Le api e gli apoidei sono vitali per la riproduzione delle piante selvatiche e la produzione agricola. La loro protezione è fondamentale per la salute dell’ambiente, per la sicurezza alimentare e l’economia globale, come si ricorda ogni 20 maggio, in occasione della Giornata mondiale delle api e degli altri insetti impollinatori, come vespe, bombi, farfalle, falene e coleotteri. (1,2) Come per gli umani, anche nelle api il microbioma intestinale svolge un ruolo decisivo.
1) Il ruolo ecologico delle api
Le api sono spesso associate all’Apis mellifera, la specie comunemente allevata per la produzione di miele. Tuttavia, la famiglia degli Apoidei, a cui appartengono le api, conta almeno 20.000 specie a livello mondiale, con circa 2.000 specie presenti in Europa e oltre 1.000 in Italia, come le api del genere Bombus.
Questa vasta biodiversità riflette l’importanza ecologica degli apoidei, che si sono evoluti in parallelo con le piante angiosperme circa 100-120 milioni di anni fa. (3)
1.1) Simbiosi ed evoluzione
La relazione simbiotica tra piante, microrganismi e apoidei ha portato alla co-evoluzione di fiori e impollinatori:
– le piante sviluppano fiori attraenti per colori, contenenti molte sostanze chimiche volatili e profumi, come una forma estremamente sofisticata di attività e dialogo con il mondo animale,
– gli apoidei, a loro volta, si sono adattati per raccogliere nettare e polline dei fiori (Khalifa et al., 2021, Schöner et al., 2015). (4)
Questa interazione assicura la riproduzione delle piante attraverso l’impollinazione e contribuisce anche alla diversità genetica delle piante, essenziale per la resilienza degli ecosistemi.
1.2) Caratteristiche degli apoidei e impollinazione
Gli apoidei, grazie alla loro struttura anatomica unica, sono tra gli impollinatori più efficienti.
Le zampe posteriori dell’ape operaia (e solo di questa) sono munite di una ‘spazzola’ che raccoglie il polline e di una ‘cestella’ per la raccolta e trasporto del polline.
La loro peluria piumata si carica facilmente di elettricità statica, attirando il polline quando si avvicinano ai fiori.
Il tubo digerente è suddiviso in varie parti: l’ingluvie o borsa melaria (continuazione dell’esofago) è un sacco a parete sottile, finemente pieghettata, che serve per trasportare e immagazzinare il cibo. Può distendersi fino a occupare gran parte dell’addome.
Queste caratteristiche rendono gli apoidei indispensabili per la fecondazione di molte specie vegetali, da cui dipende la produzione di frutta, verdura e semi.
2) Crisi della biodiversità e apicoltura
La diminuzione delle popolazioni di api ha un impatto diretto sulla biodiversità, sulla produzione alimentare e sulla salute degli ecosistemi. Il declino globale della biodiversità è causato principalmente dall’agricoltura intensiva, che dipende da pesticidi sintetici e meccanizzazione pesante, di cui abbiamo già ampiamente trattato. (5,6,7) Il risultato è una semplificazione degli habitat con un impatto diretto su vari gruppi animali.
I cambiamenti climatici, caratterizzati da inverni più miti e alterazioni delle stagioni provocano uno stress aggiuntivo, creando una discrepanza tra le attività degli insetti e la fioritura delle piante, minacciando la loro sopravvivenza.
L’apicoltura contribuisce alla conservazione delle api. Oltre a fornire prodotti come miele, cera e propoli, permette la conservazione delle specie di api locali e della biodiversità.
3) Ecosistema e microbiota
Nell’ecosistema delle api, il microbiota intestinale modula la digestione del cibo e la sintesi di nutrienti essenziali e incide sull’efficienza delle difese immunitarie contro patogeni.
Il microbiota può essere influenzato significativamente dal microbiota del suolo attraverso le interazioni dirette e indirette con le piante e i materiali organici che le api raccolgono durante la loro ricerca di cibo.
Le sostanze fitochimiche presenti nelle piante, ad esempio, possono modulare la composizione del microbiota intestinale delle api, migliorando la loro salute e la loro resistenza alle malattie.
Attraverso le interazioni microbioma-ospite possiamo comprendere come le api si adattano a un’ampia gamma di ambienti, ottimizzando la loro salute attraverso un dialogo continuo con i microbi e le sostanze chimiche presenti nel loro habitat.
4) Sinergie microbiche nell’intestino delle api, lo studio
La ricerca sul microbioma e le sue connessioni interregno rappresenta un tema di rilevanza sia ecologica che biomedica.
Un recente studio (Quinn et al. 2024) pubblicato su Nature microbiology analizza l’interazione simbiotica tra l’ape mellifera e il suo microbiota intestinale, con un focus particolare su Snodgrassella alvi, un Betaproteobacteria che si nutre di acidi organici.
Gli autori dello studio evidenziano come S. alvi si adatti e prosperi nell’intestino dell’Apis mellifera, utilizzando nutrienti specifici e modificando attivamente il metabolismo del triptofano. Si dimostra una simbiosi avanzata, arricchendo la nostra comprensione di come i nutrienti dell’ospite influenzino la colonizzazione microbica. (8)
4.1) Interazioni ospite-microbiota
S. alvi si distingue nel microbioma intestinale delle api per il suo adattamento a una dieta che esclude i saccaridi, a favore degli acidi organici derivati dall’ospite. In particolare, si concentra su come i metaboliti secreti dall’ospite, come gli acidi organici, siano fondamentali per la colonizzazione e la sopravvivenza di S. alvi nell’intestino dell’ape mellifera.
Le interazioni mutualistiche tra batteri intestinali e i loro ospiti animali, dove lo scambio di metaboliti incide sulla nutrizione, salute intestinale e funzione immunitaria. Un adattamento che illustra la specificità delle sue esigenze nutrizionali e il suo ruolo all’interno della comunità microbica intestinale.
Il sistema digerente dell’ape mellifera, con il suo microbiota intestinale relativamente semplice e stabile, offre un modello ideale per esaminare queste interazioni in dettaglio. L’analisi rivela che S. alvi sfrutta acidi organici come il citrato, il glicerato e il 3-idrossi-3-metilglutarato, essenziali per la sua crescita e sopravvivenza, dimostrando un’interazione simbiotica raffinata.
4.2) Materiali e metodi
La ricerca utilizza un approccio controllato, colonizzando le api con un singolo ceppo di S. alvi e limitando la dieta delle api a substrati non digeribili dal batterio, per dimostrare che S. alvi assimila gli acidi organici sintetizzati dalle api a partire dagli zuccheri alimentari.
Lo studio sottolinea come S. alvi non dipenda dalla dieta o dall’alimentazione incrociata con altri microbi, ma piuttosto dal catabolismo dei carboidrati semplici da parte dell’ospite.
Inizialmente, i ceppi sono stati coltivati su agar specifici e identificati tramite sequenziamento del gene dell’RNA ribosomiale 16S. Per la colonizzazione, le api mellifere sono state allevate in condizioni controllate e inoculate con i batteri. Sono state adottate misure rigorose per validare la sterilità delle api e quantificare il consumo di polline.
Per studiare il microbioma intestinale delle api sono state impiegate delle strumentazioni e tecniche avanzate come il tracciamento isotopico, la qPCR (real time PCR o quantitative PCR) per quantificare le cariche batteriche e analizzare le interazioni metaboliche, l’estrazione e l’analisi dei metaboliti tramite GC-MS (Gascromatografia-spettrometria di massa), preparazioni specifiche per la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e la spettrometria di massa NanoSIMS per l’analisi ultrastrutturale e del trasferimento di metaboliti in modo da osservare le interazioni a livello cellulare.
Gli esperimenti di tracciamento isotopico hanno valutato l’assorbimento di substrati da parte dei batteri. I metodi includono, infine, un’analisi filogenetica della famiglia dei geni della chinureninasi e le metodologie statistiche per l’analisi dati, sottolineando la metodologia dettagliata e sistematica impiegata per esplorare le interazioni ospite-microbiota. (8)
4.3) Risultati
I risultati dello studio dimostrano che Snodgrassella alvi è in grado di colonizzare l’intestino delle api mellifere anche in assenza di altri nutrienti, utilizzando acidi organici derivati dall’ospite, indipendentemente dalla presenza di polline o dall’interazione con altri microbi.
La ricerca dimostra inoltre che S. alvi può influenzare il metabolismo del triptofano convertendo la Chinurenina in Antranilato, suggerendo una nicchia metabolica specifica e un’interazione simbiotica nel più ampio contesto metabolico dell’intestino, evolutivamente adattata tra l’ape mellifera e S. alvi. (8)
Gabriele Sapienza
Immagine di copertina da http://beesciencenews.com/2019/11/21/microbial-war-against-american-foulbrood/
Note
(1) Dario Dongo, Andrea Adelmo della Penna. World Bee Day, la giornata mondiale delle api. Nessuna politica idonea. GIFT (Great Italian Food Trade). 20.5.23
(2) WWF. Giornata Mondiale delle Api. https://www.wwf.it/pandanews/animali/giornata-mondiale-delle-api/
(3) Khalifa, Shaden A. M., Esraa H. Elshafiey, Aya A. Shetaia, Aida A. Abd El-Wahed, Ahmed F. Algethami, Syed G. Musharraf, Mohamed F. AlAjmi, Chao Zhao, Saad H. D. Masry, Mohamed M. Abdel-Daim, and et al. 2021. “Overview of Bee Pollination and Its Economic Value for Crop Production” Insects 12, no. 8: 688 https://doi.org/10.3390/insects12080688
(4) Schöner, Michael & Schöner, Caroline & Simon, Ralph & Grafe, Ulmar & Puechmaille, Sebastien & Ji, Liaw & Kerth, G.. (2015). Bats Are Acoustically Attracted to Mutualistic Carnivorous Plants. Current Biology. 25. 1-6. DOI:10.1016/j.cub.2015.05.054
(5) Dario Dongo. Impatto dei coadiuvanti di pesticidi sull’olfatto delle api. GIFT (Great Italian Food Trade). 7.1.24
(6) Dario Dongo. L’effetto deriva dei pesticidi su api, alberi e piante distanti dai terreni coltivati. GIFT (Great Italian Food Trade). 21.12.20
(7) Dario Dongo, Gioele Luchese. Pesticidi, via libera della Corte di Giustizia UE ai divieti nazionali. Salviamo le api. GIFT (Great Italian Food Trade). 7.11.20
(8) Quinn, A., El Chazli, Y., Escrig, S. et al. Host-derived organic acids enable gut colonization of the honey bee symbiont Snodgrassella alvi. Nat Microbiol (2024). https://doi.org/10.1038/s41564-023-01572-y
