Exploratie en exploitatie van de darmmicrobiota van de zwarte soldatenvlieglarven (Hermetia illucens)

Het voorbije decennium is er in Europa een hernieuwde aandacht om insecten te gebruiken in voeding en diervoeders omwille van hun potentieel als duurzame eiwitbron. Eén van de insectensoorten die onderzocht wordt, is de zwarte soldatenvlieg (Hermetia illucens, BSF). De vraatzuchtige BSF-larven kunnen laagwaardige organische reststromen omzetten naar hoogwaardige larvenbiomassa, wat uitermate geschikt is als ingrediënt in de veevoeder. Een toenemend aantal studies onderstrepen het belang van de microbiota van die insecten in dat conversieproces, maar kennis over de microbiota van H. illucens is tot nu toe beperkt. In deze doctoraatsthesis wordt dan ook getracht meer inzicht te verwerven in de microbiota van BSF-larven.

Eerst beschreven we de dynamieken in de samenstelling van de microbiële gemeenschap van de BSF-larven tijdens zes opeenvolgende kweekcycli in drie industriële bedrijven. Dat gebeurde door zowel stalen van de larven als van de substraten te analyseren door het sequenering van het 16S rRNA gen via het Illumina platform. Uit de resultaten bleek dat er binnen één kweekcycli een shift in de samenstelling van de gemeenschappen te merken tussen de twee tijdspunten binnen één kweekcycli voor elk bedrijf. Binnen één bedrijf was de bacteriële samenstelling van de microbiota vrij stabiel, wat dus resulteerde in weinig variabiliteit tussen de kweekcycli. Bovendien waren de bacteriële gemeenschappen van alle bedrijven op het tweede tijdspunt meer gelijkend dan die op het eerste tijdspunt. Dat impliceert dat er tijdens de kweek een selectieproces plaatsvindt dat bepaalde bacteriële soorten of genera begunstigt. Verder werden er bacteriële genera, zoals Enterococcus en Providencia, waargenomen voor elk bedrijf.

In het tweede deel van het onderzoek werd er getracht een representatieve cultuurcollectie aan te leggen van abundante micro-organismen afkomstig van BSF-larven om de functies van die isolaten te kunnen onderzoeken. Daarvoor werden enkel de hoge verdunningen uitgeplaat op een algemeen agarmedium. Er werd een cultuurcollectie van in totaal 177 micro-organismen (171 bacteriën en zes schimmels) bekomen die grotendeels de in de literatuur beschreven samenstelling van de belangrijkste genera binnen de microbiële gemeenschappen van de BSF-larven weerspiegelt. Aangezien BSF-larven minder goed presteren op substraten met een hoog vezelgehalte, werd er ook een cultuurcollectie aangelegd van micro-organismen die een potentieel vertonen om specifieke vezels te verteren. Er werden vijf types vezels (cellulose, hemicellulose, keratine, lignine en pectine) geselecteerd, en BSF-larven werden gekweekt op substraten met een hoog gehalte aan één van die vezels. Vervolgens werden larvenstalen uitgeplaat op een minimaal agarmedium die dat type vezel bevatte. Dit resulteerde in een totaal van 469 isolaten, waarvan 67, 108, 77, 101, en 116 voor de cellulose-, hemicellulose-, keratine-, lignine-, en pectinebehandelingen. De meerderheid van de isolaten (> 75%) behoorden tot het genus Klebsiella. Verder werden de isolaten van zowel de cellulose- als de hemicellulose-behandeling onderwerpen aan een evaluatie van hun respectievelijke cellulase- en hemicellulase-activiteit. Op basis van die resultaten werden er vier isolaten die de grootste enzymactiviteit vertoonden (allemaal behorend tot het genus Klebsiella) geselecteerd voor in vivo proeven om na te gaan of ze de larven kunnen helpen met het verteren van deze vezels. In deze proeven werden de vier isolaten en een Pediococcuspentosaceus stam (afkomstig van het darmkanaal van meelwormen) toegevoegd om de prestatie van de larven te verbeteren. Er werden verschillende parameters in de proefopzet gevarieerd om de kans op een probiotisch effect te maximaliseren. Zo werden bijvoorbeeld verschillende isolaten tegelijk toegevoegd, werd de frequentie van inoculatie opgedreven en werd ook het inoculumniveau verhoogd. Ondanks die aanpassingen, werd er geen verbetering waargenomen wat betreft de groei en overleving van de larven, de voederconversie, efficiëntie van de bioconversie, en het maximale larvale gewicht.

Ten slotte werd er nog onderzocht of de voedselpathogeen Staphylococcus aureus wordt opgenomen door de BSF-larven wanneer het aanwezig is in het substraat (horizontale transmissie). Daarvoor werd S. aureus geïnoculeerd (in twee verschillende contaminatieniveaus, namelijk 3 en 7 log kve/g) in startmeel voor kuikens, waarop dan BSF-larven werden gekweekt voor 6 dagen. Uit de resultaten bleek dat de tellingen van S. aureus (op een selectieve voedingsbodem) in het substraat sneller gereduceerd werden in aanwezigheid van de larven vergeleken met wanneer er geen larven aanwezig waren. Verder werd er na 6 dagen geen S. aureus meer gedetecteerd in de larven voor beide contaminatieniveaus. Om te onderzoeken of de microbiota een rol speelt in dat reducerend effect, werd de cultuurcollectie van de meest abundante micro-organismen getest op antimicrobiële activiteit tegen S. aureus. Daaruit bleek dat de meerderheid van de isolaten (58%) een zekere activiteit vertoonden tegen S. aureus, maar dat de isolaten van het genus Trichosporon de hoogste activiteit vertoonden. Een mogelijke hypothese is dan ook dat deze een rol kunnen spelen in de waargenomen reductie, wat in de toekomst verder onderzocht zou moeten worden.