新的研究表明，蜜蜂产生的营养物质有助于其肠道细菌的定植，突出了宿主-微生物群的共生关系，并提供了对蜜蜂环境脆弱性的见解。
细菌已经适应了所有的陆地环境。有些已经进化到在动物的肠道中生存，在那里它们对宿主起着重要作用;它们通过降解难以消化的食物来提供能量，它们训练和调节免疫系统，防止病原菌入侵，并合成调节宿主行为和认知的神经活性分子。
宿主与细菌关系的互惠互利
这些对宿主来说都是巨大的优势，但细菌又有什么优势呢？当然，宿主提供了一个舒适的家，但宿主是否也为本地细菌提供营养，使它们能够定植？
这是一个很难回答的问题，可以借助…蜜蜂。位于多里尼的UNIL基础微生物学系（DMF）的Philipp Engel教授将目光投向了西方蜜蜂（Apis mellifera）。与人类及其肠道微生物群相比，它们是一个相对简单的研究系统。这种昆虫以其生产的美味蜂蜜而闻名，也是肠道微生物群研究的绝佳实验模型：它获得了一个非常简单和稳定的微生物群，仅由大约二十种细菌组成。在恩格尔小组的实验室中，蜜蜂在没有肠道细菌的情况下饲养，然后喂食将在肠道中定植的特定物种。
细菌的全食宿
蜜蜂喜欢大口吃营养丰富的花粉和蜂蜜，但它们也可以在仅含糖水的饮食中长期生存。但是肠道细菌会发生什么？洛桑科学家于2024年1月15日发表在《自然微生物学》上的一项研究揭示了新的见解：安德鲁·奎因博士和博士候选人亚辛·埃尔·查兹利（Yassine El Chazli）首先寻找证据，证明当蜜蜂只接受糖水时，细菌会相互分享营养。请记住，众所周知，肠道细菌会消耗饮食营养物质以及其他微生物的废物。
然而，他们的第一个结果让他们感到困惑：肠道中的一种特定细菌，Snodgrassella alvi，不能代谢糖来生长，但当糖是饮食中唯一的食物并且没有其他细菌存在时，它仍然在蜜蜂肠道中定植。
通过测量肠道中的代谢物，科学家们发现蜜蜂合成了多种酸（柠檬酸、苹果酸、3-羟基-3-甲基戊二酸等），这些酸被输出到肠道中，当有 S. alvi 时，这些酸的含量较低。这些结果使他们提出了一个意想不到的假设：蜜蜂是否通过提供必要的营养物质直接使阿尔维链球菌在其肠道中定植？
图片校样
证明这一假设出乎意料地困难，但幸运的是，关键的专业知识就在马路对面的Anders Meibom教授（隶属于UNIL和EPFL）的实验室。Meibom教授和他的团队是使用欧洲为数不多的NanoSIMS（纳米级二次离子质谱）仪器之一，以纳米级分辨率测量复杂环境中代谢物的通量的专家。
两个团队一起设计了一个实验，在这个实验中，没有微生物群的蜜蜂接受了一种特殊的葡萄糖饮食，其中葡萄糖中的天然12个C碳原子被天然稀有的13C“标记”同位素所取代。然后用 S. alvi 定植蜜蜂。在实验结束时，固定的胆量开始了一段旅程，首先经过了由高级讲师克里斯特尔·吉努德（Christel Genoud）领导的UNIL电子显微镜设施。然后，他们继续前往Meibom教授和他的NanoSIMS实验室。最后，科学家们能够构建蜜蜂肠道中13个C原子的二维“图像”，这表明S. alvi细胞在13 C中显着富集，这反映了肠道中存在的酸的13C富集。
拯救蜜蜂
因此，在一张图像中，研究小组能够最终证明蜜蜂为其肠道细菌合成食物。“这是尖端的、真正的跨学科科学合作的一个很好的例子，它汇集了UNIL和EPFL的几个科学单位，”Anders Meibom评论道。当我们以这种方式合作时，世界上没有多少学术环境可以提供更多的东西，“这位教授补充道，他是将NanoSIMS技术应用于生物学顽固问题的先驱。
“许多其他肠道微生物也可能以宿主衍生的化合物为食，”共同主要作者Andrew Quinn博士说，他想象将这种方法扩展到其他细菌。重新关注蜜蜂：“这些结果也可以解释为什么蜜蜂具有如此特殊和保守的肠道微生物群。
这些机制可能在蜜蜂对气候变化、杀虫剂或新病原体的脆弱性中发挥作用：“它们的脆弱性可能是由于蜜蜂与其肠道微生物群之间这种错综复杂的代谢协同作用的破坏造成的。我们已经知道，接触除草剂草甘膦会使蜜蜂更容易感染病原体，并降低肠道中白链球菌的丰度。现在，有了这些新发现，我们正在寻找这些紧迫问题的答案。
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