MOE-Fellowship

Claudiu-Nicusor Ionica

Einsatz von Probiotika ( Bakterien mit chitinolytischem Potenzial) zur Verbesserung der Verdaulichkeit von Futtermitteln auf Insektenbasis bei Hunden

Dieses Projekt befasste sich mit der enzymatischen Bewertung der Chitinolyse in probiotischen Lösungen, die mit Bacillus subtilis spp. angereichert waren. Ziel war es, das Potenzial von Bacillus subtilis spp. zur enzymatischen Beeinflussung von Chitinsubstraten zu erforschen und ihre Rolle bei der Verbesserung der Chitinverdauung bei Hunden zu verstehen. Dazu wurden probiotische Lösungen hergestellt und mit spezifischen Puffern gemischt. Die enzymatische Aktivität dieser Lösungen auf einem Chitinsubstrat, dem entfetteten Larvenmehl der Schwarzen Soldatenfliege, wurde quantitativ analysiert. Das Laborprojekt lieferte wertvolle Einblicke in die enzymatischen Aktivitäten von Bacillus subtilis spp. auf Chitinsubstraten und legt den Grundstein für zukünftige Forschungen zur Integration dieser Probiotika in die Hundeernährung, um die Chitinverdauung zu verbessern.

In den letzten Jahren wurden insektenbasierte Diäten aufgrund ihrer gesundheitlichen, ökologischen und sozioökonomischen Vorteile populär. Die Verwendung von Insekten als Nahrungsquelle bietet eine umweltfreundliche Alternative zu anderen tierischen Proteinen. Allerdings kann die Verdaulichkeit von Insektenprodukten bei Hunden aufgrund einer geringen Expression des sauren Chitinasegens beeinträchtigt sein. Chitin, als strukturelles Polymer in vielen Organismen, ist das zweithäufigste Polysaccharid in der Natur. Um die geringe Verdaulichkeit zu verbessern, wird in der Studie Probiotika als chitinolytischer Faktor vorgeschlagen.

Bacillus subtilis spp., ein grampositives Bakterium, wurde als vielversprechender Kandidat für probiotische Anwendungen identifiziert. Das Forschungsprojekt zielte darauf ab, die chitinolytischen Fähigkeiten dieses Bakterienstamms zu bewerten. Dazu wurden verschiedene Konzentrationen von Larvenmehl der Schwarzen Soldatenfliege als Chitinsubstrat verwendet. Das Protokoll umfasste die Herstellung von probiotischen Lösungen, die mit Larvenmehl gemischt und auf ihre enzymatische Aktivität analysiert wurden.

Die detaillierten Versuchsreihen zielen darauf ab, ein umfassendes Verständnis der Chitinase-Aktivität von Bacillus subtilis unter verschiedenen Bedingungen zu liefern. Die Ergebnisse sollen als Grundlage für weiterführende Forschungen dienen und ermöglichen möglicherweise die Integration von Bacillus subtilis spp.-angereicherten probiotischen Lösungen in die Hundeernährung zur Verbesserung der Chitinverdauung. Insgesamt stellt die Studie eine Brücke zwischen den potenziellen Vorteilen der insektenbasierten Ernährung, den Herausforderungen bei der Verdaulichkeit von Insektenprodukten bei Hunden und der möglichen Lösung durch den Einsatz von probiotischen Bacillus subtilis spp. dar.
Unsere Studie konzentrierte sich darauf, die Chitinase-Aktivität in Bacillus subtilis zu bewerten. Zur Etablierung bzw. Optimierung des Protokolls wurden verschiedene Konzentrationen des Larvenmehls der Schwarzen Soldatenfliege im Inokulum  untersucht (im Bereich von 0% bis 6%), unterschiedliche Inkubationszeiten (von 20 Minuten bis 6 Stunden) verwendet und in der ersten Versuchsreihe drei Chitinsubstrate und in den folgenden Versuchsreihen zwei Substrate eingesetzt (Substrat 1: 4-Nitrophenyl N-acetyl-ß-D-Glucosaminid, Substrat 2: 4-Nitrophenyl N,N'-diacetyl -ß-D-Chitobiosid, Substrat 3: 4-Nitrophenyl ß-D-N,N',N''-Triacetylchitotriose). Zusätzlich haben wir den Einfluss verschiedener Konzentrationen der probiotischen Pulverlösung bewertet, die von 10^10 KBE/30 ml bis 2*10^10 KBE/30 ml reichten. Die detaillierte Untersuchung zielt darauf ab, ein umfassendes Verständnis der Chitinase-Aktivität unter verschiedenen Bedingungen zu liefern. Wie folgt werden wir die Ergebnisse der drei Versuchsreihen präsentieren.

Versuchsreihe 1

Versuchsreihe 2

Versuchsreihe 3

Die chitinolytische Aktivität von Bacillus subtilis spp. wurde durch in vitro-Versuche untersucht, wobei drei Versuchsreihen durchgeführt wurden. Die Variabilität zwischen den Versuchsreihen unterstreicht die Sensibilität von Bacillus subtilis spp. gegenüber spezifischen experimentellen Bedingungen. Veränderungen in der Konzentration des Larvenmehls der Schwarzen Soldatenfliege und der probiotischen Pulverlösung zeigten keinen wesentlichen Einfluss auf die chitinolytische Aktivität von B. subtilis. In der dritten Versuchsreihe wurde jedoch eine deutlich höhere Chitinaseaktivität gemessen, was auf die entscheidende Rolle der Verlängerung der Inkubationszeit auf sechs Stunden hinweist. Trotz Verbesserungen in Versuchsreihe 3 blieben die Gesamtergebnisse niedrig, was Fragen zur Idealität des etablierten Protokolls aufwirft. Weitere Untersuchungen könnten variable Inkubationsbedingungen, wie Drehzahl und Temperatur, sowie alternative Simulationen gastrointestinaler Bedingungen einschließen. Die Robustheit des bakteriellen Stammes bei der Chitinverdauung wurde nicht vollständig überprüft, und weitere Forschung mit frisch kultivierten Bacillus subtilis-Stämmen ist erforderlich. Die Versuchsreihe 3 erscheint vielversprechend, aber weitere Forschung ist notwendig, um die Wechselwirkung zwischen Probiotika und Chitinabbau genau zu verstehen. Insgesamt betont die kritische Diskussion der Ergebnisse die Bedeutung einer präzisen Feinabstimmung der experimentellen Bedingungen und einer vertieften Erforschung der Lebensfähigkeit des eingesetzten bakteriellen Stammes.