Análisis de las comunidades microbianas y del metabolismo de larvas de polillas de la cera bajo dietas basadas en plásticos

Abstract

El planeta se encuentra en la «Era del Plástico». En este contexto, surgió el estudio de insectos «plastívoros» como posibles estrategias de mitigación de la contaminación plástica. Estos insectos son capaces de consumir y biodegradar plásticos con ayuda de su microbiota intestinal. Entre ellos, las larvas de las polillas de la cera, Achroia grisella y Galleria mellonella, se destacan por consumir diversos plásticos, como el polietileno (PE), el poliestireno (PS) y el polipropileno (PP). Las larvas de G. mellonella se han estudiado extensivamente, pero aún se desconoce la microbiota de A. grisella, sus similitudes y diferencias con la microbiota de G. mellonella, y su respuesta al consumo de plásticos. Por otro lado, no se ha explorado la microbiota asociada a los cuerpos grasos de G. mellonella, otro tejido potencialmente implicado en la biodegradación de plásticos. Asimismo, aún no se han descripto en profundidad las respuestas metabólicas de G. mellonella al consumo de plásticos, la influencia del origen de las larvas (criadas en laboratorio vs. silvestres) en esta respuesta, ni el rol de la microbiota intestinal en el metabolismo. El objetivo de este trabajo fue investigar la microbiota (Capítulo II) y el metabolismo (Capítulo III) de larvas de polillas de la cera luego de consumir dietas basadas en diferentes plásticos (PE, PS y PP). Mediante secuenciación de nueva generación del ARNr 16S y metabolómica no dirigida, se analizaron las comunidades bacterianas de ambas especies de polillas de la cera y el metabolismo de G. mellonella en respuesta a dietas basadas en plásticos. Se descubrió que la microbiota intestinal fue diferente en cada especie de polilla, así como también la respuesta al consumo deplásticos. En este sentido, se encontraron biomarcadores bacterianos asociados al plástico en cada especie: Enterococcus en A. grisella y Morganella en G. mellonella. En cambio, la microbiota asociada a los cuerpos grasos de G. mellonella fue muy similar a la microbiota intestinal. Por otro lado, se encontró que tanto el origen de las larvas de G. mellonella (criadas en laboratorio vs. silvestres) como la dieta basada en plástico influyeron en la respuesta metabólica. El consumo de plástico alteró el metabolismo de aminoácidos y provocó un aumento en la biosíntesis de lípidos, entre otros. Independientemente del origen de las larvas, se identificaron metabolitos asociados al PE y PS, como el ácido propanoico y el ácido estéarico, que podrían indicar procesos de biodegradación. Finalmente, se examinó el rol de la microbiota en el metabolismo intestinal de G. mellonella y se encontró que estaría implicada en el metabolismo de aminoácidos y amidas, mas no en el metabolismo de lípidos. Esto apoya la hipótesis de una sinergia entre la actividad enzimática del hospedador y la de su microbiota en el procesamiento del plástico. Los hallazgos de este trabajo representan un aporte sustancial al estudio de insectos plastívoros. Se propone complementar, a futuro, con la identificación y expresión de genes involucrados en la biodegradación de plásticos para profundizar en el potencial uso de estos insectos para mitigar la contaminación plástica.

The planet is currently in the “Plastic Era.” In this context, the study of “plastivore” insects has emerged as a potential strategy for mitigating plastic pollution. These insects can consume and biodegrade plastics with the assistance of their gut microbiota. Among them, larvae of the wax moths Achroia grisella and Galleria mellonella stand out for their ability to consume various plastics, including polyethylene (PE), polystyrene (PS), and polypropylene (PP). While G. mellonella larvae have been extensively studied, the microbiota of A. grisella, its similarities and differences with that of G. mellonella, and its response to plastic consumption remain largely unknown. Moreover, the microbiota associated with the fat bodies of G. mellonella—another tissue potentially involved in plastic biodegradation—has not yet been explored. Likewise, the metabolic responses of G. mellonella to plastic consumption, the influence of larval origin (laboratory-reared vs. wild) on this response, and the role of the gut microbiota in metabolism have not been thoroughly described. The objective of this study was to investigate the microbiota (Chapter II) and metabolism (Chapter III) of wax moth larvae after consuming diets based on different plastics (PE, PS, and PP). Using next-generation 16S rRNA sequencing and untargeted metabolomics, the bacterial communities of both wax moth species and the metabolism of G. mellonella in response to plastic-based diets were analyzed. The results revealed that gut microbiota composition differed between species, as did their responses to plastic consumption. Plastic-associated bacterial biomarkers were identified in each species: Enterococcus in A. grisella and Morganella in G. mellonella. In contrast, the microbiota associated with the fat bodies of G. mellonella was highly similar to the gut microbiota. Additionally, both larval origin (laboratory-reared vs. wild) and plastic-baseddiet significantly influenced the metabolic response of G. mellonella. Plastic consumption altered amino acid metabolism and led to a significant increase in lipid biosynthesis, among other changes. Regardless of larval origin, metabolites associated with PE and PS, such as propanoic acid and stearic acid, were identified and may indicate biodegradation processes. Finally, the role of the microbiota in the intestinal metabolism of G. mellonella was examined, revealing its involvement in amino acid and amide metabolism, but not in lipid metabolism. These findings support the hypothesis of a synergistic interaction between host enzymatic activity and gut microbiota in plastic processing. Overall, this study represents a substantial contribution to the understanding of plastivore insects. Future work is proposed to identify and characterize the expression of genes involved in plastic biodegradation to further explore the potential use of these insects as a strategy for mitigating plastic pollution.