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Metabolismo energetico degli insetti

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Utilizzo del sistema di monitoraggio del metabolismo animale Tow-Int Tech per studiare il metabolismo dei bachi da seta, a supporto dell'ottimizzazione della sericoltura e dello sviluppo di farmaci

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Sfondo

I bachi da seta sono l'unica fonte di seta naturale. Per migliaia di anni, la seta ha rivestito una notevole importanza culturale, economica e pratica in Cina. Nei tempi moderni, la seta ha trovato ampie applicazioni in medicina, bellezza e industria.

La misurazione del metabolismo energetico dei bachi da seta è fondamentale per ottimizzare la gestione dell'allevamento e far progredire il livello scientifico della sericoltura. Aiuta a valutare lo stato fisiologico dei bachi da seta, ad analizzare le esigenze nutrizionali, a monitorare le condizioni di salute, a sostenere il miglioramento genetico, a studiare l'adattabilità all'ambiente, ad aumentare i benefici ecologici e il valore economico e a facilitare la prevenzione precoce delle malattie, migliorando così in modo completo la resa e la qualità della seta.

Il sistema di monitoraggio del metabolismo animale, utilizzando la calorimetria indiretta, è in grado di monitorare in tempo reale il consumo di ossigeno degli animali, la produzione di anidride carbonica e il rapporto di scambio respiratorio (RER), ampiamente applicato nei modelli e negli studi sulle malattie legate al metabolismo energetico. Gli indicatori misurati sono i seguenti:

Consumo di ossigeno (consumo di O2, ml/kg/ora): Il volume di O2 consumato dall'animale per unità di peso e per unità di tempo.

Produzione di anidride carbonica (produzione di CO2, ml/kg/ora): Il volume di CO2 prodotto dall'animale per unità di peso e per unità di tempo.

Rapporto di scambio respiratorio (RER): RER = Produzione di CO2 / Consumo di O2.

Materiali sperimentali

Bachi da seta, di età compresa tra 1 e 7 giorni, provenienti dal distretto di Wenjiang;

Foglie di gelso, foglie di media grandezza, provenienti dal distretto di Wenjiang;

Sistema di monitoraggio del metabolismo energetico animale (EM-4MR, Tow-Int Tech).

Metodo di misurazione

Durante l'esperimento, i bachi da seta vengono posti in bottiglie di prova da 25 ml, con temperatura e umidità impostate rispettivamente a 26 ± 1°C e 85 ± 5%. Viene applicato un periodo di alimentazione adattativa di 1-3 giorni. (Parametri relativi: portata di ventilazione 0,1 l/min, portata di campionamento 0,1 l/min, campionamento ambientale per 30 minuti, campionamento in gabbia per 300 minuti)

Test principali

Dopo 2-3 giorni di alimentazione adattativa, i bachi da seta vengono collocati in un unico punto per la misurazione simultanea, fornendo abbondanti foglie di gelso per l'alimentazione 2-3 volte al giorno, con campionamenti nell'arco delle 24 ore.

Dopo aver fornito abbondanti foglie di gelso, i bachi vengono misurati in un'unica postazione senza fornire ulteriori foglie, con misurazioni continue per 24 ore.

Test selettivo dei bachi da seta del peso massimo e minimo in presenza di un'adeguata fornitura di foglie di gelso, con campionamento nell'arco di 24 ore.

L'obiettivo principale è analizzare il RER dai dati ottenuti nelle prove 1 e 2, e analizzare il consumo di ossigeno e la produzione di anidride carbonica correlati dai dati della prova 3. Il ciclo di crescita complessivo dei bachi da seta in questo studio varia da 5 a 14 giorni.

Risultati

Figura 1: andamento del RER su 24 ore in condizioni di alimentazione normale e di fame.

Figura 2: Ritmo circadiano del RER in condizioni di alimentazione normale e di fame.

Figura 3: Analisi del consumo di ossigeno e della produzione di anidride carbonica di bachi da seta di diverso peso.

Conclusioni

Sulla base dei risultati e del diagramma strutturale RER dei topi sperimentali, si deduce che il RER dei bachi da seta alimentati normalmente è compreso tra 0,7 e 0,8, a indicare che la maggior parte dei substrati ossidativi sono i lipidi. In uno stato di fame, il RER dei bachi da seta può variare da 0,75 a 0,85, suggerendo un graduale aumento dei substrati ossidativi verso le proteine e i carboidrati, il che è coerente con i modelli stabiliti.

Il consumo di ossigeno dei bachi da seta varia in base al peso, compresi fattori come la temperatura e l'umidità, i giorni di crescita delle foglie di gelso e la varietà, che possono influenzare il consumo di ossigeno e la produzione di anidride carbonica dei bachi da seta. Questo studio dimostra che il sistema di metabolismo energetico può efficacemente testare e quantificare il RER, il consumo di ossigeno e la produzione di anidride carbonica relativi al metabolismo respiratorio dei bachi da seta.

Sistema di monitoraggio del metabolismo animale Tow-Int Tech

Il sistema di monitoraggio del metabolismo animale è costituito principalmente da una camera ambientale, da gabbie sperimentali per animali, da controllori per la raccolta dei dati, da una fonte di gas e da componenti di filtraggio, da un computer host e da un software. Utilizza una camera ambientale a pavimento che può integrare fino a 64 canali, consentendo il monitoraggio continuo del metabolismo respiratorio, dell'assunzione di cibo e acqua, dell'attività spontanea e dell'esercizio fisico per lo stesso lotto di piccoli animali, registrando e analizzando i dati pertinenti. Le sue applicazioni sono ampie e comprendono la ricerca sulle malattie cardiovascolari, l'insulino-resistenza, la sindrome metabolica, il diabete e il rapporto con l'invecchiamento; le malattie metaboliche, le lesioni neurali, i fattori epigenetici, l'uso di antibiotici e gli effetti delle tossine sulla funzione cerebrale; la valutazione delle esigenze metaboliche e gli effetti termici relativi di diversi alimenti, bevande, attività e farmaci; la ricerca sulla fenotipizzazione metabolica; gli studi comportamentali; la ricerca nutrizionale; la ricerca sulla sericoltura e gli studi sul microbioma.

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Riferimenti

[1] Jiang T, Ma L, Liu X Y, et al. Effects of starvation on respiratory metabolism and energy metabolism in the cotton bollworm Helicoverpa armigera (Hübner)(Lepidoptera: Noctuidae). Journal of Insect Physiology, 2019, 119: 103951.

[2] Wada M, Murata Y, Devkota H P. Sviluppo di un sistema di valutazione degli estratti e dei composti basati sui bachi da seta per la loro attività di miglioramento dell'obesità e del metabolismo lipidico. 2024.

[3] Blossman-Myer B, Burggren W W. Il bozzolo di seta del baco da seta, Bombyx mori: macrostruttura e sua influenza sulla diffusione transmurale di ossigeno e vapore acqueo. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 2010, 155(2): 259-263.

[4] Hamano K, Panayotov M, Shen W. Relationship between Respiration and Nutrition of the Silkworm, Bombyx mori. Atti dell'Accademia del Giappone, Serie B, 1995, 71(10): 310-313.