Vissa insekter (t.ex. myror och några bin) lever i intrikat strukturerade samhällen eller kolonier. Deras kolonier kan bestå av tusentals individer som är specialiserade på olika uppgifter. De flesta individer är sterila och ägnar sina liv åt koloniuppgifter som att samla in mat eller mata ungarna. Fler och fler data tyder på en koppling mellan tarmens mikrobiota och djurs sociala beteende. Denna länk har tidigare studerats genom att observera interaktioner mellan par av individer, men inte på samhällsnivå i ett "hypersocialt" djur. Denna kunskapslucka fylldes av upptäckterna som gjorts av Dr Joanito Liberti, postdoktor vid avdelningarna för fundamental mikrobiologi (DMF) och ekologi och evolution (DEE) vid UNIL, och Tomas Kay, doktorand vid DEE, co-first författare till artikeln publicerad i tidskriften Nature Ecology &Evolution

En enkel och hanterbar mikrobiota

Honungsbiet är en mycket användbar modell eftersom det hyser en enkel mikrobiota som består av cirka femton arter av bakterier. Samma bakteriearter finns i tarmen hos bin över hela världen. "En större stabilitet i mikrobiota än för majoriteten av sociala insekter", säger Joanito Liberti. Dessa mikrober är alla odlingsbara i laboratoriet och ett team som leds av Philipp Engel (med sista författare till publikationen och docent vid DMF) har samlingar av bakteriestammar redo att testas. Dessutom är det ganska lätt att få tag på honungsbin som är utarmade på tarmmikrober utan att använda antibiotika, vilket kan ha biverkningar och fördomsfulla resultat av experimenten. Hur? Allt du behöver göra från en bikupa är att försiktigt och tålmodigt extrahera puppor (som har sterila tarmar) från sina förseglade celler. Bina kan sedan koloniseras experimentellt med kända bakterier, vilket gör det möjligt att studera dessa bakteriers inverkan på djuren på ett exakt sätt.

Resultatet av ett samarbete mellan forskare och bin

Den postdoktorala stipendiaten, som arbetar på två laboratorier, har dragit nytta av gratis expertis mellan bimikrobiotaforskare vid DMF och kunskapen om automatiserad beteendespårning från ett team ledd av Laurent Keller (full professor vid DEE). "Tvåhundra tarmmikrobiotafria bin delades in i två grupper, en koloniserad av en representativ blandning av tarmmikrober och den andra lämnades sterila, det vill säga med 100 till 1 000 gånger mindre mikrober än den koloniserade gruppen", säger Joanito Liberti. "Detta experiment utfördes på nio kolonier."

"Som vi regelbundet gör med myror, bifogade vi en unik QR-kod till varje bi för att möjliggöra automatisk spårning på individuell nivå", säger Tomas Kay (se ID:n i videon). Övervakade i över 150 timmar, deras interaktioner registrerades och "head-to-head" interaktioner (via deras antenner eller via deras mun, kallad snabel) räknades (se de gula linjerna som representerar alla interaktionstyper i videon). Forskarna fann att bin med en utarmad mikrobiota interagerade mindre med varandra än bin som hade koloniserats experimentellt. De senare bildade dessutom mer strukturerade sociala nätverk än de förra. "Varje djur har bästa vänner som det helst interagerar med", säger Philipp Engel, vilket förbättrar effektiviteten i uppgiftsutförandet inom gruppen.

Tarm-hjärnaxeln

Medan de underliggande mekanismerna förblir okända, fann biologerna några första indikationer. I hjärnan hos bin som koloniserats med tarmmikrobiota, fanns vissa molekyler (som är grundläggande för hjärnans funktion) rikligare än i hjärnorna hos bin som utarmat mikrobiota. Till exempel var serin och ornitin rikligare i hjärnan hos mikrobiotakoloniserade bin och i hjärnorna hos bin som interagerade oftare. Dessutom påverkade bakterierna uttrycket av vissa gener i tarmen och i den region av hjärnan som ansvarar för uppfattningen av lukt (via antennerna) och smak (via munnen) stimuli.

"Dessa data tyder på att det finns ett samband mellan hjärnans funktioner som är avgörande för binas sociala beteende och deras tarmmikrobiota", säger Joanito Liberti. En miljönödsituation Binas tarmmikrobiota kan försämras av exponering för bekämpningsmedel (t.ex. neonikotinoider) eller herbicider (t.ex. glyfosat). Användningen av dessa giftiga produkter kan därför störa hjärnans funktion och i slutändan den naturliga sociala organisationen av kolonierna.

"Faktiskt, head-to-head interaktioner är avgörande för överföring av viktig information", säger professor Engel. "Allmänt intresse för "tarm-hjärna"-axeln växer och denna väg måste fortsätta att utforskas, avslutar artikelns första författare. + Utforska vidare

Hur honungsbiets tarmbakterier hjälper till att smälta sin pollenrika kost