In een baanbrekend onderzoek hebben onderzoekers van het Baylor College of Medicine en de Texas A&M University een direct verband geïdentificeerd tussen omkeerbare epigenetische kenmerken en gedragspatronen bij honingbijen, wat kritisch inzicht verschaft in de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan het gedrag van bijen en de sociale organisatie.

In de bijenkorf specialiseren individuele bijen zich in een goed georganiseerde samenleving. Bijen kunnen verschillende taken op zich nemen, zoals het zoeken naar voedsel, de zorg voor de jongen of het verdedigen van de korf, afhankelijk van hun leeftijd en de behoeften van de kolonie. Deze diversiteit aan gedrag speelt een cruciale rol bij het in stand houden van de efficiënte werking van de bijenkorf.

Epigenetische modificaties, dit zijn chemische veranderingen in het DNA die de genexpressie beïnvloeden zonder de DNA-sequentie te veranderen, zijn naar voren gekomen als potentiële mechanismen voor het reguleren van gedrag. De specifieke rol van epigenetische kenmerken in sociaal gedrag is echter nog steeds slecht begrepen.

Om deze kloof te dichten, onderzochten onderzoekers, onder leiding van dr. Margaret Couvillon en dr. Gro V Amdam, hersenweefsel van honingbijen die verschillende taken uitvoeren en verpleegsters zijn, en analyseerden ze hun epigenetische landschap.

Het team concentreerde zich op een specifiek type epigenetisch kenmerk dat bekend staat als DNA-methylatie, waarbij chemische modificaties aan het DNA-molecuul betrokken zijn. DNA-methylatie kan genen in- of uitschakelen, waardoor de genexpressie en de cellulaire functie worden beïnvloed.

Opvallend genoeg ontdekten de onderzoekers dat de niveaus van DNA-methylatie bij bepaalde genpromoters significant verschillend waren bij verzamelaars en verpleegsters. Deze verschillende methylatiepatronen gaven aan dat genexpressie op een taakspecifieke manier werd gereguleerd.

Uit verder onderzoek bleek dat deze epigenetische veranderingen niet permanent waren, maar eerder omkeerbaar. Toen verpleegsters experimenteel werden aangezet om verzamelaars te worden, veranderden hun methylatiepatronen zodat ze overeenkwamen met die van de verzamelaars. Omgekeerd, toen verzamelaars een verpleegkundige rol moesten aannemen, veranderden hun methylatieprofielen zodat ze leken op die van verpleegsters.

De bevindingen suggereerden sterk dat omkeerbare DNA-methylatie betrokken is bij het reguleren van de gedragstransities wanneer individuen van de ene taak naar de andere overschakelen in de bijenkolonie.

De onderzoekers gingen dieper in op de mechanismen die ten grondslag liggen aan deze epigenetische modificatie en ontdekten dat hersengebieden die geassocieerd zijn met cognitie bijzonder hoge niveaus vertoonden van het enzym dat verantwoordelijk is voor DNA-methylatie.

Deze bevinding benadrukte de belangrijke rol van de hersenen bij het beheersen van de epigenetische regulatie van gedrag.

Over het geheel genomen heeft de studie niet alleen het moleculaire verband blootgelegd tussen epigenetische kenmerken en gedragspatronen bij sociale bijen, maar ook gezinspeeld op mogelijke routes die signalen uit de omgeving en sociale interactie epigenetische veranderingen zouden kunnen veroorzaken.

Dit onderzoek vergroot ons begrip van de moleculaire mechanismen die het sociale gedrag bij bijen bepalen, en mogelijk ook bij andere sociale insecten. Epigenetica zou een nieuwe weg kunnen bieden voor onderzoek bij evolutiebiologen, psychologen en neurowetenschappers die de complexe gedragspatronen bestuderen die in het dierenrijk worden waargenomen.