Sommige insecten (bijvoorbeeld mieren en sommige bijen) leven in ingewikkeld gestructureerde samenlevingen of kolonies. Hun kolonies kunnen bestaan ​​uit duizenden individuen die gespecialiseerd zijn in verschillende taken. De meeste mensen zijn steriel en wijden hun leven aan kolonietaken zoals het verzamelen van voedsel of het voeren van de jongen. Steeds meer gegevens suggereren een verband tussen de darmflora en sociaal gedrag van dieren. Deze link is eerder bestudeerd door interacties van paren individuen te observeren, maar niet op maatschappelijk niveau bij een "hypersociaal" dier. Deze kennislacune werd opgevuld door de ontdekkingen van Dr. Joanito Liberti, postdoctoraal onderzoeker in de afdelingen Fundamentele Microbiologie (DMF) en Ecologie en Evolutie (DEE) van UNIL, en Tomas Kay, doctoraalstudent aan de DEE, co-eerste auteurs van het artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nature Ecology &Evolution

Een eenvoudige en beheersbare microbiota

De honingbij is een zeer bruikbaar model omdat hij een eenvoudige microbiota herbergt die bestaat uit ongeveer vijftien soorten bacteriën. Dezelfde bacteriesoorten zijn aanwezig in de ingewanden van bijen over de hele wereld. "Een grotere stabiliteit in de microbiota dan die van de meeste sociale insecten", zegt Joanito Liberti. Deze microben zijn allemaal kweekbaar in het laboratorium en een team onder leiding van Philipp Engel (co-laatste auteur van de publicatie en universitair hoofddocent aan de DMF) heeft collecties bacteriestammen klaar om te worden getest. Bovendien is het vrij eenvoudig om honingbijen te verkrijgen die geen darmmicroben bevatten zonder antibiotica te gebruiken, wat bijwerkingen kan hebben en de resultaten van de experimenten kan vertekenen. Hoe? Het enige dat u hoeft te doen vanuit een bijenkorfframe, is voorzichtig en geduldig poppen (die steriele ingewanden hebben) uit hun verzegelde cellen halen. De bijen kunnen dan experimenteel worden gekoloniseerd met bekende bacteriën, waardoor het mogelijk is om de impact van deze bacteriën op de dieren op een precieze manier te bestuderen.

Het resultaat van een samenwerking tussen wetenschappers en bijen

De postdoctorale fellow, die in twee laboratoria werkt, heeft geprofiteerd van de complementaire expertise tussen de bijenmicrobiota-onderzoekers van het DMF en de kennis over geautomatiseerde gedragsregistratie van een team onder leiding van Laurent Keller (hoogleraar aan de DEE). "Tweehonderd darmmicrobiota-vrije bijen werden verdeeld in twee groepen, één gekoloniseerd door een representatief mengsel van darmmicroben en de andere steriel achtergelaten, d.w.z. met 100 tot 1000 keer minder microben dan de gekoloniseerde groep", zegt Joanito Liberti. "Dit experiment werd uitgevoerd op negen kolonies."

"Zoals we regelmatig doen met mieren, hebben we aan elke bij een unieke QR-code toegevoegd om automatisch volgen op individueel niveau mogelijk te maken", zegt Tomas Kay (zie de ID's in de video). Gedurende meer dan 150 uur werden hun interacties geregistreerd en werden "head-to-head" interacties (via hun antennes of via hun mond, proboscis genoemd) geteld (zie de gele lijnen die alle interactietypes in de video vertegenwoordigen). De onderzoekers ontdekten dat bijen met een uitgeputte microbiota minder interactie met elkaar hadden dan bijen die experimenteel waren gekoloniseerd. Bovendien vormden de laatste meer gestructureerde sociale netwerken dan de eerste. "Elk dier heeft beste vrienden met wie het bij voorkeur omgaat", zegt Philipp Engel, waardoor de efficiëntie van de taakuitvoering binnen de groep wordt verbeterd.

De darm-hersen-as

Hoewel de onderliggende mechanismen onbekend blijven, vonden de biologen enkele eerste aanwijzingen. In de hersenen van bijen die zijn gekoloniseerd met darmmicrobiota, waren bepaalde moleculen (die van fundamenteel belang zijn voor het functioneren van de hersenen) overvloediger dan in de hersenen van bijen zonder microbiota. Serine en ornithine waren bijvoorbeeld overvloediger aanwezig in de hersenen van microbiota-gekoloniseerde bijen, en in de hersenen van bijen die vaker interactie hadden. Daarnaast beïnvloedden de bacteriën de expressie van bepaalde genen in de darmen en in het gebied van de hersenen dat verantwoordelijk is voor de waarneming van reuk- (via de antennes) en smaak (via de mond) prikkels.

"Deze gegevens suggereren dat er een verband bestaat tussen de hersenfuncties die essentieel zijn voor het sociale gedrag van bijen en hun darmflora", zegt Joanito Liberti. Een noodsituatie voor het milieu De darmflora van bijen kan worden aangetast door blootstelling aan pesticiden (bijv. neonicotinoïden) of herbiciden (bijv. glyfosaat). Het gebruik van deze giftige producten zou daarom de goede werking van de hersenen en uiteindelijk de natuurlijke sociale organisatie van de kolonies kunnen verstoren.

"Inderdaad, onderlinge interacties zijn essentieel voor de overdracht van vitale informatie", zegt professor Engel. "De algemene belangstelling voor de 'darm-brein'-as groeit en deze weg moet verder worden verkend", besluit de eerste auteur van het artikel. + Verder verkennen

Hoe de darmbacteriën van honingbijen helpen hun stuifmeelrijke voeding te verteren