Подобно млекопитающим, пищеварительный тракт насекомых является полостью для переваривания и всасывания пищи. Большинство насекомых содержат разнообразные комменсальные бактерии, которые процветают в их кишечнике и живут на питании, поставляемом хозяевами1. Комменсальное сообщество кишечника оказывает глубокое влияние на многочисленные физиологические процессы у насекомых, включая переваривание пищи и детоксикацию 2,3,4, питание и развитие 5,6,7, защиту от патогенов и паразитов 8,9,10,11, химическую связь 12,13 и поведение14 ,15. Интересно, что некоторая микробиота кишечника может быть факультативно патогенной или манипулироваться путем вторжения патогенов для усугубления инфекции, что указывает на то, что кишечные бактерии могут быть вредными в некоторых случаях 16,17,18. Кишечные бактерии также могут служить микробным ресурсом для биотехнических применений и борьбы с вредителями. Например, переваривающие лигноцеллюлозу бактерии из фитофаговых и ксилофаговых насекомых использовались для переваривания растительных клеток для разработки биотоплива19. Рассеивание инженерных кишечных симбионтов, экспрессирующих биологически активные молекулы, является новой и многообещающей тактикой для борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства и комарами, передающими инфекционные заболевания 19,20,21, которые также могут быть использованы для улучшения приспособленности полезных насекомых 22. Таким образом, иллюстрация того, как кишечная бактерия ведет себя in vivo, считается приоритетом для полного использования ее функции и дальнейшего использования ее для различных применений.
Животные могут содержать от 1 до >1000 симбиотических микробных видов в кишечнике1. В результате трудно точно проверить, как отдельные бактериальные таксоны или их сборка работают внутри животного, и управляет ли хозяин или его микробные партнеры определенной функцией. Поэтому для исследования бактериальной функции и взаимодействия с насекомыми23 необходима подготовка аксеневых личинок к получению гнотобиотических насекомых путем моно- или многовидовой колонизации. В настоящее время введение антибиотических коктейлей и стерилизация поверхности яиц насекомых являются распространенными методами удаления кишечных бактерий 14,24,25,26. Однако антибиотические диеты не могут полностью устранить кишечные бактерии и оказывают негативное влияние на физиологию насекомых-хозяев27,28. Следовательно, использование обработанных антибиотиками насекомых может скрыть истинные способности некоторых кишечных бактерий. К счастью, поверхностная стерилизация яиц может свести на нет эту проблему23,29, которая не оказывает никакого или незначительного воздействия на экспериментальных насекомых. Кроме того, искусственные диеты не могут полностью напоминать натуральную пищу от насекомых, а разработка искусственной диеты является дорогостоящим и трудоемким процессом30,31.
Жук-листоед ивы, Plagiodera versicolora (Laicharting) (Coleoptera: Chrysomelidae), является широко распространенным листоядным вредителем, который в основном питается слюнными деревьями, такими как ива (Salix) и тополь (Populus L.) 32,33. Здесь жук-листоед ивы использовался в качестве представителя листоядного насекомого для разработки протокола подготовки и выращивания насекомого без микробов. Мы использовали культуру растительной ткани для получения листьев тополя без микробов для выращивания личинок P. versicolora axenic из стерилизованных яиц. Аксеновый статус личинок P. versicolora был проверен с помощью культурозависимых и зависящих от культуры анализов. Этот протокол может поддерживать акшенических насекомых, которые лучше имитируют дикие условия, чем выращивание насекомых с искусственной диетой. Что еще более важно, этот метод удобен при очень низкой стоимости, что повышает целесообразность получения аксеневых насекомых для будущих исследований взаимодействия микробиоты насекомых и кишечника, особенно для немодальных насекомых без хорошо разработанных искусственных диет.