознавании патогенов (Dziarski, 2004; Kim et al., 2000). Кроме того, было найдено несколько фенолоксидаз, которые являются важными ферментами в защитной реакции против бактерий, грибов и вирусов у насекомых.
Результаты по типам субстратов
Исследование показало, что выращивание личинок на богатых белками субстратах с добавлением пивной дробины и подсолнечного масла привело к наибольшему содержанию антимикробных пептидов (АМП) по сравнению с контролем. Наименьшее число генов, кодирующих АМП, было выявлено в личинках, выращенных на курином корме с добавлением целлюлозы. Это говорит о том, что белковые субстраты могут индуцировать более сильные иммунные реакции у личинок мухи черная львинка. Также исследователи предположили, что фитостеролы, такие как ситостерол в подсолнечном масле, могут иметь иммуномодулирующие эффекты.
Выращивание личинок на корме с высокой бактериальной нагрузкой показало, что они продуцируют несколько типов АМП. Это совпадает с предыдущим предположением об инициации иммунной реакции из-за присутствия в субстрате E. coli и M. luteus (Zdybicka-Barabas et al., 2017). Однако не было исследовано, оказывает ли пагубное влияние на здоровье и рост личинок высокое содержание бактерий в субстрате, что ставит под вопрос значимость этих выводов.
Оценка подавления роста бактерий показала, что состав питательного субстрата влияет на антимикробную активность против B. subtilis, M. luteus, E. coli и P. fluorescens. Однако эффективность ингибирования роста зависит от конкретных видов бактерий. Тем не менее, данные указывают на повышенную антибактериальную активность у личинок, когда они выращиваются на белковом субстрате. Это может быть связано с зависимым от субстрата производством АМП.
Бактерии B. subtilis являются грамотрицательными и обычно непатогенными, но некоторые штаммы использовались для производства токсинов, специфичных для насекомых. M. luteus — грамположительная непатогенная бактерия, которая обычно используется в анализах бактериолиза (Kaaya, 1993). Грамотрицательная E. coli BL21 (DE3) является непатогенной исследовательской моделью, которая обычно используется в естественно научных лабораториях и в биотехнологической промышленности (Jeong et al., 2009). P. fluorescens — это грамотрицательная бактерия, которая, как было установлено, вызывает заболевание у пациентов с иммунодепрессией и вызывает сепсис после переливания зараженной крови (Gershman et al., 2008; Morduchowicz et al., 1991).
Независимость от антибиотиков
Недостатком исследования была его относительно короткая продолжительность выращивания (72 часа) личинок мухи черная львинка на соответствующих субстратах до экстракции РНК для анализа экспрессии генов. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение защитных реакций, связанных с экспрессией генов на всех стадиях развития личинки.
[1] Vogel H. et al. Nutritional immunology: diversification and diet-dependent expression of antimicrobial peptides in the black soldier fly Hermetia illucens //Developmental & Comparative Immunology. – 2018. – Т. 78. – С. 141-148.