Первый метатранскриптом кишечника пчелы обнаружил 19 различных бактериальных типов

Пищеварительный тракт медоносной пчелы — важнейшего сельскохозяйственного опылителя — представляет собой сложный ферментирующий резервуар. Он производит обеспечивающие энергией короткоцепочечные жирные кислоты благодаря множеству микробных групп, обитающих в тесно переплетённом микробиоме.

Работа лаборатории биолога из Университета Индианы Ирен Ньютон по созданию первого метатранскриптома кишечника медоносной пчелы пролила новый свет на то, как эти организмы работают вместе и по отдельности для выполнения доминирующей функции микробиома кишечника: метаболизма углеводов.

Поскольку рацион пчелы в основном состоит из растительной пищи (нектар и пыльца), анализ был сосредоточен на процессах, связанных с метаболизмом углеводов. В микробиоме кишечника пчелы была обнаружена экспрессия генов, вовлечённых в ферментативные процессы, включая производство короткоцепочечных жирных кислот, которые служат источником энергии и модулируют иммунный ответ.

Были идентифицированы гены, соответствующие 19 бактериальным типам (филам), но доминировали три группы: бациллы, гамма-протеобактерии и актинобактерии. Команда разработала модель метаболизма для различных микробных членов сообщества.

• Класс бацилл не способен синтезировать аминокислоты.
• Классы актинобактерий и гамма-протеобактерий, как полагают, могут синтезировать все незаменимые аминокислоты и, возможно, поставлять их другим членам микробного сообщества и самим пчёлам.
• Бациллы, в свою очередь, экспрессируют ферменты, участвующие в производстве короткоцепочечных жирных кислот (например, ацетата и лактата), которые могут использоваться пчелой-хозяином и другими микробами.
• Потенциальными продуктами метаболизма бацилл также являются соединение для хранения углерода и антифриз 2,3-бутандиол (предотвращает закисление внутри клетки) и ацетоин (придаёт маслянистый вкус ферментированным продуктам).

Стратегия секвенирования также выявила исторически упускавшиеся из виду бактериальные группы: клостридии, энтеробактерии и флавобактерии. Клостридии, ранее не считавшиеся значимым компонентом микробиома пчелы, внесли 46 различных генов в метатранскриптом, включая гены, участвующие в метаболизме короткоцепочечных жирных кислот.

Команда проверила некоторые прогнозы на основе метатранскриптомных данных с помощью профилирования метаболизма сообщества. Было обнаружено, что сообщество кишечника пчелы способно утилизировать аминокислоты, а также широкий спектр сахаридов и органических кислот, что подтвердило предсказания.

Исследователи также обнаружили различия между отдельными пчёлами как в составе метатранскриптома, так и в метаболическом профилировании. Это говорит о том, что состав и функция микробиома могут сильно различаться от пчелы к пчеле даже в одном улье.

Этот результат предполагает, что ключевые переменные — возраст, генетика, диета и сезон — могут dramatically влиять на состав микробиома кишечника. Понимание механизма этих сдвигов в сообществе будет критически важно для понимания связи между составом и активностью микробиома кишечника с общим здоровьем и питанием медоносной пчелы.