Rainha das abelhas e a fonte microbiana da juventude

Produção de mel é destaque no distrito de Belisário/MG (Julho 2019).

Anonim

Para o olho destreinado que vê uma colméia, todos os animais parecem iguais, mas novas pesquisas revelam que alguns são mais iguais do que outros.

Uma equipe de pesquisadores, incluindo três estudantes de pós-graduação da Universidade do Arizona, descobriu que, enquanto as abelhas e as rainhas operárias podem ser geneticamente idênticas, suas vidas diferentes parecem estar conectadas a diferentes micróbios que vivem em suas entranhas.

As diferenças observadas nas populações de bactérias intestinais, chamadas de microbiomas, podem ser um indício de um mistério que atormenta os cientistas há muito tempo: em duas castas geneticamente idênticas, por que as abelhas-operárias morrem depois de meras semanas enquanto as rainhas podem viver anos?

"Nosso estudo é o primeiro a sugerir uma conexão entre as bactérias que habitam as entranhas das abelhas, os alimentos que ingerem e as diferenças fisiológicas relacionadas ao envelhecimento, estresse e longevidade", diz Kirk Anderson, microbiologista da Carl Hayden Bee Research. Centro em Tucson, Arizona. Anderson também é um cientista adjunto no Departamento de Entomologia e Centro de Ciência dos Insetos na Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida da UA.

O estudo resultou de uma colaboração interdisciplinar entre a UA, o Instituto BIO5 da UA e o Centro de Pesquisa de Abelhas Carl Hayden, operado pelo Serviço de Pesquisa Agrícola do Departamento de Agricultura dos EUA. O grupo publicou seus resultados no início deste mês na revista científica de alto nível Microbiome.

Aproveitando as capacidades de sequenciamento da próxima geração da UA, a equipe de Anderson identificou as espécies e quantidades de bactérias que vivem nos intestinos das abelhas. Isso permitiu que eles comparassem as bactérias que compõem a flora intestinal em trabalhadores que estão envelhecendo versus rainhas que estão envelhecendo.

Um corpo crescente de pesquisas sugere que, em humanos, as chamadas bactérias probióticas, como Bifidobacterium e Lactobacillus, estão associadas à saúde e à longevidade, enquanto bactérias pertencentes a um grupo conhecido como Proteobacteria estão freqüentemente associadas a desequilíbrios microbianos não saudáveis. Parece haver uma tendência similar nas abelhas operárias, levando os pesquisadores a esperar que as abelhas possam ser usadas como organismos modelo para estudar as assembleias mais complexas de micróbios que compõem o microbioma em mamíferos, incluindo humanos.

Semelhante à fisiologia do envelhecimento, os pesquisadores descobriram que as abelhas rainha e operária embarcam em diferentes trajetórias microbianas: à medida que os trabalhadores envelhecem, seus microbiomas se afastam da dominância inicial dos micróbios probióticos benéficos, e seus intestinos são tomados cada vez mais por bactérias associadas a problemas de saúde e menor expectativa de vida. As rainhas, por outro lado, de alguma forma conseguem sustentar um microbioma mais refinado e eficiente, mantendo "assinaturas da juventude", como diz Anderson.

"O envelhecimento do intestino humano passa pela mesma coisa", diz ele. "Como a abelha operária, ela perde as espécies probióticas como Bifidobacterium e Lactobacillus e ganha uma variedade de Proteobacteria, e essas mudanças estão intimamente ligadas à nossa saúde."

Nos últimos anos, o interesse pelo papel dos micróbios intestinais aumentou. Uma extensa pesquisa tem sido destinada a desvendar as complexas vias metabólicas e interações entre as células do nosso corpo e nossos comensais microbianos e a miríade de compostos químicos que eles produzem e trocam.

Uma dessas moléculas é o butirato, um dos muitos ácidos graxos de cadeia curta produzidos pela fermentação microbiana da fibra alimentar. Sabe-se que os ácidos graxos de cadeia curta têm importantes funções, desde a produção de hormônios até a supressão da inflamação e possivelmente o câncer.

"Butirato é produzido nos intestinos de abelhas, através do co-metabolismo de bactérias que encontramos para esgotar em trabalhadores idosos e se acumulam em rainhas que envelhecem", diz Duan Copeland, um co-autor e estudante de doutorado no Departamento de Microbiologia da UA. "Tanto nas abelhas como nos seres humanos, o butirato é fundamental para a saúde intestinal, mas também afeta uma ampla variedade de problemas de saúde sistêmica. Aumenta a imunidade e a desintoxicação das abelhas e é conhecido por influenciar a função do núcleo em humanos, incluindo níveis de energia e comportamento". "

"Assumimos que a presença das bactérias probióticas é um componente da vida mais longa da rainha", diz Patrick Maes, um estudante de doutorado no quinto ano do Departamento de Entomologia e Centro de Ciência dos Insetos da UA. "O outro são os seus níveis muito mais altos de vitelogenina, que permanecem altos durante toda a vida. Nos trabalhadores, você verá o pico mais cedo, depois diminuir gradualmente em alguns dias."

A vitelogenina é uma molécula de armazenamento de nutrientes sempre abundante na gordura e no sangue das rainhas. Mais do que simples nutrição, age como um antioxidante, melhora a imunidade e suprime a inflamação.

"Muitos dos micróbios intestinais compartilhados por humanos e abelhas podem ser considerados os mesmos personagens em uma peça diferente", diz Maes. "Cada um abriga classes semelhantes de bactérias. Olhando para este sistema simplificado, podemos aprender muito sobre, e possivelmente aumentar, o sistema humano."

"Os trabalhadores irão alimentá-la apenas geléia real, que eles produzem em glândulas especializadas. Você pode pensar na geléia real como um tipo de super alimento, o equivalente ao leite materno da abelha, apoiando bactérias benéficas e contendo peptídeos antimicrobianos".

O estudo sugere que a geléia real, que aumenta o crescimento de micróbios intestinais específicos da rainha, coloca a rainha em uma trajetória rumo a uma vida muito mais longa, deslocando seu microbioma intestinal para longe da abelha operária comum. Os trabalhadores, por outro lado, dependem principalmente do pólen como alimento básico.

Geleia real, mel e outros fatores no ambiente da colmeia mantêm os micróbios indesejados afastados, diz Copeland. As abelhas podem adquirir seus micróbios benéficos entrando em contato com lojas de alimentos, seus companheiros de ninhos e o ambiente geral da colméia.

Os pesquisadores acreditam que as abelhas podem ser um excelente modelo para a pesquisa de microbiomas humanos, por causa das semelhanças notáveis. Enquanto o microbioma humano provavelmente compreende milhares de espécies bacterianas, a abelha tem apenas cerca de uma dúzia, um número muito mais manejável para estudar.

Microbiomos convencionalizados, nos quais todos os micróbios e todos os seus genes são conhecidos, já estão disponíveis para camundongos, e o mesmo está sendo realizado para as abelhas. Tal pesquisa, diz Anderson, poderia ajudar a resolver dois dos grandes fatores de confusão nos estudos de microbiomas humanos: dieta e longevidade.

"Como e por que as coisas envelhecem e morrem?" ele diz. "Esses são processos fundamentais que os sistemas modelo nos ajudam a explorar, e as abelhas com sua tratabilidade e microbioma relativamente simples podem nos ajudar a responder a essas perguntas."

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