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Métabolisme énergétique des insectes

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Utilisation du système de surveillance du métabolisme animal de Tow-Int Tech pour étudier le métabolisme des vers à soie, afin d'optimiser la sériciculture et le développement de médicaments

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Contexte

Les vers à soie sont la seule source de soie naturelle. Depuis des milliers d'années, la soie revêt une grande importance culturelle, économique et pratique en Chine. À l'époque moderne, la soie a trouvé de nombreuses applications dans les domaines de la médecine, de la beauté et de l'industrie.

La mesure du métabolisme énergétique des vers à soie est essentielle pour optimiser la gestion de leur élevage et faire progresser le niveau scientifique de la sériciculture. Elle permet d'évaluer l'état physiologique des vers à soie, d'analyser les besoins nutritionnels, de surveiller les conditions sanitaires, de soutenir l'amélioration génétique, d'étudier l'adaptabilité environnementale, d'améliorer les avantages écologiques et la valeur économique, et de faciliter la prévention précoce des maladies, améliorant ainsi globalement le rendement et la qualité de la soie.

Le système de surveillance du métabolisme animal, qui utilise la calorimétrie indirecte, peut surveiller en temps réel la consommation d'oxygène, la production de dioxyde de carbone et le rapport d'échange respiratoire (RER) des animaux, largement appliqués dans les modèles et les études de maladies liées au métabolisme énergétique. Les indicateurs mesurés sont les suivants

Consommation d'oxygène (consommation d'O2, ml/kg/h) : Volume d'O2 consommé par l'animal par unité de poids et par unité de temps.

Production de dioxyde de carbone (production de CO2, ml/kg/h) : Volume de CO2 produit par l'animal par unité de poids et par unité de temps.

Rapport d'échange respiratoire (RER) : RER = Production de CO2 / Consommation d'O2.

Matériel expérimental

Vers à soie, âgés de 1 à 7 jours, provenant du district de Wenjiang ;

Feuilles de mûrier, feuilles de stade moyen, provenant du district de Wenjiang ;

Système de surveillance du métabolisme énergétique des animaux (EM-4MR, Tow-Int Tech).

Méthode de mesure

Pendant l'expérience, les vers à soie sont placés dans des flacons d'essai de 25 ml, la température et l'humidité étant respectivement fixées à 26 ± 1°C et 85 ± 5 %. Une période d'alimentation adaptative de 1 à 3 jours est mise en œuvre. (Paramètres associés : débit de ventilation 0,1 l/min, débit d'échantillonnage 0,1 l/min, échantillonnage environnemental pendant 30 min, échantillonnage en cage pendant 300 min)

Tests principaux

Après 2 à 3 jours d'alimentation adaptative, les vers à soie sont placés en un seul endroit pour des mesures simultanées, en leur fournissant des feuilles de mûrier en abondance pour les nourrir 2 à 3 fois par jour, avec un échantillonnage sur 24 heures.

Après avoir reçu des feuilles de mûrier en abondance, les vers à soie sont mesurés en un seul endroit sans autre apport de feuilles, avec des mesures continues pendant 24 heures.

Test sélectif des vers à soie de poids maximum et minimum avec un apport adéquat de feuilles de mûrier, avec un échantillonnage sur 24 heures.

L'objectif principal est d'analyser le RER à partir des données obtenues dans les tests 1 et 2, et d'analyser la consommation d'oxygène et la production de dioxyde de carbone à partir des données du test 3. Le cycle de croissance global des vers à soie de cette étude varie de 5 à 14 jours.

Résultats

Figure 1 : Evolution du RER sur 24 heures dans des conditions normales d'alimentation et d'inanition.

Figure 2 : Rythme circadien du RER dans des conditions normales d'alimentation et de famine.

Figure 3 : Analyse de la consommation d'oxygène et de la production de dioxyde de carbone de vers à soie de différents poids.

Conclusion

Sur la base des résultats et du diagramme structurel du RER des souris expérimentales, on peut déduire que le RER des vers à soie normalement nourris se situe entre 0,7 et 0,8, ce qui indique que la plupart des substrats oxydatifs sont des lipides. En état de famine, le RER des vers à soie peut varier de 0,75 à 0,85, ce qui suggère une augmentation progressive des substrats oxydatifs vers les protéines et les hydrates de carbone, ce qui est cohérent avec les modèles établis.

La consommation d'oxygène des vers à soie varie en fonction du poids, y compris des facteurs tels que la température et l'humidité, les jours de croissance des feuilles de mûrier et la variété, qui peuvent tous influencer la consommation d'oxygène et la production de dioxyde de carbone des vers à soie. Cette étude démontre que le système de métabolisme énergétique peut tester et quantifier efficacement le RER, la consommation d'oxygène et la production de dioxyde de carbone liés au métabolisme respiratoire des vers à soie.

Système de surveillance du métabolisme animal de Tow-Int Tech

Le système de surveillance du métabolisme animal se compose principalement d'une chambre environnementale, de cages expérimentales pour animaux, de contrôleurs de collecte de données, d'une source de gaz et de composants de filtrage, d'un ordinateur hôte et d'un logiciel. Il utilise une chambre environnementale au sol qui peut intégrer jusqu'à 64 canaux, permettant une surveillance continue du métabolisme respiratoire, de l'apport alimentaire et hydrique, de l'activité spontanée et de l'exercice pour le même lot de petits animaux, tout en enregistrant et en analysant les données pertinentes. Ses applications sont multiples : recherche sur les maladies cardiovasculaires, la résistance à l'insuline, le syndrome métabolique, le diabète et la relation entre le vieillissement, les maladies métaboliques, les lésions neurales, les facteurs épigénétiques, l'utilisation d'antibiotiques et les effets des toxines sur les fonctions cérébrales ; évaluation des besoins métaboliques et des effets thermiques relatifs de différents aliments, boissons, activités et médicaments ; recherche sur le phénotypage métabolique ; études comportementales ; recherche nutritionnelle ; recherche sur la sériciculture et études sur le microbiome.

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Références

[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. Développement d'un système d'évaluation basé sur les vers à soie pour les extraits et les composés pour leur obésité et leur activité d'amélioration du métabolisme lipidique. 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. Proceedings of the Japan Academy, Series B, 1995, 71(10) : 310-313.