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Le api regine e la fontana microbica della giovinezza

A un occhio inesperto che osserva un alveare, tutti gli animali sembrano uguali, ma una nuova ricerca rivela che alcuni sono più uguali di altri.

Un team di ricercatori, tra cui tre studenti laureati dell’Università dell’Arizona, ha scoperto che mentre le api operaie e le regine possono essere geneticamente identiche, la loro durata di vita molto diversa sembra essere collegata a diversi microbi che vivono nelle loro viscere.

Le differenze osservate nelle popolazioni di batteri intestinali, chiamati microbiomi, potrebbero essere un indizio in un mistero che ha irritato gli scienziati per molto tempo: in due caste geneticamente identiche, perché le api operaie muoiono dopo poche settimane mentre le regine possono vivere anni?

“Il nostro studio è il primo a suggerire una connessione tra i batteri che abitano le viscere delle api, i cibi che mangiano e le differenze fisiologiche legate all’invecchiamento, allo stress e alla longevità”, afferma Kirk Anderson, microbiologo ricercatore della Carl Hayden Bee Research Centro di Tucson, Arizona. Anderson è anche uno scienziato aggiunto presso il Dipartimento di Entomologia e Centro per la scienza degli insetti presso il College of Agriculture and Life Sciences dell’UA.

Lo studio è il risultato di una collaborazione interdisciplinare tra l’UA, il BIO5 Institute dell’UA e il Carl Hayden Bee Research Center, gestito dall’Agricultural Research Service del Dipartimento dell’agricoltura degli Stati Uniti. Il gruppo ha pubblicato i risultati all’inizio di questo mese sulla rivista scientifica di alto livello Microbiome .

Sfruttando le capacità di sequenziamento di nuova generazione dell’UA, il team di Anderson ha identificato le specie e le quantità di batteri che vivono nell’intestino delle api. Ciò ha permesso loro di confrontare i batteri che compongono la flora intestinale nelle lavoratrici anziane rispetto alle regine che invecchiano.

Un numero crescente di ricerche suggerisce che nell’uomo i cosiddetti batteri probiotici come Bifidobacterium e Lactobacillus sono associati alla salute e alla longevità, mentre i batteri appartenenti a un gruppo noto come Proteobacteria sono spesso associati a squilibri microbici malsani. Sembra esserci una tendenza simile nelle api operaie, portando i ricercatori a sperare che le api possano essere utilizzate come organismi modello per studiare gli assemblaggi più complessi di microbi che compongono il microbioma nei mammiferi, compreso l’uomo.

Simile alla fisiologia dell’invecchiamento, i ricercatori hanno scoperto che le api regine e operaie intraprendono diverse traiettorie microbiche: quando le operaie invecchiano, i loro microbiomi intestinali si allontanano dal predominio iniziale di microbi benefici e probiotici e il loro intestino viene assorbito sempre più da batteri associati a cattive condizioni di salute e aspettativa di vita più breve. Il Queens, d’altra parte, riesce in qualche modo a supportare un microbioma più raffinato ed efficiente, conservando “le firme della giovinezza”, come dice Anderson.

“L’invecchiamento dell’intestino umano attraversa la stessa identica cosa”, dice. “Come l’ape operaia, perde le specie probiotiche come Bifidobacterium e Lactobacillus e guadagna una varietà di Proteobacteria, e questi cambiamenti sono intimamente legati alla nostra salute”.

Negli ultimi anni, l’interesse per i ruoli dei microbi intestinali è aumentato. Un’ampia ricerca è stata mirata a districare le complesse vie metaboliche e le interazioni tra le cellule del nostro corpo e i nostri commensali microbici e la miriade di composti chimici che producono e scambiano.

Una di queste molecole è il butirrato, uno dei tanti acidi grassi a catena corta prodotti dalla fermentazione microbica della fibra alimentare. È noto che gli acidi grassi a catena corta hanno importanti funzioni che vanno dalla produzione di ormoni alla soppressione dell’infiammazione e possibilmente del cancro.

“Il butirrato è prodotto nelle viscere delle api mellifere, attraverso il co-metabolismo dei batteri che abbiamo scoperto che si esauriscono nelle lavoratrici anziane e si accumulano nelle regine che invecchiano”, afferma Duan Copeland, coautore e dottorando nel Dipartimento di microbiologia dell’UA. “Sia nelle api mellifere che nell’uomo, il butirrato è fondamentale per la salute dell’intestino, ma influisce anche su un’ampia varietà di problemi di salute sistemici. Aumenta l’immunità e la disintossicazione nelle api ed è noto per influenzare le funzioni principali degli esseri umani, compresi i livelli di energia e il comportamento. “

“Presumiamo che la presenza dei batteri probiotici sia una componente della vita più lunga della regina”, afferma Patrick Maes, uno studente di dottorato del quinto anno presso il Dipartimento di Entomologia e Centro per la scienza degli insetti presso l’UA. “L’altro sono i suoi livelli molto più alti di vitellogenina, che rimangono alti per tutta la vita. Nei lavoratori, vedrai il picco presto, per poi diminuire in pochi giorni”.

La vitellogenina è una molecola di stoccaggio dei nutrienti sempre abbondante nel grasso e nel sangue delle regine. Più che una semplice alimentazione, agisce come antiossidante, migliora l’immunità e sopprime l’infiammazione.

“Molti dei microbi intestinali condivisi da umani e api possono essere considerati gli stessi personaggi in un’opera teatrale diversa”, dice Maes. “Ognuno ospita classi simili di batteri. Osservando questo sistema semplificato, possiamo imparare molto sul sistema umano, e possibilmente aumentare,”.

“Gli operai le daranno da mangiare solo pappa reale, che producono in ghiandole specializzate. Puoi pensare alla pappa reale come a un tipo di super cibo, l’equivalente dell’ape del latte materno, che supporta i batteri benefici e contiene peptidi antimicrobici”.

Lo studio suggerisce che la pappa reale , che migliora la crescita dei microbi intestinali specifici della regina , imposta la regina su una traiettoria verso una vita molto più lunga spostando il suo microbioma intestinale lontano da quello dell’ape operaia comune. I lavoratori, d’altra parte, fanno affidamento principalmente sul polline come alimento base.

La pappa reale, il miele e altri fattori nell’ambiente dell’alveare tengono a bada i microbi indesiderati, afferma Copeland. Le api possono acquisire i loro microbi benefici entrando in contatto con i negozi di cibo, i loro compagni di nido e l’ambiente generale dell’alveare.

I ricercatori pensano che le api mellifere potrebbero costituire un modello eccellente per la ricerca sul microbioma umano, a causa delle sorprendenti somiglianze. Mentre il microbioma umano comprende probabilmente migliaia di specie batteriche, l’ape ne ha solo una dozzina, un numero molto più gestibile da studiare.

I microbiomi convenzionali, in cui sono noti tutti i microbi e tutti i loro geni, sono già disponibili per i topi, e lo stesso si sta realizzando per le api mellifere. Tale ricerca, afferma Anderson, potrebbe aiutare a risolvere due dei grandi fattori di confusione negli studi sul microbioma umano: dieta e longevità.

“Come e perché le cose invecchiano e muoiono?” lui dice. “Questi sono processi fondamentali che i sistemi modello ci aiutano a esplorare e l’ ape mellifera con la sua trattabilità e il microbioma relativamente semplice potrebbe aiutarci a rispondere a queste domande”.

Maggiori informazioni: Kirk E. Anderson et al. L’intestino della regina si affina con l’età: fenotipi di longevità in un modello di insetto sociale, Microbiome (2018). DOI: 10.1186/s40168-018-0489-1