Насекомые - самые разнообразные и самые экологически доминирующие наземные животные с тех пор, как членистоногие завоевали сушу.
Успех насекомых кроется в сотрудничестве с микробными мутуалистами, которые впоследствии приводят к появлению еще более разнообразных признаков насекомых, таких как питание растительным материалом, защита от патогенов и усиление меж- и внутривидовых коммуникаций. Изучение микробиома насекомых представляет собой особенно перспективный источник биоактивных соединений, натуральных продуктов для экологически безопасной борьбы с вредителями и других промышленных биотехнологий. Однако разнообразие насекомых и их микробных симбионтов остается неизученным, а идентичность и функции ферментов/химических веществ, получаемых из симбионтов насекомых, еще предстоит обнаружить и выяснить. Таким образом, изучение неиспользованного микробиома насекомых с помощью технологий мультиомики и синтетической биологии представляет большой интерес.
В данном обзоре рассматриваются статьи, посвященные микробиоте насекомых и ее функциям. Микробиота кишечника насекомых играет ключевую роль в их питании и адаптации к окружающей среде. Zhao et al. собрали девять видов кузнечиков с плато Лёсс в Северном Китае и охарактеризовали микробиоту этих кузнечиков с помощью ампликонов 16S V3-V4. Они обнаружили, что эти девять видов кузнечиков имеют только 5,5% общих видов микроорганизмов, что свидетельствует о том, что различные виды кузнечиков имеют специфическую микробиоту кишечника.
Li, Zhang et al. использовали ампликоны 16S V3-V4, чтобы получить представление о микробиоте Ectropis grisecens, питающихся чайными листьями в центральном Китае. Более того, они выделили один неосновной вид кишечных бактерий Bacillus, и этот вид может разлагать жиры, что может помочь хозяину адаптироваться к голоданию.
Calle-Tobón et al. кормили Aedes albopictus активной и термоинактивированной сывороткой и обнаружили, что кормление комаров разной пищей может влиять на экспрессию генов комаров и метаболизм микробиома. Однако кормление активной и термически инактивированной сывороткой не влияет на виромное ядро популяции комаров.
Микробиота кишечника насекомых играет ключевую роль в передаче вирусов растений. Wu et al. обобщили влияние симбиотических бактерий насекомых на передачу вирусов растений и обнаружили, что симбиотические бактерии насекомых могут участвовать в циркуляции вирусов и их вертикальной передаче. Более того, авторы предположили, что будущее понимание взаимодействия между вирусами и симбиотическими микробами насекомых может привести к разработке новой стратегии профилактики вирусных заболеваний растений.
Li, Guan et al. сообщили о новом позитивно-смысловом одноцепочечном РНК-вирусе Agrotis ipsilon и его геномной характеристике. Этот вирус может стабильно инфицировать Spodopterera frugiperda и оказывать на него пагубное воздействие, показывая, что этот новый вирус может передаваться в одном семействе мотыльков.
Микробные симбионты насекомых содержат большое количество неизученных биотехнологических ресурсов. Barcoto et al. сравнили деградацию рекальцитантных субстратов лигноцеллюлозы и пластиковых полимеров и обобщили микроорганизмы и ферменты, участвующие в этих двух биопроцессах. Кроме того, авторы рассмотрели системы фунгикультуры насекомых и их потенциальное применение в биотехнологиях. На основе этих данных авторы предложили использовать передовые технологии для извлечения из фунгикультуры насекомых микроорганизмов и ферментов для деградации полимеров или других биотехнологических применений.
Cordyceps militaris является энтомопатогенным грибом и может производить различные биомолекулы. Более того, C. militaris является съедобным грибом, который вырабатывает высокоактивный кордицепин при выращивании на куколках шелкопряда. Гипоксическая среда благоприятна для производства кордицепина. Wang et al. сверхэкспрессировали в C. militaris белки, связывающие стериновые регуляторные элементы (SREBPs), и увеличили количество кордицепина более чем в два раза, показав, что SREBPs играют роль в росте и синтезе биологически активных молекул в C. militaris. Это исследование показывает, что сконструированные микроорганизмы с желаемыми характеристиками могут производить высокоактивные биомолекулы.
Микробиом насекомых имеет разнообразные потенциальные биотехнологические применения, а системная биология и мультиомика могут помочь получить представление о микробиоме насекомых. Кроме того, инженерия грибков, ассоциированных с насекомыми, с помощью стратегий синтетической биологии может привести к производству высокоактивных соединений. В целом, мы считаем, что данные исследования помогут открыть новые биоактивные соединения, ферменты, стратегии борьбы с насекомыми и другие биотехнологические продукты из микробиома насекомых.
