Чревната микробиота посредничи за детоксикацията на кофеин в основния насеком вредител по

чревната

  • Субекти
  • Обобщение
  • Въведение
  • Резултати
  • Разграждане на кофеина в H. hampei
  • Биогеографски анализ на микробиома на H. hampei
  • Бактерии, които разграждат кофеина в червата на H. hampei
  • Кислородни профили в червата на H. hampei
  • Повторно инсталиране на разграждането на кофеин в H. hampei
  • Дискусия
  • Методи
  • Образци от насекоми
  • ДНК екстракция, PCR амплификация и последователност с висока производителност
  • 16S рРНК генен анализ
  • Изолиране на разграждащите кофеина бактерии и тяхното идентифициране.
  • Детекция на гени ndmA в изолирани и H. hampei
  • O 2 измервания с помощта на микроелектроди
  • Транзитно време на диета през H. hampei
  • Антибиотично лечение и реинфекция.
  • Откриване на кофеин в проби от фрас
  • Ефект на антибиотичното лечение върху репродукцията на H. hampei
  • Присъединяване
  • GenBank/EMBL/DDBJ
  • Допълнителна информация
  • PDF файлове
  • Допълнителна информация
  • Видеоклипове
  • Допълнителен филм 1
  • Excel файлове
  • Допълнителни данни 1
  • Коментари

Субекти

  • Ентомология
  • Микробна екология
  • Микробиом

Обобщение

Кафеното зърно (Hypothenemus hampei) е най-опустошителният вредител на кафе от насекоми в света, тъй като неговите нападения намаляват добивите с цели 80%. Кофеинът е алкалоид, който може да бъде токсичен за насекомите и трябва да действа като защитен механизъм за инхибиране на тревопасните. Тук показваме, че кофеинът се разгражда в червата на H. hampei и че експерименталното инактивиране на чревната микробиота елиминира тази активност. Демонстрираме, че чревната микробиота в екземпляри от H. hampei от седем страни производителки на кафе и колонии, отглеждани в лаборатории, споделят ядро ​​от микроорганизми. Глобално разпространените членове на чревната микробиота, включително известните видове Pseudomonas, издържат на кофеина като единствен източник на въглерод и азот. Гените на Pseudomonas кофеин деметилаза се експресират in vivo в червата на H. hampei, а възстановяването на насекомите, третирани с антибиотици с изолиран щам Pseudomonas, възстановява способността за разграждане на кофеина, потвърждавайки неговата ключова роля.

Въведение

При насекомите, както и при други животни, разграждането на кофеина може да се катализира от цитохром Р450 ензими 20, 21. Не се съобщава обаче, че други метазоани издържат на концентрациите на кофеин, на които е изложен H. hampei, като същевременно се издържат и завършват целия си жизнен цикъл изключително върху зелено кафе на зърна. Предполагаме, че разграждането на кофеина в H. hampei се осъществява предимно от активността на чревната му микробиота. Тук представяме първото изследване на микробиома на H. hampei и неговата роля в детоксикацията на кофеин в насекомото. Нашето откритие на компонент от микробиота за трансформирането на кофеина и съществуването на H. hampei в кафе на зърна има важни последици за разбирането на метаболизма и екологията на този важен вредител.

Резултати

Разграждането на кофеина при H. hampei

За да проверим хипотезата, че разграждането на кофеина е процес, медииран от микроби в H. hampei, взехме проби от седем географски разпръснати райони за отглеждане на кафе: Кения (Киамбу), Индонезия (Източна Ява), Индия (Карнатака), Пуерто Рико (Аджантас ), Хавай (Кона), Гватемала (Коатепеке) и Мексико (Чиапас). Екземплярите от Индия също включват проби от насекоми от двата доминиращи вида Coffea (C. arabica и C. canephora). В допълнение използвахме лабораторно отгледана колония, първоначално получена от колумбийска популация от H. hampei и три други вида корояди, които не могат да издържат на кафе на зърна (H. crudiae, H. eruditus и Scolytodes maurus).

Таблица в пълен размер

( да се ) Експериментално проектиране и анализ на концентрациите на кофеин в контролната проба и проби от H. Hampei, третирани с антибиотици. Антибиотично медиирано изчерпване на микробиома H. hampei елиминира трансформацията на кофеин и увеличава отделянето на кофеин. ( б ) FTIR профили за чист кофеин (черен), контролни екскременти (насекоми, които не са третирани с антибиотици, червени) и екскременти на насекоми, третирани с антибиотици (зелен). Представените профили представляват средната стойност на всички измервания (n = 6).

Изображение в пълен размер

Биогеографски анализ на микробиома на H. hampei

( да се ) Филогенетичен мрежов анализ, показващ доминиращите бактериални групи, свързани с проби от H. hampei от седемте основни страни производителки на кафе. Екземплярите от Мексико включват и насекоми, които не са от H. ◊, H. hampei, - S. maurus; Δ, H. crudiae; □, H. eruditus. ( б ) Пропорции на Pseudomonas spp. последователности в микробиома на събраните проби.

Изображение в пълен размер

Кофеин-разграждащи бактерии в червата на H. hampei

( да се ) Кофеинова градиентна плоча, представляваща бактериални колонии, изолирани от храносмилателния тракт на H. hampei и тяхната идентичност, определена чрез филогенетичен анализ. P. fulva е основната група получени изолати. ( б ) Филогенетично дърво за кофеиновата деметилаза алфа субединица (NdmA), получени от изолирани бактерии (жълто), а също и от РНК, извлечена от полеви проби от H. hampei (зелено). ( ° С ) Проби от H. hampei, предварително обработени с антибиотици в продължение на четири седмици, се инокулират с P. fulva, възстановявайки способността му да разгражда кофеина, както се демонстрира чрез измерване на кофеина FTIR и GC-MS в неговата утайка (вж. Таблица 1).