Come le api trovano il loro microbioma

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Alla fine dell'estate dell'anno scorso il mio medico mi ha prescritto un ciclo di antibiotici della durata di un mese per un'infezione. Farmaci come gli antibiotici sono ottimi per eliminare le infezioni batteriche. Il problema è che questi farmaci non fanno differenza tra l'eliminazione dei batteri "buoni" che possono giovare alla nostra salute e i batteri "cattivi" che causano l'infezione. Ero assolutamente infelice e soffrivo di mal di stomaco e mancanza di appetito, finché non ho iniziato a prendere i probiotici. Dopo alcune settimane di probiotici che hanno reintegrato il mio microbioma – i batteri nell'intestino che scompongono il cibo in sostanze nutritive – mi sono sentito di nuovo me stesso.

La settimana successiva ero nei miei luoghi di studio nei parchi pubblici di Seattle, circondato da api autoctone. Ero stato così infelice senza un microbioma diverso; Mi sono ritrovato a interrogarmi sugli organismi che studio. Il mio progetto è iniziato con una semplice domanda: dove prendono gli insetti il ​​loro microbioma?

Gli insetti impollinatori sono responsabili di un'enorme percentuale di impollinazione delle piante in tutto il mondo, compreso un terzo stimato dell'impollinazione delle colture agricole. Prodotti chimici come pesticidi e fungicidi danneggiano sia le api mellifere che le api autoctone selvatiche. Studi recenti stanno rivelando i potenziali benefici del microbioma delle api per mantenere la salute di questi impollinatori e mitigare virus e malattie.

Come Ph.D. candidato all'Università di Washington, studio le associazioni tra microrganismi e api autoctone in una varietà di paesaggi fioriti. Poco si sa su quali microrganismi siano associati alle api native, quindi il mio obiettivo è identificare quali batteri vengono comunemente acquisiti dalle api native nella parte occidentale di Washington.

Da dove viene il microbioma?

Il microbioma è una comunità diversificata di organismi microscopici che vivono nel e sul corpo umano e forniscono una varietà di benefici per la salute. I batteri presenti nell'intestino sono stati collegati alla difesa e allo sviluppo del cancro gastrointestinale. Questi microbi sono fondamentali per l'assorbimento dei nutrienti nei neonati durante i mesi successivi alla nascita. Sono anche essenziali per aiutare a scomporre il cibo in vitamine e amminoacidi.

Assumere probiotici, mangiare yogurt con colture aggiunte o mangiare cibi fermentati può ricostituire il microbioma intestinale di batteri. I neonati umani acquisiscono microbi benefici attraverso l'allattamento al seno, aumentando la capacità dei bambini di digerire il latte e il cibo solido.

Sebbene siano state condotte molte ricerche incentrate sul microbioma umano, si sa poco del microbioma delle api.

Ogni anno trascorro l'estate con migliaia di api autoctone. Metto nidi adatti alle api in prati aperti e siti di restauro nella parte occidentale di Washington e raccolgo tubi di nidificazione una volta che sono pieni di prole e polline. Passo ore ad aprire con attenzione i tubi, separando il polline in fiale per conservarlo. Trovo spesso la muffa che copre il polline.

Gettavo campioni ammuffiti nel congelatore per essere dimenticati, supponendo che fossero stati persi dagli elementi di una primavera umida di Seattle. Ma più prove trovavo di microrganismi nel polline delle mie api, più iniziavo a chiedermi se questi organismi aiutassero o danneggiassero le api. Durante la ricerca scientifica, mi sono ritrovato a fare domande sulla relazione tra i microrganismi nel polline e il loro contributo alla salute delle api.

Ape del miele in bilico vicino a un fiore di bacca di color salmone aperto.
Lila Westreich

Il microbioma delle api

Le api sociali, che vivono in un alveare con una singola regina fertile, come le api da miele e i bombi, hanno un microbioma condiviso: le api si nutrono di una fonte di cibo condivisa all'interno dell'alveare per acquisire microrganismi nel loro intestino. Le api sociali raccolgono microbi come il Bifidobacterium nutrendosi di miele in fermentazione.

Questi organismi proteggono le api dai parassiti intestinali, aumentando la loro immunità dell'alveare alle malattie. Le api da miele raccolgono anche i batteri dalla superficie dei fiori, dove condividono il contatto con altri impollinatori. Il numero di singole api nelle colonie di api sociali può raggiungere le centinaia di migliaia, il che significa che miliardi di microrganismi stanno supportando l'alveare.

Le api solitarie affrontano una situazione molto diversa. Come suggerisce il nome, queste api non condividono un alveare e vivono invece da sole. La maggior parte delle specie di api è solitaria: ogni femmina è in grado di deporre le uova ed è responsabile del proprio nido. Molte api solitarie creano strutture sigillate per la prole, come le api che nidificano in cavità come le api muratrici o le api da miniera che nidificano a terra. Invece di ricevere il loro microbioma dalle risorse condivise o dalle loro madri, le api solitarie costruiscono il loro microbioma dai batteri nei loro dintorni.

Le femmine volano di fiore in fiore, raccogliendo polline per nutrire i loro piccoli e raccogliendo batteri lungo la strada. Alcune api solitarie sono state strettamente legate a un singolo ceppo di batteri; altri non sono associati a una determinata specie, ma piuttosto a una gamma diversificata di organismi, a seconda della diversità di fiori, api e batteri nel loro vicinato comune.

Il microbioma delle api muratrici

La mia ricerca sul microbioma delle api è stata avviata dopo aver scoperto enormi quantità di batteri sui miei campioni. Questo mi ha portato lungo la difficile strada dell'identificazione dei microrganismi tramite il sequenziamento genetico: l'uso di tecniche di laboratorio per leggere il DNA e confrontare le sequenze con un database di riferimento per identificare un organismo. Il sequenziamento richiede un gran numero di campioni ed è un processo che richiede molto tempo e l'analisi dei dati richiede ancora più tempo. È un lavoro difficile, ma i risultati raccontano una storia su come le api solitarie costruiscono il loro microbioma.

Scatola di nidificazione in un parco pubblico a Seattle, parte del lavoro di tesi di dottorato dell'autore.
Lila Westreich

Le api con cui lavoro nidificano in cavità, nel senso che costruiscono i propri nidi dal suolo. Molti dei batteri delle mie api hanno avuto origine nel terreno, non sulla superficie dei fiori, rivelando un'altra via di trasferimento tra le api solitarie e il loro ambiente. Ho identificato batteri come Acinetobacter precedentemente legati ad altre api solitarie, dimostrando il potenziale per diversi impollinatori di condividere i batteri sulla superficie dei fiori.

Sono necessari ulteriori studi per esplorare la diversità dei microrganismi delle api e i legami tra questi organismi e la salute delle api. Ogni studio rivela nuove scoperte sul ruolo dei microbiomi negli impollinatori. Un giorno potremmo essere in grado di fornire alle api batteri per beneficiarne nello stesso modo in cui gli antibiotici mi hanno aiutato a riportare il mio microbioma alla normalità, permettendomi di tornare sul campo per svolgere le mie ricerche per identificare nuove associazioni tra batteri e api.

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