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Metabolismo energético de los insectos

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Utilización del sistema de monitorización del metabolismo animal Tow-Int Tech para estudiar el metabolismo de los gusanos de seda, apoyando la optimización de la sericultura y el desarrollo de fármacos

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Fondo

Los gusanos de seda son la única fuente de seda natural. Durante miles de años, la seda ha tenido una gran importancia cultural, económica y práctica en China. En los tiempos modernos, la seda ha encontrado amplias aplicaciones en la medicina, la belleza y la industria.

Medir el metabolismo energético de los gusanos de seda es crucial para optimizar la gestión de su cría y avanzar en el nivel científico de la sericultura. Ayuda a evaluar el estado fisiológico de los gusanos de seda, analizar las necesidades nutricionales, controlar las condiciones sanitarias, apoyar la mejora genética, estudiar la adaptabilidad medioambiental, aumentar los beneficios ecológicos y el valor económico, y facilitar la prevención temprana de enfermedades, mejorando así de forma integral el rendimiento y la calidad de la seda.

El sistema de monitorización del metabolismo animal, que utiliza calorimetría indirecta, puede monitorizar en tiempo real el consumo de oxígeno, la producción de dióxido de carbono y la relación de intercambio respiratorio (RER) de los animales, y se aplica ampliamente en modelos y estudios de enfermedades relacionadas con el metabolismo energético. Los indicadores medidos son los siguientes:

Consumo de oxígeno (Consumo de O2, ml/kg/hr): El volumen de O2 consumido por el animal por unidad de peso por unidad de tiempo.

Producción de Dióxido de Carbono (Producción de CO2, ml/kg/hr): El volumen de CO2 producido por el animal por unidad de peso por unidad de tiempo.

Relación de intercambio respiratorio (RER): RER = Producción de CO2 / Consumo de O2.

Materiales experimentales

Gusanos de seda, de 1-7 días de edad, procedentes del distrito de Wenjiang;

Hojas de morera, hojas en estado medio, procedentes del distrito de Wenjiang;

Sistema de monitorización del metabolismo energético animal (EM-4MR, Tow-Int Tech).

Método de medición

Durante el experimento, los gusanos de seda se colocan en frascos de ensayo de 25 mL, con la temperatura y la humedad ajustadas a 26 ± 1°C y 85 ± 5%, respectivamente. Se aplica un período de alimentación adaptable de 1-3 días. (Parámetros relacionados: caudal de ventilación 0,1 l/min, caudal de muestreo 0,1 l/min, muestreo ambiental durante 30 min, muestreo dentro de la jaula durante 300 min)

Pruebas principales

Tras 2-3 días de alimentación adaptativa, los gusanos de seda se colocan en un único lugar para realizar mediciones simultáneas, proporcionándoles abundantes hojas de morera para alimentarlos 2-3 veces al día, con muestreos durante 24 horas.

Después de proporcionar abundantes hojas de morera, los gusanos de seda se miden en una única ubicación sin más suministro de hojas, con mediciones continuas durante 24 horas.

Comprobación selectiva de los gusanos de seda de los pesos máximo y mínimo bajo una provisión adecuada de hojas de morera, con muestreo a lo largo de 24 horas.

El objetivo principal es analizar la RER a partir de los datos obtenidos en las pruebas 1 y 2, y analizar el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono relacionados a partir de los datos de la prueba 3. El ciclo de crecimiento global de los gusanos de seda en este estudio oscila entre 5 y 14 días.

Resultados

Figura 1: Tendencia de la RER en 24 horas en condiciones normales de alimentación y de inanición.

Figura 2: Ritmo circadiano de la RER en condiciones normales de alimentación e inanición.

Figura 3: Análisis del consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono de gusanos de seda de diferentes pesos.

Conclusión

Basándose en los resultados y en el diagrama estructural del RER de los ratones experimentales, se deduce que el RER de los gusanos de seda alimentados normalmente oscila entre 0,7 y 0,8, lo que indica que la mayoría de los sustratos oxidativos son lípidos. En estado de inanición, el RER de los gusanos de seda puede oscilar entre 0,75 y 0,85, lo que sugiere un aumento gradual de los sustratos oxidativos hacia las proteínas y los carbohidratos, lo que concuerda con los patrones establecidos.

El consumo de oxígeno de los gusanos de seda varía con el peso, incluyendo factores como la temperatura y la humedad, los días de crecimiento de las hojas de morera y la variedad, que pueden influir en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono de los gusanos de seda. Este estudio demuestra que el sistema de metabolismo energético puede probar y cuantificar eficazmente el RER, el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono relacionados con el metabolismo respiratorio de los gusanos de seda.

Sistema de monitorización del metabolismo animal Tow-Int Tech

El sistema de monitorización del metabolismo animal consta principalmente de una cámara ambiental, jaulas experimentales para animales, controladores de recogida de datos, componentes de filtrado y fuente de gas, un ordenador central y software. Emplea una cámara ambiental de suelo que puede integrar hasta 64 canales, lo que permite la monitorización continua del metabolismo respiratorio, la ingesta de agua y alimentos, la actividad espontánea y el ejercicio para el mismo lote de animales pequeños, al tiempo que registra y analiza los datos relevantes. Sus aplicaciones son amplias e incluyen la investigación de enfermedades cardiovasculares, resistencia a la insulina, síndrome metabólico, diabetes y la relación entre el envejecimiento; enfermedades metabólicas, lesiones neuronales, factores epigenéticos, uso de antibióticos y efectos de las toxinas en la función cerebral; evaluación de las necesidades metabólicas y los efectos térmicos relativos de diferentes alimentos, bebidas, actividades y fármacos; investigación de fenotipos metabólicos; estudios de comportamiento; investigación nutricional; investigación sericícola; y estudios del microbioma.

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Referencias

[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. Desarrollo de un sistema de evaluación basado en gusanos de seda para los extractos y compuestos por su actividad de mejora de la obesidad y el metabolismo lipídico. 2024.

[3] Blossman-Myer B, Burggren W W. The silk cocoon of the silkworm, Bombyx mori: Macro structure and its influence on transmural diffusion of oxygen and water vapor. 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. Actas de la Academia Japonesa, Serie B, 1995, 71(10): 310-313.