Las bacterias se han adaptado a todos los ambientes terrestres.
Algunos han evolucionado para sobrevivir en el intestino de los animales, donde desempeñan un papel importante para su huésped; proporcionan energía degradando alimentos no digeribles, entrenan y regulan el sistema inmunológico, protegen contra la invasión de bacterias patógenas y sintetizan moléculas neuroactivas que regulan el comportamiento y la cognición de su huésped.
Éstas son grandes ventajas para el huésped, pero ¿qué ventajas obtienen las bacterias? Ciertamente, el huésped proporciona un hogar confortable, pero ¿el huésped también proporciona nutrientes a las bacterias nativas que les permiten colonizar?
Es una pregunta difícil que es posible responder con la ayuda de… las abejas. El profesor Philipp Engel del Departamento de Microbiología Fundamental (DMF) de la UNIL en Dorigny ha puesto su mirada en la abeja melífera occidental (Apis mellifera). Son un sistema relativamente sencillo de estudiar en comparación con los humanos y su microbiota intestinal.
Este insecto es mejor conocido por la deliciosa miel que produce. También es un excelente modelo experimental para la investigación de la microbiota intestinal: ha adquirido una microbiota notablemente simple y estable compuesta por sólo una veintena de especies bacterianas. En el laboratorio del grupo Engel, las abejas se crían sin bacterias intestinales y luego se alimentan con especies específicas que colonizarán el intestino.
Pensión completa para las bacterias.
A las abejas les encanta atiborrarse de polen y miel ricos en nutrientes, pero también pueden sobrevivir durante largos períodos con una dieta compuesta únicamente de agua azucarada. Pero ¿qué pasa con las bacterias intestinales?
Un estudio publicado en Nature Microbiology por científicos de Lausana revela nuevos conocimientos: el Dr. Andrew Quinn y Ph.D. El candidato Yassine El Chazli comenzó buscando evidencia de que las bacterias comparten nutrientes entre sí cuando las abejas no reciben más que agua azucarada. Recuerde que se sabe que las bacterias intestinales consumen nutrientes de la dieta, así como productos de desecho de otros microorganismos.
Sin embargo, sus primeros resultados los dejaron perplejos: una bacteria específica en el intestino, Snodgrassella alvi, no puede metabolizar el azúcar para crecer y, sin embargo, colonizó el intestino de las abejas cuando el azúcar era el único alimento en la dieta y no había otras bacterias presentes.
Al medir los metabolitos en el intestino, los científicos descubrieron que la abeja sintetiza múltiples ácidos ( ácido cítrico , ácido málico, ácido 3-hidroxi-3-metilglutárico, etc.) que se exportan al intestino y eran menos abundantes cuando S. alvi era presente. Estos resultados los llevaron a plantear una hipótesis inesperada: ¿la abeja permite directamente a S. alvi colonizar su intestino proporcionándole los nutrientes necesarios?
Prueba de imagen
Demostrar esta hipótesis fue sorprendentemente difícil, pero afortunadamente, la experiencia clave estaba al otro lado de la calle, en el laboratorio del profesor Anders Meibom (afiliado a UNIL y EPFL). El profesor Meibom y su equipo son expertos en medir el flujo de metabolitos en entornos complejos con una resolución a escala nanométrica utilizando uno de los pocos instrumentos NanoSIMS (espectrometría de masas de iones secundarios a nanoescala) en Europa.
Juntos, los dos equipos idearon un experimento en el que las abejas libres de microbiota recibieron una dieta especial de glucosa donde los átomos de carbono naturales de 12 C en la glucosa fueron reemplazados por los isótopos “marcados” de 13 C, naturalmente raros.
Luego, las abejas fueron colonizadas con S. alvi. Al final del experimento, los intestinos fijos se embarcaron en un viaje, pasando primero por las instalaciones de microscopía electrónica de la UNIL, dirigidas por la profesora titular Christel Genoud.
Luego pasaron al laboratorio del profesor Meibom y su NanoSIMS. Al final, los científicos pudieron construir una “imagen” bidimensional de los átomos de 13 C en el intestino de la abeja, que mostró que las células de S. alvi estaban significativamente enriquecidas en 13 C, lo que reflejaba el enriquecimiento de 13 C. de los ácidos presentes en el intestino.
Al rescate de las abejas
Así, en una sola imagen , el equipo pudo demostrar de forma concluyente que la abeja sintetiza alimento para sus bacterias intestinales. “Este es un maravilloso ejemplo de colaboración científica de vanguardia y verdaderamente interdisciplinaria, que ha reunido a varias unidades científicas dentro de UNIL y EPFL”, comenta Anders Meibom.
“Cuando trabajamos juntos de esta manera, no hay muchos entornos académicos en el mundo que tengan más que ofrecer”, añade el profesor, pionero en la aplicación de tecnologías NanoSIMS a las intransigentes cuestiones de la biología.
“Es posible que muchos otros microorganismos intestinales también se alimenten de compuestos derivados del huésped”, dice el coautor principal, el Dr. Andrew Quinn, imaginando una extensión de este enfoque a otras bacterias . Centrándonos nuevamente en las abejas: “Estos resultados también podrían explicar por qué las abejas tienen una microbiota intestinal tan especializada y conservada”.
Estos mecanismos podrían desempeñar un papel en la vulnerabilidad de las abejas al cambio climático , los pesticidas o nuevos patógenos: “Su vulnerabilidad podría resultar de una interrupción en esta intrincada sinergia metabólica entre la abeja y su microbiota intestinal . Ya sabemos que la exposición al herbicida glifosato “Hace que las abejas sean más susceptibles a los patógenos y reduce la abundancia de S. alvi en el intestino. Ahora, armados con estos nuevos hallazgos, estamos buscando respuestas a estas preguntas urgentes”.
Más información: Andrew Quinn et al, ‘Los ácidos orgánicos derivados del huésped permiten la colonización intestinal del simbionte de abejas melíferas Snodgrassella alvi, Nature Microbiology (2024). DOI: 10.1038/s41564-023-01572-y
