Микробы в кишечнике пчел разделяют обязанности по переработке сложных полисахаридов

Пчелы питаются пыльцой, которая содержит сложные разветвленные полисахариды — пектин и гемицеллюлозу. Для их расщепления на простые сахара (мономеры) необходимы специализированные бактериальные ферменты. Международная группа исследователей выяснила, как именно микробиота кишечника пчел выполняет эту задачу. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ключевые участники процесса

Основную роль в деградации пектина и гемицеллюлозы играют два доминирующих кластера бактерий, общих для медоносных и шмелей:

• Gilliamella — в основном обитает в илеуме (аналог тонкого кишечника).
• Bifidobacterium — в основном обитает в прямой кишке (аналог толстого кишечника).

Разделение труда

Оба кластера могут метаболизировать оба полисахарида, но наблюдается специализация:

• Gilliamella в первую очередь расщепляет пектин. Однако не все штаммы Gilliamella обладают этой способностью.
• Bifidobacterium богаты гликозидгидролазами и лучше приспособлены для расщепления гемицеллюлозы. Но и здесь способности варьируются от штамма к штамму.

Процесс напоминает последовательную переработку пищи по мере ее движения по кишечнику: сначала в илеуме в основном расщепляется пектин, затем в прямой кишке — гемицеллюлоза.

Причина вариабельности штаммов

Авторы предполагают, что ферменты, расщепляющие полисахариды, выделяются во внешнюю среду. Это позволяет даже тем штаммам, которые сами не производят ферменты, участвовать в метаболизме («все могут потенциально «откусить», даже если были слишком ленивы, чтобы сделать «вилку» сами»).

Эволюционное различие

Эволюционный анализ показал, что штаммы Bifidobacterium у шмелей чаще лишены способности расщеплять гемицеллюлозу. Это может быть связано с разным образом жизни:

• Медоносные пчелы нуждаются в большом количестве сахара для производства меда на зиму.
• Шмели не делают мед, а впадают в спячку. Поэтому эволюционно медоносным пчелам выгоднее иметь более эффективный микробиом для извлечения максимума энергии.

Исследование включало ряд экспериментов in vitro и in vivo, а также анализ метагенома кишечника пчел, выполненный при участии Объединенного института генома Министерства энергетики США.