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
ДНК паразита выделили из останков древнеримского мужчины
Палеогенетики впервые прочитали полный митохондриальный геном древнего малярийного плазмодия (Plasmodium falciparum). ДНК этого паразита ученые выделили из останков древнеримского мужчины, который жил в I–II веках нашей эры на юге современной Италии. Судя по филогенетическому анализу, этот распространенный в Европе вид происходил из Азии. Препринт статьи доступен на сайте bioRxiv.org.