lI microbiota intestinale dei bombi

“Tutti conoscono il corpulento e bonario bombo. Vestito del suo bel mantello di pelliccia, rappresenta la vita del lussureggiante giardino e del modesto ciglio della strada in fiore. Canticchiando si sposta avidamente da un fiore all’altro, raccogliendo diligentemente nettare e polline […]” (F.W.L Sladen 1912).

I bombi sono considerati insetti affascinanti da naturalisti di ogni epoca. Non solo, per decenni ha circolato la convinzione popolare che il volo del bombo, proprio per il suo peso e struttura, violasse le leggi della fisica. Convinzione ora ampiamente screditata che però, ha posto il bombo sotto la lente d’ingrandimento anche di fisici e matematici nel mondo.
Nonostante gli studi sulla fisica del loro volo, la caratteristica principale dei bombi è quella di essere straordinari impollinatori. I bombi sono veri e propri custodi della biodiversità, fondamentali anche per la sopravvivenza di una vasta gamma di vegetali che finiscono sulle nostre tavole (Fig. 1).
Sfortunatamente, si è osservato un allarmante declino di questi insetti negli ultimi anni. Motivo per cui i bombi sono stati ampiamente studiati in tutto il mondo e sono al centro di progetti di conservazione.

In particolare, negli ultimi anni le ricerche si sono concentrate sul microbiota intestinale di questi insetti sociali. Capire lo stato di salute dei bombi è importante per la loro sopravvivenza. Lo studio delle comunità batteriche intestinali ha aperto nuove prospettive per la loro salvaguardia. Scopriamo allora assieme come il microbiota intestinale dei bombi possa fungere da scudo difensivo verso un pericolo parassita del genere Trypanosoma.

Bombo su fiore — *Figura 1 – Un bombo intento a raccogliere nettare da un fiore.* [© entomartIn]

Le api del genere Bombus: socialità e comportamento

Nei bombi, generalmente, una regina stabilisce il nido in cavità di alberi o utilizzando vecchi nidi di altri animali, in particolare uccelli. La ragione per cui la regina usa vecchi nidi, è legata alla disponibilità di muschio, pelo, erba secca, piume e altri materiali isolanti importanti per la costruzione della struttura del nido. La regina combina questi materiale in una grossa palla con la centro una entrata da cui si accede a una camera principale. Qui, la regina deporrà le prime uova che proteggerà e scalderà con il calore del proprio corpo fino all’emersione di individui adulti, le operaie. Alla prima covata ne seguiranno altre, la colonia prenderà forma e il nido si espanderà (Fig. 2). Numerose operaie discendenti della regina si prenderanno cura delle nuove generazioni, raccogliendo polline e nettare dai fiori e difendendo il nido dalle aggressioni.

L’organizzazione sociale dei bombi è più elementare delle ben note api da miele. Le celle dove sono alloggiate le larve e dove viene conservato il nettare sono disposte in maniera casuale. Il nido può espandersi in maniera non uniforme, senza rispettare un ordine preciso. Inoltre, la pulizia del nido stesso è precaria. I bombi defecano nel nido o vicino al nido stesso che risulta invaso da parassiti e commensali. La proliferazione di parassiti può essere pericolosa per la sopravvivenza della colonia, soprattutto se i parassiti vanno ad annidarsi nell’intestino dei bombi. Ecco che dunque, studiare il microbiota intestinale dei bombi diventa cruciale per la comprensione del loro stato di salute.

Colonia di bombi — *Figura 2 – Nido di bombo (*Bombus impatiens) con diverse operaie che interagiscono socialmente fra loro. [Credit: Kim Hammond, University of Texas at Austin]

Scudo protettivo e cognitivo: il microbioma intestinale dei bombi

Il microbiota intestinale dei bombi ricopre diverse funzioni critiche per la salute dell’insetto. Per esempio, i batteri intestinali sono implicati in processi digestivi, nel metabolismo dei lipidi, nel mantenimento del sistema immunitario e nella regolazione di diverse attività fisiologiche. Inoltre, una ricerca recente ha dimostrato in maniera brillante come il microbioma intestinale sia responsabile del mantenimento della memoria cognitiva nei bombi. In questo studio si è dimostrato come un particolare ceppo batterico di lattobacilli (Firm-5 Lactobacillus apis) sia responsabile del miglioramento della memoria dei bombi. Fornire un supplemento di questo batterio ai bombi migliora in maniera significativa le capacità cognitive dell’insetto. Dunque, il microbiota intestinale dei bombi è veramente fondamentale per diversi aspetti della vita del nostro impollinatore. Di assoluta importanza è anche il ruolo che svolge nella difesa verso pericolosi patogeni. Vediamo assieme come.

Pericolo in vista: il patogeno intestinale Crithidia bombi

I tripanosomi sono protozoi flagellati di importanza sia medica che agricola. I più rappresentativi sono i tripanosomi africani che possono causare pericolose malattie come la malattia del sonno e la malattia di Chagas nell’uomo. Inoltre, altri tripanosomi sono patogeni estremamente dannosi per insetti e piante (Phytomonas). Neppure i nostri bombi vengono risparmiati. C. bombi (Fig. 3) si insidia nell’intestino dei nostri bombi, sottraendone nutrimento. Il protozoo può passare da un ospite all’altro tramite feci infette, condivisione del cibo e attraverso le superfici del nido. Come abbiamo visto, la pulizia del nido dei bombi lascia a desiderare, favorendo la diffusione di questo parassita. Il parassita sopravvive per periodi ridotti nell’ambiente e per questo, il suo obiettivo è quello di infettare più individui possibili all’interno della colonia.

Il patogeno può trasmettersi nella colonia in due modi differenti. Per via orizzontale, come abbiamo già visto, tramite feci, cibo e superfici del nido e per via verticale, tramite la regina infetta che porterà l’infezione alle generazioni successive. Il parassita si stabilisce nell’intestino del bombo, indebolendo l’ospite e sottraendogli sostanze nutritive vitali. Nelle regine infette, si è osservata una perdita di peso corporeo e un minor successo nel fondare una colonia. Le colonie di regine infette risultano piccole e con pochi maschi in grado di riprodursi. C. bombi è considerato responsabile di una riduzione del 40-50% della capacità di riprodursi da parte della regina.

Il microbioma intestinale dei bombi difende dal tripanosoma parassita. — *Figura 3 –* C. bombi al microscopio. Si nota bene la struttura flagellare usata per muoversi nell’intestino del bombo.

I batteri intestinali in difesa del bombo

Non tutto è perduto però. I nostri bombi sono in grado di difendersi dalla proliferazione del parassita nell’intestino grazie al microbioma intestinale. I bombi sono caratterizzati da un microbiota intestinale piuttosto conservato a causa delle interazioni sociali fra gli individui. In particolare, la presenza di batteri intestinali quali Apibacter, Lactobacillus Firm-5, e Gilliamella spp. sembra ridurre le infezioni da parte del temuto C. bombi. Questi batteri possono essere trasmessi fra gli individui tramite i contatti sociali e possono fungere da arma nella difesa da pericolosi patogeni. Esperimenti in laboratorio hanno confermato che fornire artificialmente un supplemento di batteri quali Apibacter, Lactobacillus Firm-5 e Gilliamella riduceva drasticamente l’infezione di C. bombi, migliorando dunque la salute del bombo e della colonia.

Conclusioni

Abbiamo visto assieme come il microbiota intestinale dei bombi possa ricoprire diversi ruoli nella protezione e salute di questo straordinario impollinatore. Dalla digestione all’affascinante funzione cognitiva nel migliorare la memoria dei bombi, passando per la capacità di agire come scudo protettivo verso i microorganismi patogeni. La scoperta di ceppi batterici con funzione protettiva è di grande rilevanza, e ci spinge a considerare il microbiota intestinale dei bombi come una estensione del sistema immunitario del bombo stesso. C’è ancora però tanto da scoprire sui nostri preziosi bombi. Studi approfonditi delle comunità batterica potranno fare luce su nuovi sistemi di conservazione e difesa dei bombi, migliorandone la loro salute e proteggendoli da patogeni e dai comportamenti dannosi dell’uomo.

Fonti

Koch H, Schmid-Hempel P. Socially transmitted gut microbiota protect bumble bees against an intestinal parasite. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011;108(48):19288-19292. doi:10.1073/pnas.1110474108
Bumblebees: Behaviour, Ecology, and Conservation. (2009) Oxford Biology 2009
Cariveau DP, Elijah Powell J, Koch H, Winfree R, Moran NA. Variation in gut microbial communities and its association with pathogen infection in wild bumble bees (Bombus). ISME J. 2014 Dec;8(12):2369-79. doi: 10.1038/ismej.2014.68. Epub 2014 Apr 24. Erratum in: ISME J. 2014 Dec;8(12):2550-1. PMID: 24763369; PMCID: PMC4260702.
Schmid-Hempel P, Aebi M, Barribeau S, Kitajima T, du Plessis L, Schmid-Hempel R, et al. (2018) The genomes of Crithidia bombi and C. expoeki, common parasites of bumblebees. PLoS ONE 13(1): e0189738.
Li, L., Solvi, C., Zhang, F. et al. Gut microbiome drives individual memory variation in bumblebees. Nat Commun 12, 6588 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-26833-4