Кишечные бактерии помогли пчелам наладить коммуникацию

Ученые из Германии и Швейцарии оценили вклад микробиома кишечника в социальное поведение пчел. Оказалось, что он заставляет пчел чаще взаимодействовать друг с другом. Более того, метаморфозы в поведении насекомых сопровождаются изменениями в экспрессии генов и синтезе метаболитов в головном мозге. Результаты исследования опубликованы в Nature Ecology & Evolution.

Микробиота кишечника влияет не только на здоровье людей, но и на вкусовые пристрастия. Ученые заподозрили, что поведение тоже может зависеть от состава бактериального сообщества в кишечнике. Но изучать это на людях или хотя бы мышах — сложно. Например, оказалось, что у людей с расстройством аутистического спектра состав кишечного микробиома отличается от нейротипичных людей. Но все еще непонятно: это микробиом вызывает особенности в социальной жизни или наоборот (подробнее в нашем материале «Кто первый начал»).
Удачной моделью, на которой можно исследовать связь микробиома и социального поведения, могут стать пчелы. В улье насекомые находятся в тесном контакте друг с другом, образуя сложную социальную структуру. К тому же, ученые много знают об их кишечном микробиоме и даже могут управлять им. Исследователи решили проверить, изменится ли что-то в поведении пчел, если лишить их кишечники микробиоты.

Группа ученых под руководством Филиппа Энгеля (Philipp Engel) и Лоран Келлер (Laurent Keller) из Университета Лозанны и Университета Вюрцбурга вырастила пчел в стерильных условиях, из-за чего в их кишечниках не было микроорганизмов. Затем одной группе животных пересадили измельченные кишечники пчел-кормилиц, что позволило воспроизвести естественный состав микробиоты. Другие пчелы остались с кишечниками, обедненными бактериями.
С помощью автоматической системы ученые отслеживали контакты между пчелами и скорость движения насекомых. Также исследователям было важно установить тип контакта между пчелами: «голова-к-голове» или «тело-к-телу». Контакт «голова-к-голове» происходит, когда две пчелы друг находятся напротив друг друга, соприкасаясь антеннами. Это может означать, что они передают друг другу или выпрашивают нектар — а это более тесная связь между двумя насекомыми, чем «тело-к-телу».

Пчелы с нормальной микробиотой чаще образовывали связи по типу «голова к голове» с собратьями по улью, причем они контактировали с определенными группами насекомых. Пчелы с обедненной микробиотой не образовывали таких прочных связей, взаимодействуя друг с другом случайным образом.

Затем исследователи проанализировали содержание метаболитов в мозге и гемолимфе (пчелином аналоге крови). В головном мозге пчел с микробиотой от пчел-кормилиц они обнаружили наибольшее разнообразие различных метаболитов. Среди них нашлись аминокислоты, необходимые для передачи импульса по синапсам и работы мозга, а также предикторы взаимодействия «голова-к-голове» — вещества, которые появляются в мозге перед совершением такого контакта. Известно, что некоторые аминокислоты пчелы не способны синтезировать сами и могут получить их только из пищи или от микроорганизмов. Авторы исследования склоняются к тому, что некоторые из обнаруженных метаболитов могли попасть в мозг от кишечных бактерий.

Отличия между пчелами двух групп проявились даже на уровне экспрессии генов. Оказалось, что в мозге пчел с нормальной и обедненной микробиотой по-разному активны гены и в кишечнике (4988 генов), и мозге (91 ген). Среди них — гены метаболизма аминокислот, а также связанные с упаковкой хромосом.

Ученым также удалось найти среди пересаженного от пчел-кормилиц гомогената бактерию, которая, скорее всего, играет главную роль во всех наблюдаемых эффектах — Bifidobacterium asteroides. Выяснилось, что если заселить кишечник только этой бактерией, то около четверти генов по-разному работающих у пчел с отличающимся микробиомом, также по-разному экспрессируются по сравнению с пчелами, имеющими обедненную микробиоту.

Взаимодействие с себе подобными — сложно устроенный процесс, и регулируется не только бактериями в кишечнике. Долгая разлука и стресс также влияют на социальное поведение.

Полина Гребенкина