Понимание пищеварения термитов поможет в производстве биотоплива и борьбе с насекомыми

Ключами к перевариванию древесины термитами являются собственная биология насекомого и помощь микроорганизмов-простейших (протистов), согласно учёному из Университета Пердью.

Майкл Шарф, профессор кафедры городской энтомологии, изучает пищеварение термитов для улучшения производства биотоплива и поиска более эффективных методов борьбы с ними. По оценкам USDA, ежегодные затраты на борьбу с термитами и ремонт повреждённых домов в США составляют $2 млрд.

Предыдущие исследования, фокусировавшиеся на симбиотических отношениях термитов и бактерий в их кишечнике, показали, что бактерии, по-видимому, практически не участвуют в пищеварении термитов.

Шарф и его коллеги из Университета Флориды решили проверить, как диета влияет на эти бактерии. Если бактерии играют роль в пищеварении, тип потребляемого материала должен влиять на состав бактериального сообщества в кишечнике.

В кишечниках термитов было каталогизировано более 4500 различных видов бактерий. Однако, когда несколько колоний термитов независимо кормили древесиной или бумагой, состав этих бактерий не изменился.

«Можно было бы ожидать, что диета вызовет серьёзные экологические сдвиги в бактериальных сообществах, но этого не произошло. Мы не обнаружили статистически значимых различий», — заявил Шарф.

Вместо этого учёные наблюдали гораздо более значительные изменения в экспрессии генов у самих термитов и у протистов, живущих в их кишечнике вместе с бактериями.

«Бактериальные сообщества кажутся очень стабильными, а экспрессия генов хозяина и простейших сильно меняется в зависимости от диеты», — отметил Шарф.

Учёные проанализировали 10 000 последовательностей генов термитов и протистов, чтобы определить, какие гены экспрессируются при разном питании. У термитов и протистов, питавшихся древесиной и богатой лигнином диетой, изменилась экспрессия около 500 генов. Это позволило Шарфу предположить, что эти гены могут быть важны для расщепления лигнина — жёсткого материала в клеточных стенках растений, который трудно разлагать при производстве биотоплива.

«Теперь мы видим гораздо больше игрового поля», — сказал Шарф.

Понимание того, какие гены участвуют в пищеварении, должно помочь исследователям найти ферменты, которые фактически расщепляют древесные материалы в кишечнике термитов. Эти ферменты могут стать инструментом для более эффективного разрушения биомассы и извлечения сахаров при производстве биотоплива.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом (NSF), Консорциумом по биотехнологии растений и Министерством энергетики США.

Результаты подробно изложены в трёх статьях, опубликованных в журналах Molecular Ecology, Insect Molecular Biology и Insect Biochemistry and Molecular Biology.