Tomer First

Achtergrond en doel:
IJzertekort blijft wereldwijd een van de meest voorkomende micronutriëntentekorten, terwijl duurzame en biologisch beschikbare ijzerbronnen nog steeds beperkt zijn. Eetbare insecten, in het bijzonder Hermetia illucens (zwarte soldatenvlieg; BSF), zijn naar voren gekomen als veelbelovende alternatieven vanwege hun hoge mineraalgehalte en efficiënte voederconversie. De mechanismen die de opname, opslag en het gebruik van ijzer onder omstandigheden van verhoogde ijzerinname regelen, zijn echter nog onvoldoende bekend. Dit proefschrift onderzoekt hoe BSF-larven reageren op toenemende ijzergehaltes in het dieet, waarbij de effecten op de fysiologie van de larven, de nutritionele samenstelling, de ijzeropslag en de biologische beschikbaarheid van mineralen worden onderzocht, wat inzicht geeft in het potentieel van BSF als duurzame ijzerbron voor diervoeding en menselijke voeding.

Methoden:
Er werd een multidisciplinair kader toegepast, waarbij literatuuronderzoek, gecontroleerde kweekexperimenten, omics-analyses, histologische lokalisatie en verteringsstudies werden gecombineerd. Hoofdstuk 2 besprak entoferritine, het belangrijkste ijzerbindende eiwit in insecten, en beschreef de structuur, functie en nutritionele relevantie ervan. Hoofdstuk 3 onderzocht de effecten van een verhoogd ijzergehalte in het dieet, geleverd als ijzerammoniumcitraat, op de groei, overleving en mineraalsamenstelling van BSF- en meeltorlarven. Hoofdstuk 4 combineerde transcriptomische en proteomische analyses om de moleculaire respons van BSF op een verhoogd ijzergehalte in het dieet te karakteriseren, met parallelle dissecties om de ijzerophoping in de weefsels van de larven te lokaliseren. Hoofdstuk 5 paste een in vitro verteringsmodel toe gekoppeld aan ijzer-nanopartikel karakterisering om de biologische beschikbaarheid van mineralen te evalueren over verschillende biofortificatieniveaus en thermische verwerkingscondities.

Resultaten:
Hoofdstuk 2 besprak entoferritine als het primaire ijzerbindende eiwit van insecten, waarbij de nadruk werd gelegd op de hoge mineralisatiecapaciteit, pH-stabiliteit en structurele gelijkenis met gewervelde ferritine, eigenschappen die de relevantie ervan als biologisch beschikbare ijzerbron ondersteunen. In Hoofdstuk 3 leidde een verhoging van het ijzergehalte in het dieet tot een dosisafhankelijke stijging van het ijzergehalte in de BSF-larven, met bijna een verdrievoudiging bij het hoogste behandelingsniveau, zonder de groei, overleving of de samenstelling van de macronutriënten te beïnvloeden. De calciumconcentratie nam met ongeveer 20% toe bij het hoogste ijzerniveau. Daarentegen vertoonde de meeltor een beperkte ijzerophoping en een verminderde overleving bij veel lagere ijzerconcentraties, wat wijst op een aanzienlijk lagere tolerantie. Hoofdstuk 4 onthulde uitgesproken transcriptomische en proteomische verschuivingen bij een verhoogd ijzergehalte in het dieet, waaronder een toename van ongeveer 70% in de abundantie van beide entoferritine-subeenheden, gedreven door post-transcriptionele regulatiemechanismen. Histologische beeldvorming lokaliseerde ijzerclusters in de middendarm bij alle biofortificatieniveaus, consistent met op entoferritine gebaseerde opslag. Aanvullende veranderingen in pathways werden waargenomen in metaaltransport, oxidatieve stressrespons en exoskeletvorming. Hoofdstuk 5 toonde significant hoger verteerbaar ijzer aan in gebiofortificeerde larven vergeleken met de controles. De kenmerken van de ijzer-nanodeeltjes bleven consistent over de behandelingen heen, wat wijst op een geconserveerd opslagmechanisme. Thermische verwerking verminderde de biologische beschikbaarheid van ijzer, maar verhoogde de oplosbaarheid van calcium, wat de mineraalspecifieke effecten van blancheren aantoont.

Conclusies:
Dit proefschrift toont aan dat BSF op efficiënte wijze ijzer uit de voeding reguleert en accumuleert zonder de groei of overleving te schaden. Een verhoogd ijzergehalte in het dieet leidde tot gecoördineerde moleculaire reacties, waaronder een verhoogde abundantie van entoferritine en activering van pathways voor oxidatieve stress en metaaltransport, vergezeld van gelokaliseerde ijzeropslag in de middendarm. Verteringsstudies bevestigden een hoger gehalte aan verteerbaar ijzer in gebiofortificeerde larven, terwijl thermische verwerking de biologische beschikbaarheid van ijzer verminderde maar de beschikbaarheid van calcium verbeterde. Deze bevindingen bieden fundamentele mechanistische kennis ter ondersteuning van ijzer-gebiofortificeerde BSF als een duurzaam ingrediënt voor diervoeder en, in de toekomst, voor menselijke voeding.