Bauchgefühl: Wie die Handlungen von Bienen durch noch kleinere Organismen beeinflusst werden
Im Darm lebende Mikroben wirken sich bekanntlich auf die Neurophysiologie und das Verhalten ihrer Wirte aus. Während Mikrobiome von Säugetieren in den vergangenen Jahren genau studiert wurden, ist weitaus weniger über die Mikrobiota-Hirn-Achse von Insekten bekannt, selbst was Arten angeht, die als ökonomisch wichtig gelten. Um diese Lücke zu schließen, erforschte das Projekt BRAIN Interaktionen zwischen Mikroben, die im Darm von Bienen leben, und deren Auswirkungen. „Darmmikroben haben direkte Auswirkungen auf das Gehirn, und können auch das Verhalten von Wirten modulieren“, sagt Projektkoordinator Joanito Liberti, „allerdings wurden nur wenige Studien zu den Auswirkungen auf das Sozialverhalten durchgeführt.”
Aufzucht von Hand
Dies ist nicht das erste Mal, dass Liberti Insekten studiert hat: zuvor verwendete er Daten zur Genepression, um vorherzusagen, wie die Befruchtung die Neurophysiologie von Bienen veränderte und er veröffentlichte eine vergleichende Analyse zu bakteriellen Symbionten unter Ameisen. Liberti entschied sich für Bienen, da diese überaus sozialen Insekten als Modell für menschliche Gesellschaften fungieren können. Außerdem bieten sich Bienen für die Untersuchung von Darmbakterien an. „Wir können ohne Weiteres Bienen ohne ein Darmmikrobiom produzieren“, erklärt Liberti, „indem wir Puppen nehmen und diese abseits des Bienenstocks befruchten. Die neu geschlüpften adulten Bienen erwerben dies üblicherweise durch die Interaktion mit anderen Arbeitsbienen.“ Da Bienenmikrobiome gut erforscht sind, können all die Symbionten in vitro gezüchtet werden und den neu geschlüpften adulten Bienen kann über die Nahrung eine Mischung dieser Mikroben eingeimpft werden. Ferner können über diesen Ansatz Unterschiede aufgrund der Genetik und des Alters vernachlässigt werden, da die Bienen alle das gleiche Alter haben und von den gleichen Bienenstöcken stammen.
Bienenkästen
Um die Auswirkungen dieser Mikroben zu sehen, analysierte Liberti die Genexpression in den Gehirnen von Bienen mit und ohne Mikrobiom. „Es gibt leichte Unterschiede, die im Hinblick auf die beteiligten Gene und die Areale im Gehirn, in denen diese Effekte auftreten, Sinn zu ergeben scheinen“, merkt er an. Die Arbeit wurde an der Universität Lausanne in der Schweiz durchgeführt. Zum besseren Verständnis dieser Veränderungen in der Genexpression in Bezug auf das Verhalten von Bienen, wurden Individuen mit winzigen quadratischen Kennungen markiert, die QR-Codes mit einem Durchmesser von 1,6 mm ähneln, welche an den Thorax der Bienen geklebt wurden. Dann wurde eine Infrarotkamera verwendet, um die Bewegungen der Bienen im Bereich der experimentellen Nistkästen zu verfolgen. Diese Kamera zeichnete auf, wie häufig die Bienen mit anderen Bienen interagierten, für wie lange, mit welchen Individuen die Bienen interagierten und wie sich die Bienen durch die Kästen bewegten. „Dies führte zu einer riesigen Menge an Daten, mehrere Terabyte, um genau zu sein“, erklärt Liberti. Diese Daten werden noch ausgewertet. „Es war wirklich ein großartiges Umfeld, ich war in der Position, mit zwei Abteilungen mit vielen Kolleginnen und Kollegen, zwei tollen Beratungskräften und einer Menge neuer Mitwirkender zusammenzuarbeiten.“ Liberti sagt, sein Ziel sei jetzt die Veröffentlichung der Erkenntnisse aus der experimentellen Arbeit, ehe neue Finanzmittel für die nächsten Schritte seiner Laufbahn eingeholt würden.
Enge Zusammenarbeit
Die Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt. „Ohne diese wäre ich nicht hier, ich bekam die Möglichkeit, zwischen Forschungsgruppen, welche die absolute Speerspitze in ihren Gebieten bilden, von Kopenhagen in die Schweiz zu ziehen, was sich als guter Schritte für meine Laufbahn erwies“, bemerkt Liberti.
Schlüsselbegriffe
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