Hoe de ontwikkeling van een axenisch zwarte soldatenvlieg model kan bijdragen aan een duurzamere toekomst
De zwarte soldatenvlieg (BSF) heeft veel potentieel als duurzame afvalverwerker. Dit zorgde de afgelopen jaren voor steeds meer belangstelling in de opschaling van de kweek. De BSF is namelijk instaat om efficiënt organisch afval om te zetten in waardevolle biomassa. Echter is er nog veel ongeweten over de kweek van dit insect, voornamelijk over de invloeden van de aanwezige micro-organismen. Om verder onderzoek naar de nutritionele behoeften, de microbiële dynamiek en tenslotte de optimalisatie van de massakweek mogelijk te maken, is de ontwikkeling van een axenisch model noodzakelijk. Een axenisch insectmodel zijn insecten die volledig vrij zijn aan micro-organismen.
Waarom de larve zo bijzonder is
Zwarte soldatenvlieg larven (BSFL) zijn voornamelijk erg aantrekkelijk doordat ze zich voeden met organisch afval zoals resten van planten, gecomposteerde materialen, dierlijke mest enz.
Een bijkomend voordeel is dat het een excellente kandidaat als een alternatieve bron voor eiwitten waardoor het veel potentie heeft als diervoeder. Bovendien kunnen de aanwezige vetzuren gebruikt worden voor de productie van biodiesel of verwerkt worden in cosmetische producten. De chitine in het exoskelet kan worden omgezet in chitosan, dat vervolgens verscheidene functies heeft in de medicinale, cosmetische en biotechnologische industrie. Als onderdeel van het aangeboren immuunsysteem produceren BSFL antimicrobiële peptiden (AMP) die potentieel kunnen hebben als alternatieve vorm van antibiotica. De larvale restproducten kunnen ten slotte nog gebruikt worden als meststoffen. Op deze manier heeft elk onderdeel van dit kleine insect een toepassing en draagt het geheel bij aan een duurzamere landbouw en afvalbeheer.
De micro-organismen maken het verschil
De larven hebben een nauwe samenwerking met verschillende micro-organismen aanwezig in de darmen. Interacties met deze micro-organismen kunnen de groei en ontwikkeling van de BSFL gaan beïnvloeden. Hierdoor is het belangrijk om de invloed van deze micro-organismen verder te gaan onderzoeken om de efficiëntie van BSFL voor afvalverwerking te verbeteren.
Om deze microbiële invloeden te gaan onderzoeken heb ik bijgedragen aan het ontwikkelen en optimaliseren van een axenisch BSFL-model. Dit model bevat larven die volledig vrij zijn aan micro-organismen en is heel belangrijk voor de standaardisatie van verdere onderzoeken. De ongedefinieerde micro-organismen aanwezig in de conventionele larven gaan namelijk voor een ongecontroleerde variabele zorgen. Vervolgens kan het gebruikt worden voor verder onderzoek naar de functies van deze micro-organismen. Over de jaren heen zijn er namelijk vele verschillende hypotheses gesteld, gebaseerd op observationeel onderzoek, die d.m.v. dit model getest kunnen worden. De microbiële functies kunnen getest worden met gnotobiotische experimenten. Hierbij worden axenische larven bewust geïnoculeerd met specifieke bacteriën om hun effect te bestuderen. Dit kan leiden tot larven die sneller groeien, beter bestand zijn tegen ziekten of zelfs afval kunnen omzetten in nog waardevollere producten.
Het ontwikkelen van een reproduceerbare methode voor de productie van het axenisch model ging echter niet zonder enige problemen. Er moesten geschikte substraten gezocht worden die de groei van de larven kunnen ondersteunen zonder microbiële hulp. De sterilisatie ging eveneens niet altijd even vlot. Er is gebleken dat de eieren gevoelig zijn aan variërende vochtgehaltes waardoor er geëxperimenteerd werd met verschillende opstellingen om de eieren te laten drogen. Uiteindelijk hebben we larven kunnen kweken zonder enige microbiële invloed door de eieren te behandelen met ethanol en natriumhypochloriet waarna deze gedroogd en aan het substraat aangebracht werden. Onderstaande foto's geven een kort overzicht van het proces van eieren naar gesteriliseerde en gedroogde eieren aangebracht op het kweeksubstraat weer.
Wat te doen met dit model
Het axenisch model maakt verder onderzoek naar onder andere gunstige kweeksubstraten en groeibevorderende micro-organismen mogelijk. Hier zijn wij dan ook mee verder gegaan. We hebben getest hoe deze axenische larven reageren op verschillende voedingssubstraten. Allereerst werd de groei op een substraat dat laag is in nutriënten vergeleken met de groei op een nutriëntrijk substraat. Hiervoor werden respectievelijk tarwezemelen en kippenvoer gebruikt. Om de impact van de microbiële activiteit in deze verschillende kweeksubstraten te onderzoeken, werden er steriele, niet steriele en voorgeïncubeerde behandelingen opgenomen in het experiment. De voorgeïncubeerde substraten bevatten potentieel gunstige metabolieten geproduceerd door de aanwezige micro-organismen tijdens de incubatie voorafgaand aan de sterilisatie. Uit deze proefopzet is er gebleken dat de microbiële activiteit een positieve invloed heeft op de groei van axenische BSFL voor het minder kwaliteitsvolle tarwezemelen als kweeksubstraat. Verdere analyses van deze substraten bevestigden dat de microbiële activiteit de samenstelling kan veranderen, waardoor de beschikbaarheid van belangrijke voedingsstoffen zoals eiwitten en vetten toenam. Dit resultaat is veelbelovend in de zoektocht naar een optimaal kweeksubstraat voor BSFL.
Een vloei
baar dieet met structuur
Om experimenten met de axenische larven nog meer te standaardiseren, werd er gezocht naar een vloeibaar dieet. Een vloeibaar dieet is namelijk aanpasbaar in nutriënten, wat van belang is in het onderzoek naar de nutritionele behoeften van de BSFL. Echter is er gebleken dat de larven een inerte matrix nodig hebben als driedimensionale structuur om hun natuurlijke kruip- en voedingsgedrag te ondersteunen. Uit de onderzochte bouillons en matrices, leverde vlas in combinatie met een eiwitrijke bouillon de beste resultaten op. Daarmee is dit dieet veelbelovend voor toekomstig onderzoek naar gedefinieerde diëten.
Een duurzamere toekomst
Wanneer de functies van micro-organismen onderzocht worden en uiteindelijk ook beter begrepen, kunnen larven efficiënter gekweekt worden op grote schaal op reststromen van een lage kwaliteit. Dit zorgt voor minder verspilling, een meer circulaire economie en een stap dichter bij een duurzamere toekomst.
Bibliografie
Albalawneh, A., Hasan, H., Alarsan, SF., Diab, M., Znaimah, SA., Sweity, A. et al.
(2024). Evaluating the influence of nutrient-rich substrates on the growth and waste reduction efficiency of black soldier fly larvae. Sustainability 16(22), 9730.
https://doi.org/10.3390/su16229730
Auger, L., Bouslama, S., Deschamps, M-H., Vandenberg, G., Derome, N. (2023).
Absence of microbiome triggers extensive changes in the transcriptional profile of Hermetia illucens during larval ontogeny. Scientific Reports 13(2396).
https://doi.org/10.1038/s41598-023-29658-x
Aveve. (2025). Kippenvoer Chicken Start Mash (259). Aveve.be [Website].
Accessed on 3 April 2025 via https://www.aveve.be/nl/dier/kip/voeding/p040008813-aveve-kippenvoer-ch…
Biokar diagnostics. (2022). Trypto-Casein Soy Broth (TSB): Nutrient broth and
sterility testing. Solabia.com [Website]. Accessed on 16 April 2025 via
https://www.solabia.com/biokar-diagnostics/product/trypto-casein-soy-br…
Danieli, PP., Lussiana, C., Gasco, L., Amici, A., Ronchi, B. (2019). The effects of
diet formulation on the yield, proximate composition, and fatty acid profile of the
black soldier fly (Hermetia illucens L.) prepupae intended for animal feed. Animals 9(4), 178. https://doi.org/10.3390/ani9040178
De Smet, J., Vandeweyer, D., Van Moll, L., Lachi, D., Van Campenhout, L. (2021).
Dynamics of Salmonella inoculated during rearing of black soldier fly larvae
(Hermetia illucens). Food research international 149(110692).
https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110692
De Smet, J., Wynants, E., Cos, P., Van Campenhout, L. (2018). Microbial
community dynamics during rearing of black soldier fly larvae (Hermetia illucens)
and impact on exploitation potential. Applied and environmental microbiology 84(9),2722-17. https://doi.org/10.1128/AEM.02722-17
Dodge, R., Jones, EW., Zhu, H., Obadia, B., Martinez, DJ., Wang, C. et al. (2023).
A symbiotic physical niche in Drosophila melanogaster regulates stable association of a multi-species gut microbiota. Nature communications 14(1557).
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36942-x
Douglas, AE. (2018). The Drosophila model for microbiome research. Lab Animal
47, 157-164. https://doi.org/10.1038/s41684-018-0065-0
Douglas, S. & Beveridge, TJ. (1998). Mineral formation by bacteria in natural
microbial communities. FEMS microbiology ecology 26(2), 79-88.
https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.1998.tb00494.x
Gold, M., Binggeli, M., Kurt, F., Wouters, Td., Reichlin, M., Zurbrügg, C. et al.
(2020). Novel experimental methods for the investigation of Hermetia illucens
(Diptera: Stratiomyidae) larvae. Journal of Insect Science 20(3), 21.
https://doi.org/10.1093/jisesa/ieaa057
Gold, M., Tomberlin, J.K., Diener, S., Zurbrügg, C., Mathys, A. (2018).
Decomposition of biowaste macronutrients, microbes, and chemicals in black
soldier fly larval treatment: a review. Waste management 82, 302-318.
https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.10.022
Gold, M., von Allmen, F., Zurbrügg, C., Zhang, J., Mathys, A. (2020). Identification
of bacteria in two food waste black soldier fly larvae rearing residues. Frontiers in
microbiology 11(582867). https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.582867
Ismail, B.P., & Nielsen, S.S. (Eds). (2024). Nielsen’s food analysis laboratory
manual (Fourth edition). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-44970-3
Jopack. (2025). Flax. Jopack.be [Website]. Accessed on 25 March 2025 via
https://www.jopack.be/en/horses/horse-bedding/flax
Lemme, A., Klüber, P. (2024). Rethinking amino acid nutrition of black soldier fly
larvae (Hermetia illucens) based on insights from an amino acid reduction trial.
Insects 15(11), 862. https://doi.org/10.3390/insects15110862
Li, X-Y., Mei, C., Luo, X-Y., Wulamu, D., Zhan, S., Huang, Y-P. et al. (2022).
Dynamics of the intestinal bacterial community in black soldier fly larval guts and its influence on insect growth and development. Insect Science 30(4), 947-963.
https://doi.org/10.1111/1744-7917.13095
Liu, S., Tariq, MR., Zhang, Q., Wang, Q., Wang, F., Zheng, C. et al. (2024). Dietary
influence on growth, physicochemical stability, and antimicrobial mechanisms of
antimicrobial peptides in black soldier fly larvae. Insects 15(11), 872.
https://doi.org/10.3390/insects15110872
Lu, S., Taethaisong, N., Meethip, W., Surakhunthod, J., Sinpru, B., Sroichak, T. et
al. (2022). Nutritional composition of black soldier fly larvae (Hermetia illucens L.)
and its potential uses as alternative protein sources in animal diets: a review.
Insects 13(9), 831. https://doi.org/10.3390/insects13090831
Makkar, H., Tran, G., Heuzé, V., Ankers, P. (2014). State-of-the-art on use of
insects as animal feed. Animal feed science and technology 197, 1-33.
https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2014.07.008
Moretta, A., Salvia, R., Scieuzo, C., Somma, AD., Vogel, H., Pucci, P. et al. (2020).
A bioinformatic study of antimicrobial peptides identified in the black soldier fly
(BSF) Hermetia illucent (Diptera: Stratiomyidae). Scientific reports 10 (16875).
https://doi.org/10.1038/s41598-020-74017-9
Pei, Y., Zhao, S., Chen, X., Zhang, J., Ni, H., Sun, M. et al. (2022). Bacillus
velezensis EEAM 10B strengthens nutrient metabolic process in black soldier fly
larvae (Hermetia illucens) via changing gut microbiome and metabolic pathways.
Frontiers in Nutrition 9 (880488). doi: 10.3389/fnut.2022.880488
Quan, J., Wang, Y., Cheng, X., Li, C., Yuan, Z. (2023). Revealing the effects of
fermented food waste on the growth and intestinal microorganisms of black soldier fly (Hermetia illucens) larvae. Waste management 171, 580-589.
https://doi.org/10.1016/j.wasman.2023.10.002
Siddiqui, S., Ristow, B., Rahayu, T., Putra, N., Yuwono, N., Nisa, K. et al. (2022).
Black soldier fly larvae (BSFL) and their affinity for organic waste processing.
Waste management 140, 1-13. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2021.12.044
Urban-Duarte, D., Tomita, S., Sakai, H., Sezutsu, H., De La Torre-Sanchez, JF.,
Kainoh, Y. et al. (2022). Effect of chemical dechorionation on silkworm embryo
viability. Journal of insect physiology 137, 104327. https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2021.104327
Verma, C., Quraishi, MA. (2021). Chelation capability of chitosan and chitosan
derivatives: recent developments in sustainable corrosion inhibition and metal
decontamination applications. Green and sustainable chemistry 4.
https://doi.org/10.1016/j.crgsc.2021.100184
Wu, J., Wang, Q., Wang, D., Wong, ACN., Wang, G-H. (2023). Axenic and
gnotobiotic insect technologies in research on host-microbiota interactions. Trends in microbiology 31(8), 858-871. https://doi.org/10.1016/j.tim.2023.02.007
Yakti, W., Schulz, S., Marten, V., Mewis, I., Padmanabha, M., Hempel, A-J. (2022).
The effect of rearing scale and density on the growth and nutrient composition of Hermetia illucens (L.) (Diptera: Stratiomyidae) Larvae. Sustainability 14(3), 1772. https://doi.org/10.3390/su14031772
Yu, G., Cheng, P., Chen, Y., Li, Y., Yang, Z., Chen, Y. et al. (2011). Inoculating
poultry manure with companion bacteria influences growth and development of
black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) larvae. Environmental Entomology 40(1),
30-35. https://doi.org/10.1603/EN10126
Zheng, L., Crippen, TL., Holmes, L., Singh, B., Pimsler, ML., Benbow, ME. et al.
(2013). Bacteria mediate oviposition by the black soldier fly, Hermetia illucens (L.),
(Diptera; Stratiomyidae). Scientific Reports 3, 2563.
https://doi.org/10.1038/srep02563
Zhang, Q-H., Lee, NLY., Unadirekkul, P., Puniamoorthy, N. (2023). Starting with
sustainability: utilizing food wastes as nursery feed for black soldier fly neonates.
Waste and biomass valorization 15, 2661-2669. https://doi.org/10.1007/s12649-023-02337-8
Zulkifli, NFNM., Seok-Kian, AY., Seng, LL., Mustafa, S., Kim, Y-S., Shapawi, R.
(2022). Nutritional value of black soldier fly (Hermetia illucens) larvae processed by different methods. PLOS ONE 17(2). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0263924
