カイコ (Bombyx mori) の腸内微生物叢は、植物毒素のグルコシル化による代謝解毒に関与しています。

Communications Biology volume 6、記事番号: 790 (2023) この記事を引用

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草食動物は、さまざまなメカニズムを通じて飼料成分を解毒する能力を進化させてきました。 少食性の蚕は、特別で高品質なシルクを生産するために、桑の葉の代わりにクドラニア・トリクスピダタの葉（CTL）を食べます。 しかし、CTLを与えられたカイコは、桑の葉を与えられたカイコよりも体が小さく、成長が遅く、絹の生産量が少ないことがわかっています。 今回我々は、CTLで発生した高含有量のプレニル化イソフラボン（PIF）が、カイコの腸内細菌叢を介してカイコ糞便中でグリコシル化誘導体（GPIF）に変換されることを示す。GPIFはin vitro と in vivo の両方で明らかになったように、毒性ははるかに低いです。 さらに、腸内細菌叢を再構築するためのプロバイオティクスとして枯草菌を添加すると、カイコの成長と発育を有益に促進できる可能性があります。 したがって、この研究は、CTL を与えられたカイコの適応性を改善することにより、シルク生産のための有意義な指針を提供します。

自然界では、植物は有毒な代謝産物を生成することによって草食動物から身を守りますが、草食動物は、有毒成分の破壊2、加水分解3、リン酸化およびグリコシル化4などの代謝解毒によって、有毒な摂食を克服することに適応して植物の防御に抵抗するメカニズムを進化させました。 上記の解毒イベントは、昆虫の ATP 結合カセットトランスポーター 5、腸内微生物 6、7、さらには水平遺伝子伝達 8、9 によっても開始されました。 これらの要因の中で、腸内微生物叢は昆虫の防御と保護において重要な役割を果たしています7,10。 例えば、マツノザイセンチュウやマツクイムシは、α-ピネンやジテルペン酸などの有毒なテルペノイドが豊富な針葉樹林で飼育される昆虫の草食動物であり、その腸内細菌叢はテルペノイドを分解して昆虫の健康状態に寄与する強力な能力を示します11,12。 昆虫とその腸内微生物叢との間の有益な相互作用により、宿主の解毒が達成されることが明らかになりました。

鱗翅目カイコ科に属するカイコは、絹生産のための最古の経済昆虫の 1 つとして、中国の長い養蚕の歴史の中で広く養殖されてきた13。 微食昆虫であるカイコは主にクワ科の桑の葉を食べますが、同じ科のクドラニア トリクスピデータタの葉 (CTL) も食べることができます14。 CTL を餌とするカイコの歴史は古く、中国の古代辞書「二夜」にまで遡ることが記録されています。 注目すべきことに、CTLを食べたカイコによって生産される栽培シルクは、桑やタッサーシルクと比較して、安定した構造、より強力な引張強度、およびより優れた性能を備えたはるかに丈夫でした。 特に弦や弓の弦を作るのに適しています15、16。 「17世紀の中国の技術：天貢カイウー」で言及されている旧王朝では、ドラゴンローブを作るための特別な素材として使用されることもありました。 したがって、CTL は、さまざまな生産慣行においてカイコに飼料を供給するための代替品として徐々に使用されるようになりました。

しかし、適応性の低い CTL を餌としたカイコは、他の葉を餌としたカイコに比べて体が小さくなりやすく、成長が遅く 17,18 、絹の生産量が少なくなります。 この現象の根本的な原因は不明ですが、関連する二次代謝産物によって活性が調節されている解毒代謝酵素であるカルボキシルエステラーゼの上方制御の観察では、適応の欠如がCTLの二次代謝産物に関連している可能性があることが報告されています19。 CTL を与えられたカイコのカルボキシルエステラーゼ活性は、桑の葉を与えられたカイコよりも高かったため、CTL には有毒な二次代謝産物が存在することが示唆されました 18。

今回、CTLとカイコ糞便（SWF）の比較化学調査により、CTLの主成分であるプレニル化イソフラボン（PIF）がSWF中でグリコシル化誘導体（GPIF）に変換され、GPIFの毒性が大幅に減弱されることを発見した。 この変換は、CTL の主成分である 6,8-ジプレニロボル (DPL) とカイコ腸内微生物の in vitro 共培養試験によって確認されました。 給餌中にカイコ腸内プロバイオティクスとして枯草菌を添加すると、16S rDNAアンプリコン配列決定で測定したように腸内微生物叢を改造することができ、CTL給餌カイコの成長と発育は大幅に改善されました。 私たちの研究により、飼料の違いによるカイコの成長の違いの根本的なメカニズムが明らかになりました。 また、摂食中にプロバイオティクスを添加して腸内細菌叢を改造することにより、カイコの発育を改善する有用な方法も提供します。