Honingbier ultra-forbundet af deres mikrobiom

Nogle insekter (f.eks. myrer og nogle bier) lever i indviklet strukturerede samfund eller kolonier. Deres kolonier kan omfatte tusindvis af individer, der er specialiseret i forskellige opgaver. De fleste individer er sterile og vier deres liv til koloniopgaver som at indsamle mad eller fodre ungerne. Flere og flere data tyder på en sammenhæng mellem tarmmikrobiotaen og dyrs sociale adfærd. Dette link er tidligere blevet undersøgt ved at observere interaktioner mellem par af individer, men ikke på samfundsniveau i et "hypersocialt" dyr. Dette videnshul blev udfyldt af opdagelserne gjort af Dr. Joanito Liberti, postdoktor i afdelingerne for Fundamental Mikrobiologi (DMF) og Økologi og Evolution (DEE) på UNIL, og Tomas Kay, doktorand ved DEE, co-first. forfattere til artiklen offentliggjort i tidsskriftet Nature Ecology &Evolution

En enkel og håndterbar mikrobiota

Honningbien er en meget nyttig model, fordi den rummer en simpel mikrobiota bestående af omkring femten arter af bakterier. De samme bakteriearter er til stede i tarmene på bier over hele verden. "En større stabilitet i mikrobiota end for de fleste sociale insekter," siger Joanito Liberti. Disse mikrober kan alle dyrkes i laboratoriet, og et team ledet af Philipp Engel (medsidste forfatter til publikationen og lektor ved DMF) har samlinger af bakteriestammer klar til at blive testet. Derudover er det ret nemt at skaffe honningbier, der er udtømt for tarmmikrober, uden at bruge antibiotika, hvilket kan have bivirkninger og skævvridning af resultaterne af forsøgene. Hvordan? Alt du skal gøre fra en bikube er omhyggeligt og tålmodigt at udtrække pupper (som har sterile indvolde) fra deres forseglede celler. Bierne kan derefter koloniseres eksperimentelt med kendte bakterier, hvilket gør det muligt at undersøge disse bakteriers påvirkning på dyrene på en præcis måde.

Resultatet af et samarbejde mellem forskere og bier

Den postdoc-stipendiat, der arbejder på tværs af to laboratorier, har nydt godt af gratis ekspertise mellem bimikrobiotaforskerne ved DMF og viden om automatiseret adfærdssporing fra et hold ledet af Laurent Keller (fuld professor ved DEE). "To hundrede tarmmikrobiotafrie bier blev opdelt i to grupper, den ene koloniseret af en repræsentativ blanding af tarmmikrober og den anden efterladt steril, dvs. med 100 til 1.000 gange færre mikrober end den koloniserede gruppe," siger Joanito Liberti. "Dette eksperiment blev udført på ni kolonier."

"Som vi regelmæssigt gør med myrer, har vi knyttet en unik QR-kode til hver bi for at tillade automatisk sporing på individuelt niveau," siger Tomas Kay (se ID'erne i videoen). Overvåget i over 150 timer blev deres interaktioner registreret, og "head-to-head" interaktioner (via deres antenner eller via deres mund, kaldet snabel) blev talt (se de gule linjer, der repræsenterer alle interaktionstyper i videoen). Forskerne fandt ud af, at bier med en udtømt mikrobiota interagerede mindre med hinanden end bier, der var blevet eksperimentelt koloniseret. Desuden dannede sidstnævnte mere strukturerede sociale netværk end førstnævnte. "Hvert dyr har bedste venner, som det foretrækker at interagere med," siger Philipp Engel og forbedrer effektiviteten af ​​opgaveudførelsen i gruppen.

Tarm-hjerne-aksen

Mens de underliggende mekanismer forbliver ukendte, fandt biologerne nogle første indikationer. I hjernen hos bier koloniseret med tarmmikrobiota var visse molekyler (der er fundamentale for hjernens funktion) mere rigelige end i hjernerne hos bier, der er udtømt af mikrobiota. For eksempel var serin og ornithin mere udbredt i hjernen hos mikrobiotakoloniserede bier og i hjernen hos bier, der interagerede hyppigere. Derudover påvirkede bakterierne ekspressionen af ​​visse gener i tarmen og i den region af hjernen, der er ansvarlig for opfattelsen af ​​olfaktoriske (via antennerne) og smagsstimuli (via munden).

"Disse data tyder på, at der er en sammenhæng mellem hjernefunktionerne, der er afgørende for biers sociale adfærd og deres tarmmikrobiota," siger Joanito Liberti. En miljømæssig nødsituation Biernes tarmmikrobiota kan blive svækket af udsættelse for pesticider (f.eks. neonicotinoider) eller herbicider (f.eks. glyphosat). Brugen af ​​disse giftige produkter kan derfor forstyrre hjernens korrekte funktion og i sidste ende koloniernes naturlige sociale organisering.

"Faktisk, head-to-head interaktioner er afgørende for transmissionen af ​​vital information," siger professor Engel. "Den generelle interesse for 'tarm-hjerne'-aksen vokser, og denne vej skal fortsat udforskes," slutter artiklens første forfatter. + Udforsk yderligere

Hvordan tarmbakterier fra honningbi hjælper med at fordøje deres pollenrige kost