Среда, 21 февраля, 2024
ДомойБиологияРасшифровка пчелиного кишечника: обнаружено микробиологическое чудо

Расшифровка пчелиного кишечника: обнаружено микробиологическое чудо

- Advertisement -

Исследование показало, что пчелы синтезируют определенные питательные вещества, поддерживающие колонизацию кишечных бактерий. Это открытие, сделанное с использованием западной медоносной пчелы в качестве модели и передовой технологии NanoSIMS, предлагает новое понимание симбиотических отношений между хозяевами и их кишечной микробиотой.

Новое исследование показывает, что пчелы производят питательные вещества, которые помогают колонизировать кишечные бактерии, подчеркивая симбиотические отношения хозяина и микробиоты и предлагая понимание экологических уязвимостей пчел.

Бактерии приспособились ко всем земным средам. Некоторые эволюционировали, чтобы выжить в кишечнике животных, где они играют важную роль для своего хозяина; они обеспечивают энергию, расщепляя неперевариваемую пищу, тренируют и регулируют иммунную систему, защищают от вторжения патогенных бактерий и синтезируют нейроактивные молекулы, которые регулируют поведение и познание своего хозяина.

Взаимная выгода во взаимоотношениях хозяин-бактерия

Это большие преимущества для хозяина, но какие преимущества получают бактерии? Конечно, хозяин обеспечивает комфортный дом, но обеспечивает ли он также питательные вещества для местных бактерий, которые позволяют им колонизироваться?

Это сложный вопрос, на который можно ответить с помощью… пчел. Профессор Филипп Энгель из факультета фундаментальной микробиологии UNIL (DMF) в Дориньи нацелился на западную медоносную пчелу (Apis mellifera). Это относительно простая система для изучения по сравнению с людьми и их кишечной микробиотой. Это насекомое, наиболее известное своим вкусным медом, которое оно производит, также является отличной экспериментальной моделью для исследования микробиоты кишечника: оно приобрело удивительно простую и стабильную микробиоту, состоящую всего из двадцати бактерий. разновидность. В лаборатории группы Энгеля пчел выращивают без кишечных бактерий, а затем кормят определенными видами, которые колонизируют кишечник.

Полный пансион для бактерий

Пчелы любят питаться богатой питательными веществами пыльцой и медом, но они также могут долгое время выживать на диете, состоящей только из сахарной воды. Но что происходит с кишечными бактериями? Исследование, опубликованное 15 января 2024 г. Природная микробиология ученые из Лозанны раскрывают новые идеи: доктор Эндрю Куинн и кандидат наук Яссин Эль Шазли начали с поиска доказательств того, что бактерии делятся друг с другом питательными веществами, когда пчелы не получают ничего, кроме сахарной воды. Помните, что кишечные бактерии, как известно, потребляют пищевые питательные вещества, а также продукты жизнедеятельности других микроорганизмов.

Однако первые результаты оставили их в недоумении: одна конкретная бактерия в кишечнике, Snodgrassella. Альвине может метаболизировать сахар для роста, и тем не менее он все равно колонизировал кишечник пчелы, когда сахар был единственной пищей в рационе и никаких других бактерий не присутствовало.

Измеряя метаболиты в кишечнике, ученые обнаружили, что пчела синтезирует несколько кислот (лимонную кислотаяблочная кислота, 3-гидрокси-3-метилглутаровая кислота и т. д.), которые экспортируются в кишечник и встречаются в меньшем количестве при С. альви присутствовал. Эти результаты заставили их выдвинуть неожиданную гипотезу: действительно ли пчела напрямую способствует С. альви колонизировать его кишечник, снабжая его необходимыми питательными веществами?

Фото-доказательство

Доказать эту гипотезу оказалось на удивление сложно, но, к счастью, ключевые экспертные знания находились прямо через дорогу, в лаборатории профессора Андерса Мейбома (связанной с UNIL и EPFL). Профессор Мейбом и его команда являются экспертами в измерении потока метаболитов в сложных средах с нанометровым разрешением с использованием одного из немногих инструментов NanoSIMS (наномасштабная вторичная ионная масс-спектрометрия) в Европе.

Вместе две команды разработали эксперимент, в котором пчелы, свободные от микробиоты, получали специальную диету с глюкозой, где естественные 12Атомы углерода углерода в глюкозе были заменены на редкие в природе. 13«Меченые» изотопы C. Затем пчелы были заселены С. альви. В конце эксперимента фиксированные кишки отправились в путешествие, сначала пройдя мимо центра электронной микроскопии UNIL, которым руководил старший преподаватель Кристель Жену. Затем они перешли в лабораторию профессора Мейбома и его NanoSIMS. В конце концов, ученым удалось построить двухмерное «изображение» 13Атомы углерода в кишечнике пчелы, что показало, что С. альви клетки значительно обогащаются 13C, что отражало 13C Обогащение кислот, присутствующих в кишечнике.

На помощь пчелам

Таким образом, на одном изображении команде удалось убедительно показать, что пчела синтезирует пищу для своих кишечных бактерий. «Это замечательный пример передового, по-настоящему междисциплинарного научного сотрудничества, которое объединило несколько научных подразделений UNIL и EPFL», — комментирует Андерс Мейбом. Когда мы работаем вместе таким образом, в мире не так уж много академических сред, которые могут предложить больше», — добавляет профессор, который является пионером в применении технологий NanoSIMS для решения непреодолимых вопросов биологии.

«Вполне возможно, что многие другие кишечные микроорганизмы также питаются соединениями, полученными из организма хозяина», — говорит соавтор доктор Эндрю Куинн, предполагая распространение этого подхода на другие бактерии. Переориентация на пчел: «Эти результаты могут также объяснить, почему у пчел такая специализированная и консервативная кишечная микробиота».

И эти механизмы могут сыграть роль в уязвимости пчел к изменению климата, пестицидам или новым патогенам: «Их уязвимость может быть результатом нарушения этой сложной метаболической синергии между пчелой и ее кишечной микробиотой. Мы уже знаем, что воздействие гербицида глифосата делает пчел более восприимчивыми к патогенам и снижает численность С. альви в кишечнике. Теперь, вооружившись этими новыми открытиями, мы ищем ответы на эти насущные вопросы».

Ссылка: «Органические кислоты, полученные от хозяина, способствуют колонизации кишечника симбионта медоносной пчелы. Снодграсселла альви» Эндрю Куинн, Яссин Эль Шазли, Стефан Эскриг, Жан Дарасп, Николя Нойшвандер, Аойф МакНелли, Кристель Жену, Андерс Мейбом и Филипп Энгель, 15 января 2023 г., Природная микробиология.
DOI: 10.1038/s41564-023-01572-y

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме