Западная медоносная пчела синтезирует пищу для своих кишечных бактерий

Бактерии, живущие в кишечнике животных, играют важную роль для хозяина: снабжают энергией, тренируют иммунитет, защищают от патогенов и синтезируют нейроактивные молекулы. Но что получают взамен сами бактерии? Исследователи из Университета Лозанны (UNIL) использовали в качестве модели западную медоносную пчелу (Apis mellifera), чья кишечная микробиота состоит всего из около 20 видов бактерий.

Эксперимент на сахарной диете

Пчёлы могут долго жить на диете из одной лишь сахарной воды. Учёные обнаружили, что одна из ключевых кишечных бактерий, Snodgrassella alvi, не может метаболизировать сахар для роста. Тем не менее, она успешно колонизировала кишечник пчёл, питавшихся только сахаром, даже при отсутствии других бактерий.

Анализ метаболитов показал, что пчела сама синтезирует и выделяет в кишечник несколько кислот:

Их концентрация снижалась при наличии S. alvi. Это навело на гипотезу: пчела напрямую снабжает S. alvi необходимыми для колонизации питательными веществами.

Доказательство с помощью NanoSIMS

Для проверки гипотезы был проведён эксперимент:

  1. Пчёлам без микробиоты давали глюкозу, в которой природные атомы углерода 12C были заменены на меченые изотопы 13C.
  2. Пчёл колонизировали S. alvi.
  3. С помощью NanoSIMS (масс-спектрометрии вторичных ионов нанометрового разрешения) учёные построили 2D-изображение распределения 13C в кишечнике.

Результат: клетки S. alvi были значительно обогащены 13C, что соответствовало обогащению 13C кислот в кишечнике. Изображение наглядно доказало, что пчела синтезирует пищу для своих кишечных бактерий.

Значение для пчёл и новые вопросы

  • Это открытие может объяснить, почему у пчёл такая специализированная и стабильная микробиота.
  • Нарушение этой сложной метаболической синергии между пчелой и её микробиотой может быть ключом к пониманию уязвимости пчёл перед изменением климата, пестицидами и новыми патогенами.
  • Уже известно, что гербицид глифосат повышает восприимчивость пчёл к патогенам и снижает численность S. alvi в кишечнике. Новые данные помогут найти ответы на эти вопросы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.

2024-01-15