Bakterije su se prilagodile svim zemaljskim sredinama. Neki su evoluirali da prežive u crevima životinja, gde igraju važnu ulogu za svog domaćina; obezbeđuju energiju razgradnjom neprobavljive hrane, treniraju i regulišu imuni sistem, štite od invazije patogenih bakterija i sintetišu neuroaktivne molekule koji regulišu ponašanje i spoznaju svog domaćina.
Ovo su velike prednosti za domaćina, ali koje prednosti imaju bakterije? Svakako, domaćin pruža udoban dom, ali da li domaćin takođe obezbeđuje hranljive materije domaćim bakterijama koje im omogućavaju kolonizaciju?
To je teško pitanje na koje je moguće odgovoriti uz pomoć … pčela. Profesor Philipp Engel na UNIL-ovom Odeljenju za fundamentalnu mikrobiologiju (DMF) u Dorigniju usredsredio se na zapadnu medonosnu pčelu (Apis mellifera). Oni su relativno jednostavan sistem za proučavanje u poređenju sa ljudima i njihovom mikrobiotom creva.
Ovaj insekt je najpoznatiji po ukusnom medu koji proizvodi. Takođe je odličan eksperimentalni model za istraživanje mikrobiote creva: stekao je izuzetno jednostavnu i stabilnu mikrobiotu sastavljenu od samo dvadesetak vrsta bakterija. U laboratoriji Engel grupe, pčele se uzgajaju bez crevnih bakterija, a zatim se hrane određenim vrstama koje će kolonizovati creva.
Pčele vole da se hrane polenom i medom bogatim hranljivim materijama, ali takođe mogu dugo da prežive na ishrani samo sa šećernom vodom. Ali šta se dešava sa crevnim bakterijama?
Studija objavljena u Nature Microbiologi od strane naučnika iz Lozane otkriva nove uvide: dr Endrju Kvin i dr. Kandidatkinja Iassine El Chazli počela je traženjem dokaza da bakterije dele hranljive materije jedna sa drugom kada pčele ne primaju ništa više od šećerne vode. Zapamtite da je poznato da crevne bakterije konzumiraju hranljive materije, kao i otpadne proizvode drugih mikroorganizama.
Međutim, njihovi prvi rezultati su ih zbunili: jedna specifična bakterija u crevima, Snodgrassella alvi, ne može da metaboliše šećer da bi rasla, a ipak je kolonizovala pčelinja creva kada je šećer bio jedina hrana u ishrani, a druge bakterije nisu bile prisutne.
Merenjem metabolita u crevima, naučnici su otkrili da pčela sintetiše više kiselina (limunska kiselina, jabučna kiselina, 3-hidroksi-3-metilglutarna kiselina, itd.) koje se izvoze u creva i koje su bile manje zastupljene kada je S. alvi poklon. Ovi rezultati su ih naveli da postave neočekivanu hipotezu: Da li pčela direktno omogućava S. alvi da kolonizuje svoja creva obezbeđujući neophodne hranljive materije?
Dokazivanje ove hipoteze bilo je iznenađujuće teško, ali na sreću, ključna ekspertiza je bila preko puta u laboratoriji profesora Andersa Meiboma (povezanog sa UNIL-om i EPFL). Profesor Meibom i njegov tim su stručnjaci za merenje protoka metabolita u složenim okruženjima u rezoluciji nanometarske skale korišćenjem jednog od retkih instrumenata NanoSIMS (Nanoscale Secondari Ion Mass Spectrometri) u Evropi.
Zajedno, dva tima su osmislila eksperiment u kome su pčele bez mikrobiote dobile specijalnu ishranu glukoze gde su prirodni 12 C atomi ugljenika u glukozi zamenjeni prirodno retkim 13 C „obeleženim“ izotopima.
Pčele su potom kolonizovane sa S. alvi. Na kraju eksperimenta, fiksirana creva su krenula na putovanje, prvo prolazeći pored postrojenja za elektronsku mikroskopiju UNIL-a, koje je predvodila viši predavač Kristel Genoud.
Zatim su prešli u laboratoriju profesora Meiboma i njegovog NanoSIMS-a. Na kraju, naučnici su uspeli da konstruišu 2-dimenzionalnu „sliku“ atoma 13 C u crevima pčele, koja je pokazala da su ćelije S. alvi značajno obogaćene 13 C, što je odražavalo obogaćivanje 13 C. kiselina prisutnih u crevima.
Dakle, na jednoj slici, tim bi mogao da pokaže da pčela sintetiše hranu za svoje crevne bakterije. „Ovo je divan primer vrhunske, zaista interdisciplinarne naučne saradnje, koja je okupila nekoliko naučnih jedinica unutar UNIL-a i EPFL-a“, komentariše Anders Meibom.
„Kada radimo zajedno na ovaj način, nema mnogo akademskih sredina u svetu koje imaju više da ponude“, dodaje profesor, koji je pionir u primeni NanoSIMS tehnologija na nepopustljiva pitanja biologije.
„Moguće je da se i mnogi drugi crevni mikroorganizmi hrane jedinjenjima koja potiču iz domaćina“, kaže vodeći autor dr Endrju Kvin, zamišljajući proširenje ovog pristupa na druge bakterije. Ponovno fokusiranje na pčele: „Ovi rezultati bi takođe mogli da objasne zašto pčele imaju tako specijalizovanu i očuvanu mikrobiotu creva.“
Ovi mehanizmi bi mogli da igraju ulogu u ranjivosti pčela na klimatske promene, pesticide ili nove patogene: „Njihova ranjivost bi mogla da bude rezultat poremećaja ove složene metaboličke sinergije između pčele i njene crevne mikrobiote. Već znamo da je izloženost herbicidu glifosatu čini pčele podložnijim patogenima i smanjuje obilje S. alvi u crevima. Sada, naoružani ovim novim otkrićima, tražimo odgovore na ova hitna pitanja.“
