Nature子刊：这种昆虫可以为天然肠道微生物合成营养物质

　　来自UNIL和EPFL的两个团队已经成功地证明了这种昆虫可以为天然肠道微生物合成营养物质。一项发表在《自然微生物学》上的研究。

　　

来自UNIL和EPFL的两个团队已经成功地证明了这种昆虫可以为天然肠道微生物合成营养物质。一项发表在《自然微生物学》上的研究。

细菌已经适应了所有陆地环境。有些已经进化到可以在动物的肠道中生存，在那里它们对宿主起着重要的作用;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，它们抵御致病菌的入侵，它们合成神经活性分子来调节宿主的行为和认知。

这些对宿主来说都是巨大的优势，但细菌从中得到了什么优势呢?当然，寄主提供了一个舒适的家，但寄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，但有了……蜜蜂的帮助，就有可能回答这个问题。位于多里尼的unl基础微生物学系(DMF)的Philipp Engel教授将目光投向了西部蜜蜂(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。这种昆虫以生产美味的蜂蜜而闻名，也是肠道微生物群研究的绝佳实验模型:它已经获得了一个非常简单和稳定的微生物群，仅由大约20种细菌组成。在恩格尔小组的实验室里，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居的特定物种。

细菌吃饱了

蜜蜂喜欢吃营养丰富的花粉和蜂蜜，但它们也可以长时间只吃糖水。但是肠道细菌会发生什么变化呢?洛桑科学家于2024年1月15日发表在《自然微生物学》杂志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·查兹利开始寻找证据，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，肠道细菌会消耗膳食营养素以及其他微生物产生的废物。

然而，他们的第一个结果让他们感到困惑:肠道中有一种特殊的细菌，alvi Snodgrassella，不能代谢糖来生长，然而，当糖是蜜蜂饮食中唯一的食物，没有其他细菌存在时，它仍然在肠道中定居。

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)，这些酸被出口到肠道中，当S. alvi存在时，这些酸的含量会减少。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S. alvi在其肠道中定居?

图片证明

证明这一假设异常困难，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)的实验室里。Meibom教授和他的团队是在复杂环境中以纳米尺度分辨率测量代谢物通量的专家，他们使用的是欧洲为数不多的纳米次级离子质谱(NanoSIMS)仪器之一。

这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，葡萄糖中的天然碳原子12C被天然稀有的13C“标记”同位素所取代。然后这些蜜蜂被安置在S. alvi中。实验结束后，固定肠子开始了一段旅程，首先经过了unl的电子显微镜设备，由高级讲师Christel Genoud带领。然后，他们前往梅博姆教授和他的纳米模拟仪器的实验室。最后，科学家们能够构建蜜蜂肠道中13C原子的二维“图像”，这表明S. alvi细胞显著富含13C，这反映了肠道中存在的酸的13C富集。

为了拯救蜜蜂

因此，在一张图像中，研究小组能够确凿地证明蜜蜂为其肠道细菌合成食物。“这是一个前沿的、真正跨学科的科学合作的好例子，它把UNIL和EPFL的几个科学单位聚集在一起，”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技术应用于生物学棘手问题的先驱。

“有可能许多其他肠道微生物也以宿主衍生的化合物为食，”联合主要作者安德鲁·奎因博士说，他想象着将这种方法扩展到其他细菌上。重新关注蜜蜂:“这些结果也可以解释为什么蜜蜂有如此专门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复杂的代谢协同作用被破坏所致。我们已经知道，接触除草剂草甘膦会使蜜蜂更容易受到病原体的影响，并减少肠道中s.alvi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。”