Understanding the Ecological Robustness and Adaptability of the Gut Microbiome in Plastic-Degrading Superworms (Zophobas atratus) in Response to Microplastics and Antibiotics

微生物群 生物 抗生素 弗拉斯 微塑料 幼虫 微生物学 适应性 基因组 生态学 生物信息学 生物化学 基因
作者
Baiyun Lu,Yu Lou,Jing Wang,Qiang Liu,Shan-Shan Yang,Nan-Qi Ren,Wenming Wu,Defeng Xing
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c01692
摘要

Recent discoveries indicate that several insect larvae are capable of ingesting and biodegrading plastics rapidly and symbiotically, but the ecological adaptability of the larval gut microbiome to microplastics (MPs) remains unclear. Here, we described the gut microbiome assemblage and MP biodegradation of superworms (Zophobas atratus larvae) fed MPs of five major petroleum-based polymers (polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, and polyethylene terephthalate) and antibiotics. The shift of molecular weight distribution, characteristic peaks of C═O, and metabolic intermediates of residual polymers in egested frass proved depolymerization and biodegradation of all MPs tested in the larval intestines, even under antibiotic suppression. Superworms showed a wide adaptation to the digestion of the five polymer MPs. Antibiotic suppression negatively influenced the survival rate and plastic depolymerization patterns. The larval gut microbiomes differed from those fed MPs and antibiotics, indicating that antibiotic supplementation substantially shaped the gut microbiome composition. The larval gut microbiomes fed MPs had higher network complexity and stability than those fed MPs and antibiotics, suggesting that the ecological robustness of the gut microbiomes ensured the functional adaptability of larvae to different MPs. In addition, Mantel's test indicated that the gut microbiome assemblage was obviously related to the polymer type, the plastic degradability, antibiotic stress, and larval survival rate. This finding provided novel insights into the self-adaptation of the gut microbiome of superworms in response to different MPs.
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