昆蟲腸道菌群組學研究及功能和應用進展

胡紫媛 夏嬙

（遵義醫(yī)科大學珠海校區(qū)基礎教學部，珠海 519041）

昆蟲是地球上分布最廣、數(shù)量最多的動物群體［1］，昆蟲腸道作為連接宿主與外界環(huán)境的交界線，存在著大量的腸道菌群［2］，對宿主的營養(yǎng)代謝、生長發(fā)育、行為活動和生存能力等方面均具有重要意義［3-4］，昆蟲腸道菌群還可以幫助宿主消化、均衡營養(yǎng)、降解毒素、抵御病害、調(diào)節(jié)宿主免疫等［5］。由于昆蟲腸道菌群功能的多樣性，其在生物防治、人類疾病研究、保護環(huán)境及助力工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面均發(fā)揮重要作用。

1 昆蟲腸道菌群概述

棲息于昆蟲消化道內(nèi)的所有微生物統(tǒng)稱為昆蟲腸道菌群，是昆蟲體內(nèi)相互作用最集中的群體。腸道菌群主要包括細菌和古生菌，昆蟲腸道菌群主要以細菌為主［6］。腸道中普遍存在的細菌包 括α-變 形 菌（Alphaproteobacteria）、β-變 形 菌（Betaproteobacteria）、γ-變 形 菌（Gammaproteobacteria）、擬桿菌（Bacteroidetes）、乳酸桿菌（Lactobacillus）、芽 孢 桿 菌（Bacillus species）、梭 狀 芽 孢 桿菌（Clostridia）、螺旋菌（Spirochetes）、疣微菌門（Verrucomicrobia）和放線菌（Actinobacteria）等［1］。按腸道菌群對宿主的影響分為益生菌、中性菌和致病菌。益生菌是指對宿主具有保護和防御作用的腸道微生物，常見的益生菌包括乳酸桿菌類和雙歧桿菌類細菌；中性菌是指在正常情況下對宿主健康有利，一旦數(shù)量大幅度增加，便會引發(fā)宿主疾病的腸道微生物，包括大腸桿菌、腸球菌等；致病菌是指對宿主具有有害作用的腸道微生物，如芽孢桿菌、蠟質(zhì)桿菌等。昆蟲的腸道是腸道菌群的定殖環(huán)境，昆蟲從外界環(huán)境攝取食物的不同導致腸道菌群的多樣性不同。此外，昆蟲的齡期、食物種類、抗生素和殺蟲劑的使用也與昆蟲腸道菌群密切相關(guān)［7-9］。

2 昆蟲腸道菌群組學研究方法

組學（Omics）是一些種類個體的系統(tǒng)集合，從整體的角度出發(fā)去研究某一組分子并對其進行評估［10］。組學技術(shù)主要包括基因組學（Genomics）、蛋白質(zhì)組學（Proteinomics）、代謝組學（Metabolomics）、轉(zhuǎn)錄組學（Transcriptomics）、脂類組學（Lipidomics）、免 疫 組 學（Immunomics）、糖 組 學（Glycomics）、RNA組學（RNAomics）、影像組學（Radiomics）、超聲組學（Ultrasomics）及培養(yǎng)組學（Culturomics）等。其中，昆蟲腸道菌群研究常用的組學技術(shù)為宏基因組學、蛋白質(zhì)組學、代謝組學、培養(yǎng)組學，如表1所示。

表1 昆蟲腸道菌群各組學技術(shù)

2.1 宏基因組學

宏基因組學（Metagenomics）也稱元基因組學，是特定環(huán)境中全部菌群（包括真菌和細菌）的DNA總和。宏基因組學通過測定昆蟲腸道菌群的所有DNA，分析昆蟲腸道菌群的整體群落結(jié)構(gòu)、群落多樣性、功能活性及進化關(guān)系，是研究昆蟲腸道菌群多樣性和功能的重要工具［24］。利用宏基因組測序技術(shù)，Liu等［25］發(fā)現(xiàn)白蟻腸道菌群中含有大量降解纖維素功能的酶基因，這些基因的發(fā)現(xiàn)充分詮釋了白蟻的食性與其腸道菌群的高效代謝特性；Xia等［26］發(fā)現(xiàn)小菜蛾腸道菌群具有降解植物毒素的能力，腸道菌群在植物細胞壁破裂、酚類物質(zhì)解毒和氨基酸合成方面發(fā)揮重要作用。宏基因組學是昆蟲腸道菌群研究首選工具，通過宏基因組學測序技術(shù)可以獲得海量數(shù)據(jù)，對腸道菌群結(jié)構(gòu)及其功能進行全面分析。但是，由于其參考數(shù)據(jù)庫不全、無法獲得目標菌群，難以對目標菌群的功能進行深入研究。

2.2 蛋白質(zhì)組學

蛋白質(zhì)組學（Proteomics），是對生物體所有表達蛋白的功能進行研究，包括蛋白質(zhì)的表達水平，翻譯后的修飾，蛋白與蛋白相互作用等，是生命科學研究的一個熱點問題［27］。通過蛋白質(zhì)組學，我們可以檢測昆蟲腸道菌群的蛋白質(zhì)組成，將腸道菌群蛋白的差異表達與腸道菌群功能相結(jié)合，進一步推測腸道菌群功能差異的作用。Jing等［28］利用蛋白質(zhì)組學技術(shù)研究象鼻蟲（Cryptorhynchus lapathi）腸道菌群時發(fā)現(xiàn)，其腸道細菌的最主要功能是氨基酸的生物合成，其次分別是蛋白質(zhì)消化、能量代謝、維生素生物合成、脂質(zhì)消化、植物次生代謝物（PSM）降解和碳水化合物消化。Kwong等［29］利用靶向蛋白質(zhì)組學技術(shù)在蜜蜂腸腔和血淋巴中檢出抗菌肽apidaecin，發(fā)現(xiàn)含有正常腸道菌群的蜜蜂其apidaecin的濃度較缺乏正常腸道菌群的蜜蜂高，表明正常腸道菌群可以誘導宿主的免疫反應。蛋白質(zhì)組學揭示了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，從而確定細胞的相應功能，補充了基因組學、轉(zhuǎn)錄組學等其他組學技術(shù)的不足。然而，由于蛋白質(zhì)組學昂貴的設備軟件以及數(shù)據(jù)庫和人員的要求，使其成本大大增加，因而在一定程度上限制了蛋白質(zhì)組學的發(fā)展［30］。雖然蛋白質(zhì)組學在昆蟲腸道菌群中的研究還比較有限，但已在動植物研究領(lǐng)域取得了重大成就［31］，相信隨著組學分析技術(shù)的不斷發(fā)展，蛋白質(zhì)組學會成為研究昆蟲腸道菌群強有力的工具。

2.3 代謝組學

代謝組學（Metabolomics）是繼基因組學和蛋白質(zhì)組學后發(fā)展起來的一門新興學科。代謝組學是以細胞、組織或生物體為研究對象，針對各種代謝途徑中相對分子質(zhì)量小于1000的底物和產(chǎn)物進行定性和定量分析［32-33］，常用LC-MS技術(shù)、NMR技術(shù)對所有代謝物進行測定，并將測定結(jié)果與數(shù)據(jù)庫比對，研究生物體系內(nèi)源代謝物質(zhì)的數(shù)量、種類及其變化規(guī)律，為進一步了解相關(guān)代謝途徑及其代謝物含量變化提供關(guān)鍵信息［27］。代謝組學研究包括非靶向代謝組學和靶向代謝組學。非靶向代謝組學主要分析昆蟲腸道菌群代謝產(chǎn)物的種類，而靶向代謝組學主要分析昆蟲腸道菌群特定代謝產(chǎn)物的數(shù)量，通過兩個技術(shù)結(jié)合使用，可以推測出昆蟲腸道菌群的各種代謝活動及昆蟲腸道菌群間的相互作用［34-35］。Kesnerova等［35］結(jié)合靶向和非靶向代謝組學技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，蜜蜂腸道菌群不僅可以代謝黃酮類化合物和花粉外壁，還可以通過腸道菌群間的相互作用代謝產(chǎn)生有機酸和芳香族化合物；Zheng等［36］研究亦表明，蜜蜂的腸道菌群不僅能夠降解植物聚合體，還能代謝產(chǎn)生氨基酸和維生素，供宿主利用。說明腸道菌群能夠獨立在腸道內(nèi)代謝多種化合物，而且腸道菌群間又可互利共生。代謝組學最大的優(yōu)勢是對機體損傷小，獲得信息量大，檢測便捷，可直接反映生物體的代謝變化，收集基因、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)水平變化的所有信息。但代謝組學技術(shù)目前還存在數(shù)據(jù)庫差異大、代謝物名稱未標準化、易發(fā)生假陽性等現(xiàn)象，相比單獨使用代謝組學，更多的是將代謝組學與其他組學技術(shù)聯(lián)合使用，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，以發(fā)現(xiàn)更多未知但意義重大的代謝物［37-38］。

2.4 培養(yǎng)組學

培養(yǎng)組學（Culturomics）是在傳統(tǒng)細菌培養(yǎng)方法的基礎上提出的新概念，即可豐富培養(yǎng)基的多樣性，又在盡可能還原細菌原始生活環(huán)境下結(jié)合基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（MALDI-TOF MS）技術(shù)，鑒定新的細菌種類［21］。雖然宏基因組學技術(shù)極大促進了昆蟲腸道菌群數(shù)據(jù)庫的豐富度，鑒定出了許多新菌種，但仍有許多未知的菌種等待人們發(fā)現(xiàn)，而培養(yǎng)組學的應用有效的補充了宏基因測序技術(shù)無法鑒定的新物種［22］。Tandina等［23］利用培養(yǎng)組學和MALDI-TOF MS技術(shù)研究蚊中腸腸道菌群的多樣性，發(fā)現(xiàn)成蚊中腸菌群由蛋白菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteria）和厚壁菌門（Firmicutes）組成，以蛋白質(zhì)菌門為主，并首次鑒定出成蚊中腸一種新的細菌—春岡乳球菌（Lactococcus chungangensis）。培養(yǎng)組學在人類腸道菌群研究應用方面已成為當今焦點，但在昆蟲腸道菌群研究方面還十分有限。培養(yǎng)組學通過改進傳統(tǒng)細菌培養(yǎng)方法，為更多的未知目標菌尋找合適的生存條件，大大提高了細菌檢測效率。但培養(yǎng)組學還存在培養(yǎng)條件苛刻、耗時耗力、步驟繁瑣等缺點，隨著設計新培養(yǎng)基、優(yōu)化培養(yǎng)環(huán)境、簡化培養(yǎng)程序等方法的推進，培養(yǎng)組學必將成為腸道菌群研究的重要工具。

2.5 多組學聯(lián)合應用

多組學（Multi-omics）是指將兩種或兩種以上的高通量組學聯(lián)合應用，以明確某種生物學機理的一種新興的數(shù)據(jù)整合技術(shù)。多組學研究的出現(xiàn)為系統(tǒng)生物學的發(fā)展提供了有力的工具，結(jié)合不同類型的組學數(shù)據(jù)，可以反映腸道菌群生物學途徑的具體變化［39］；通過多組學數(shù)據(jù)的綜合分析，有助于更全面地解釋腸道菌群的作用機制。由于昆蟲腸道菌群十分龐大復雜，涉及到基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組和培養(yǎng)組等多個層面的分子網(wǎng)絡變化，與單一組學的研究相比，多組學應用提供了更多了解昆蟲腸道菌群背后信息流的機會，因此，越來越多的科研人員利用多組學聯(lián)合的技術(shù)進行昆蟲腸道菌群的研究［40］。Rothman等［41］聯(lián)合使用16S rRNA基因測序和非靶向LC-MS代謝組學技術(shù)分析了鎘和硒酸鹽對蜜蜂腸道菌群的影響，研究表明，鎘和硒酸鹽不僅改變了蜜蜂腸道菌群的組成，還改變了蜜蜂的代謝物分布，使參與解毒、蛋白水解和脂解的化合物更為豐富。多組學聯(lián)合應用最大的優(yōu)點是將多個組學所獲得的數(shù)據(jù)進行整合，可以全方位、深層次地了解生物體內(nèi)產(chǎn)生的微妙變化，為推測生物體的功能和作用機理提供更為可信的數(shù)據(jù)支撐。盡管多組學技術(shù)能將不同組學的數(shù)據(jù)進行有效的整合，但其整合的結(jié)果依然需要生物信息學分析結(jié)果的輔助［40］。隨著組學技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)處理軟件的逐漸完善，多組學在昆蟲腸道菌群研究中必將起到越來越重要的作用。

3 昆蟲腸道菌群的功能研究

3.1 參與宿主營養(yǎng)代謝

腸道菌群不僅能夠幫助昆蟲分解和吸收食物，還能為宿主提供維生素B族、氮源和氨基酸等物質(zhì)，促進宿主營養(yǎng)代謝；在蜜蜂腸道菌群研究中發(fā)現(xiàn)，腸道細菌重建了腸道內(nèi)的物理化學條件，降低了pH值和含氧濃度［36，42］。蜜蜂腸道菌群不僅可以合成宿主所需營養(yǎng)素和消化食物，還可以進行蜜蜂自身無法消化的復雜有機物的發(fā)酵［5，36］。如蜜蜂腸道中的青霉菌可以幫助蜜蜂消化吸食的花粉粒，乳酸桿菌Firm-4和Firm-5可以降解花粉中的類黃酮［5，35］。腸道菌群失調(diào)也會影響宿主的營養(yǎng)代謝，Cai等［43］利用輻射照射雄性桔小實蠅（Bactrocera dorsalis）發(fā)現(xiàn)，桔小實蠅腸道中性菌群如腸桿菌科（Enterobacteriaceae）細菌的相對豐度和負荷均顯著降低；有害菌群如芽孢桿菌科（Bacillaceae）、梭菌科（Clostridiaceae）、黃單孢菌科（Xanthomonadaceae）、鞘氨醇桿菌科（Sphingobacteriaceae）、氣單孢菌科（Aeromonadaceae）和黃桿菌科（Flavobacteriaceae）則顯著增加，致使腸道細菌的營養(yǎng)代謝旺盛，引起腸道生態(tài)紊亂，從而導致桔小實蠅的攝食量下降，營養(yǎng)代謝降低。另外，腸道菌群還會影響宿主的營養(yǎng)偏好，Wong等［44］研究發(fā)現(xiàn)，無菌果蠅喜歡在乳酸桿菌和醋酸桿菌的混合物上覓食，而具有腸道菌群的果蠅則更喜歡在自身腸道菌群含量高的食物上覓食。

3.2 對宿主的保護作用

昆蟲的腸道菌群分為過路菌群和常駐菌群，后者除了合成營養(yǎng)物質(zhì)外，還發(fā)揮著分解和中和毒素、抵御病原體、提高免疫力及抵抗不良環(huán)境影響的作用［5，42，45-46］。毒死蜱（Chlorpyrifos，CP）是一種常用的有機磷殺蟲劑，其靶向特異性差，通過抑制乙酰膽堿酯酶在多種物種中引起急性神經(jīng)毒性。研究表明，補充黑腹果蠅腸道內(nèi)的鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus，GG），可顯著提高無菌黑腹果蠅對CP的耐藥性；此外，存在于小菜蛾（Plutella xylostella）腸道的腸球菌屬、腸桿菌屬和沙雷氏菌屬菌群均能夠降解CP并激發(fā)宿主的免疫功能，從而增加小菜蛾的耐藥性［47-48］；蜜蜂腸道中的釀酒酵母能夠激活蜜蜂的免疫力，提高蜜蜂對大腸桿菌的清除率以及增加擬桿菌等有益菌的數(shù)量［49］；N?pflin等［50］研究大黃蜂免疫系統(tǒng)的活性時亦發(fā)現(xiàn)，具有抗性的大黃蜂腸道菌群可以刺激易感大黃蜂的免疫系統(tǒng)，使易感大黃蜂對熊蜂短膜蟲具有抗性。

3.3 影響宿主生長發(fā)育

腸道菌群可以通過直接接觸宿主和調(diào)節(jié)宿主激素信號來影響宿主的生長發(fā)育。如：大約50%格蘭維爾貝母蝴蝶（Glanville Fritillary Butterfly）幼蟲的生長速率是由腸道菌群以及腸道菌群與車前草（Plantago lancelata）、尖 葉 龍 葵（Veronica spicata）兩種寄主植物的協(xié)同作用決定的，而單一的寄主植物對其生長發(fā)育影響不顯著，其腸道菌群的組成顯著影響幼蟲的生長速度［51］；與分泌尿嘧啶的細菌結(jié)合可以促進無菌果蠅幼蟲的發(fā)育，此調(diào)控是尿嘧啶誘導氧化還原信號，進而調(diào)節(jié)p38α促絲裂原活化蛋白激酶調(diào)控糖和脂質(zhì)代謝［52］；另外，蜜蜂腸道菌群分解類黃酮產(chǎn)生的黃酮類代謝物可作為信號分子，有利于蜜蜂的菌群依賴性增重［35-36］，擁有核心腸道菌群的蜜蜂體重增長率比具有不穩(wěn)定腸道菌群的蜜蜂體重增長率高82%［53］。腸道菌群還可以通過調(diào)節(jié)其營養(yǎng)代謝來調(diào)控昆蟲的發(fā)育，Habineza等［54］研究發(fā)現(xiàn)，用滅菌的飼料飼養(yǎng)無菌的紅棕象甲幼蟲，會導致其生長發(fā)育明顯抑制，將腸道菌群重新引入無菌的紅棕象甲幼蟲體內(nèi)，其生長發(fā)育情況顯著提升。Solomon等［55］利用從野外捕獲的鈴木氏果蠅（Drosophila suzukii Matsumura）體內(nèi)分離得到的酵母菌和細菌在無菌環(huán)境下培養(yǎng)黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）發(fā)現(xiàn)，酵母菌可以顯著促進幼蟲的發(fā)育，而細菌除了芽孢桿菌（Starmerella bacillaris）會顯著降低黑腹果蠅幼蟲的發(fā)育速度外，其他細菌雖能促進幼蟲發(fā)育，但效果不顯著。

3.4 影響宿主壽命

腸道菌群失調(diào)可能影響宿主腸道衰老，進而影響宿主壽命［56］。Clark等［57］研究發(fā)現(xiàn)，果蠅腸道菌群失調(diào)與其腸道屏障功能障礙有密切關(guān)系，腸道屏障功能障礙后，腸道菌群的組成發(fā)生明顯的變化，導致免疫系統(tǒng)激活和組織死亡，進而影響果蠅的壽命。最近的研究還表明，宿主的壽命還與其腸道菌群的特定微生物組成相關(guān)。在衰老的工蜂腸道菌群中乳酸桿菌和雙歧桿菌含量降低，而γ-變形菌和β-變形菌的數(shù)量增加，而蜂后的腸道菌群與工蜂相反，因而蜂后的壽命往往比工蜂長［58］。另外，腸道菌群還會對卵黃原蛋白的表達、保幼激素的合成、胰島素信號的傳導及抗氧化能力等產(chǎn)生影響，而卵黃原蛋白和保幼激素相互抑制作用、胰島素信號傳導、氧化應激等都與蜜蜂的壽命密切相關(guān)［36，59-60］，因此，昆蟲腸道菌群與其壽命長短有著密切的聯(lián)系?？股?、農(nóng)藥等引起腸道菌群失調(diào)也會導致昆蟲的免疫能力下降［53］，從而影響昆蟲的壽命。Gore等［8］在野外蜂箱和實驗室研究中均表明，感染細菌的蜜蜂使用抗生素治療后會引起蜜蜂腸道菌群失調(diào)，造成營養(yǎng)不良，從而降低蜜蜂的存活率；Paris等［61］研究亦表明，單獨使用殺菌劑boscalid對未感染東方蜜蜂微孢子蟲（Nosema ceranae）的蜜蜂沒有顯著影響，但當殺菌劑boscalid和東方蜜蜂微孢子蟲共同作用時，蜜蜂腸道內(nèi)α-變形菌的豐富度降低，而γ-變形菌的豐富度增高，導致蜜蜂死亡率上升。

4 昆蟲腸道菌群應用研究

4.1 保護益蟲

昆蟲與人類活動密切相關(guān)，有些昆蟲對人類的生產(chǎn)生活和經(jīng)濟發(fā)展具有重要的作用。近年來，隨著對昆蟲共生菌研究的不斷深入，利用昆蟲腸道菌群保護有益昆蟲的策略受到廣泛關(guān)注。昆蟲腸道菌群能夠影響昆蟲營養(yǎng)代謝、免疫能力、生長發(fā)育和壽命等，在保護益蟲方面，可以通過保護和改善昆蟲腸道菌群群落結(jié)構(gòu)，提高益蟲上述各個方面的能力，進而提升益蟲的存活率。此外，還可以通過研究昆蟲腸道菌群的種類，增加有益菌或減少有害菌的攝入來保護有益昆蟲。家蠶是絲綢業(yè)重要的經(jīng)濟昆蟲，但其往往易被病原菌感染而導致蠶軟化病。Haloi等［62］鑒定出家蠶腸道菌群中的金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和蘇云金桿菌（Bacillus thuringiensis）對宿主具有高致病性。因此，可以通過減少家蠶腸道菌群中這3種致病菌數(shù)量來使其免于感染蠶軟化病。研究表明，四環(huán)素會顯著降低蜜蜂腸道菌群的群落多樣性、遺傳多樣性和豐度［8，63］，從而降低蜜蜂的存活率。因此，減少抗生素的使用，對保護蜜蜂腸道菌群，提高蜜蜂存活率意義重大。

4.2 殺滅害蟲

隨著腸道菌群研究的不斷深入，科學家們已經(jīng)開始利用減少害蟲有益腸道菌群、增加有害腸道菌群的方式，來控制害蟲。一是，通過使用抗生素，破壞害蟲的腸道菌群，進而增加殺蟲劑的藥性，從而達到控制害蟲的目的。如德國小蠊（Blattella germanica）的一些腸道菌群與包括合成殺蟲劑在內(nèi)的外源物質(zhì)的解毒有關(guān)，在殺滅德國小蠊時聯(lián)合使用抗生素可以增加具有耐藥性德國小蠊對殺蟲劑的敏感性［64］。二是，使用生物殺蟲劑，將昆蟲腸道共生菌轉(zhuǎn)變?yōu)橹虏【?，加速害蟲死亡，達到消滅害蟲的目的。如粘質(zhì)鏈球菌存在于蚊的中腸，對蚊并無殺滅作用，但當球孢白僵菌（Beauveria bassiana）感染蚊后導致粘質(zhì)鏈球菌機會性生長，并從腸道轉(zhuǎn)移到血腔，從腸道共生菌轉(zhuǎn)變?yōu)檠徊≡?，導致蚊快速死亡?5］。Ramirez等［66］發(fā)現(xiàn)色桿菌屬細菌（Chromobacterium，Csp_P）不僅能夠抑制蚊中腸內(nèi)銅綠假單胞菌和腸桿菌屬細菌的生長，而且定植在中腸組織的Csp_P會引起蚊強烈的免疫反應，顯著降低蚊幼蟲存活率和成蟲壽命。另外，Jiang等［67］使用綠僵菌CQMa421感染和殺滅蝗蟲，發(fā)現(xiàn)其濃度為1×108時，對蝗蟲的半致死時間最短，而且此濃度時其超氧化物歧化酶（SOD）和前體氧化酶（ProPO）的活性均低于對照組，表明綠僵菌CQMa421與蝗蟲的免疫反應相互作用，導致蝗蟲死亡。

4.3 作為人類疾病研究的模型

腸道菌群與疾病的發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)，由于昆蟲腸道菌群主要以細菌為主，且種類相對較少，較易研究。因此，通過對昆蟲腸道菌群的研究來建立人類疾病研究的模型已被廣泛應用。近年來，基于昆蟲腸道菌群的人類疾病模型主要集中在神經(jīng)系統(tǒng)疾病、衰老、肥胖等方面。研究表明，腸道菌群失調(diào)可以引發(fā)大腦炎癥，加劇阿爾茨海默病的發(fā)展。Wu等［68］在果蠅阿爾茨海默病模型研究中發(fā)現(xiàn)，果蠅腸道細菌的感染增加了血細胞的運動能力，使血細胞更容易被氧化應激狀態(tài)升高的大腦皮層所吸引，加劇了免疫相關(guān)性血細胞向大腦的聚集，從而導致TNF-JNK介導的神經(jīng)變性，加劇果蠅阿爾茨海默病的發(fā)展。腸道菌群可調(diào)節(jié)營養(yǎng)代謝，并在人類肥胖中起重要作用。Liu等［69］使用Illumina MiSeq平臺比較了生殖和滯育的大猿葉甲（Colaphellus bowringi）腸道細菌群落組成發(fā)現(xiàn)，與人類肥胖有關(guān)的腸道菌群，如擬桿菌、硬毛菌、變形桿菌與滯育的大猿葉甲腸道菌群密切相關(guān)。

4.4 降解有機廢物，保護環(huán)境

昆蟲腸道菌群可以降解人類生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的各種難以降解的垃圾以及人畜糞便，為垃圾處理提出了更環(huán)保的生物解決方案。如黃粉蟲幼蟲腸道內(nèi)的月形單胞菌屬（Selenomonas）細菌可以分解纖維素；農(nóng)桿菌屬（Agrobacterium）、亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）、硝化螺旋菌屬（Nitrospira）等細菌可以分解特定塑料［70］。黑水虻幼蟲在降解抗生素時起核心作用的也是腸道菌群［71］。研究表明，有腸道菌群的黑水虻幼蟲對四環(huán)素的降解速率是無腸道菌群幼蟲的兩倍［72］；自然生長狀態(tài)下的黑水虻幼蟲在降解雞糞中抗生素抗性基因（ARG）時，其降解率亦高于腸道無菌的黑水虻幼蟲對ARG降解率［73］。家蠅幼蟲處理對環(huán)境有污染的含有莫能菌素（Monensin，MON）的雞糞時，發(fā)揮降解作用的亦是腸道菌群，主要為不動桿菌屬（Acinetobactersp.）、寡養(yǎng)單胞菌（Stenotrophomonassp.）和產(chǎn)堿菌屬（Alcaligenessp.）細菌［74］。此外，蠟蛾（Galleria mellonella L.）幼蟲能夠明顯降解聚苯乙烯塑料［75］，此降解作用與其腸道中芽孢桿菌（Bacillus）和沙雷氏菌（Serratia）有明顯相關(guān)性［76］。

4.5 助力工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

利用腸道菌群的調(diào)節(jié)功能處理與昆蟲有關(guān)問題，已被工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域廣泛應用。蜜蜂是多種農(nóng)作物和生態(tài)系統(tǒng)的重要傳粉者，具有巨大的生態(tài)和經(jīng)濟價值。由于養(yǎng)蜂業(yè)限制化學藥物和抗生素的使用，促使人們尋找天然替代品，特別是腸道共生體。Alberoni等［77］研究蜜蜂腸道中有益微生物與蜜蜂孵化、花粉采集及可采蜂蜜數(shù)的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌和乳酸桿菌能顯著增加蜜蜂的孵化數(shù)、花粉采集數(shù)和可采蜂蜜數(shù)。另外，Lee等［78］從黑水虻腸道菌群中鑒定出一個新的編碼α-半乳糖苷酶的基因，該基因編碼的α-半乳糖苷酶具有耐鹽性以及對有機溶劑和蛋白酶的抵抗力，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面具有較好的應用前景。Lu等［79］從蜻蜓腸道曲霉菌QT122中提取的物質(zhì)對黃瓜尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum）、中國紅根豬草（Amaranthus retroflexusL.）和稗草（Echinochloa crusgalliL.）的生長以及T細胞活性均有較強的抑制作用，有望成為農(nóng)業(yè)生物防治劑或免疫抑制劑。

5 展望

昆蟲作為世界上種類最多、分布最廣的物種，影響著全球生物的多樣性。且隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對昆蟲腸道菌群的研究越來越深入。近年來，人們利用宏基因組學、蛋白質(zhì)組學、代謝組學以及培養(yǎng)組學等組學技術(shù)研究昆蟲的腸道菌群，極大地促進了昆蟲腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能多樣性的研究。此外，我們不僅要解釋每一個單一的組學技術(shù)，而且還要系統(tǒng)地整合多組學數(shù)據(jù)，以全面了解昆蟲腸道菌群的調(diào)控景觀，并進一步促進相關(guān)資源的利用和環(huán)境保護。但是由于腸道菌群的多樣性及復雜性導致人類對昆蟲腸道菌群的功能和作用了解不足，對于某些昆蟲腸道菌群的變化依然處于摸索狀態(tài)，仍然有許多應用未被發(fā)現(xiàn)。我們相信，隨著腸道菌群研究更廣泛、更全面、更深入的發(fā)展，人們能夠發(fā)現(xiàn)昆蟲腸道菌群的更多功能，為昆蟲腸道菌群的應用提供更多新途徑。