Gesundes Mikrobiom kann Bienen bei der Bewältigung äußerer Bedrohungen unterstützen
Mit einem gesünderen Verdauungstrakt der Insekten könnte man ihr Leben verlängern und dafür sorgen, dass sie effektive Bestäuber bleiben.
Weltweit wächst das Bewusstsein für die entscheidende Rolle, die Bienen und andere Bestäuber für den Erhalt natürlicher Lebensräume und die Sicherung der Nahrungsmittelversorgung spielen. Im Vorfeld des Weltbienentags am 20. Mai wirft das Horizon Magazine einen genaueren Blick auf die Mikroorganismen im Bienendarm, die für die Zukunft der Insekten – und des Planeten – entscheidend sind.
Da drei Viertel der weltweit angebauten Nahrungspflanzen in gewissem Maße von Bestäubern abhängen, ist es für die Verbesserung der Lebensmittelversorgung in den kommenden Jahren von zentraler Bedeutung, das Wohlergehen dieser einfallsreichen Insekten zu sichern, die mit Lebensraumverlust, Umweltverschmutzung und Pestiziden zu kämpfen haben.
Einfache Honigbiene
Sowohl für Bienen als auch für Menschen könnte ein gesunder Verdauungstrakt einen großen Beitrag zur Langlebigkeit leisten. Deshalb untersuchen Forscher das geheimnisvolle innere Mikrobiom im Bienendarm, um mehr über ihre Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten zu erfahren und wie sie sich am besten vor Krankheiten schützen können.
„Die Darmmikrobiota ist wichtig für den Schutz der Bienen vor Krankheitserregern“, sagt Dr. Amélie Cabirol, Postdoktorandin im Bereich Bienengesundheit an der Universität Lausanne in der Schweiz. „Wir müssen alle Faktoren der Bienenphysiologie verstehen, um sagen zu können: ‚So weist sich eine gesunde Biene aus‘.“
In der Welt der Honigbienen liegt die durchschnittliche Lebenserwartung je nach Bienenart zwischen acht Wochen und fünf Jahren. Arbeitsbienen sterben innerhalb weniger Monate, während Bienenköniginnen jahrelang leben können. Der Darm einer Honigbiene ist relativ einfach zu untersuchen, weil er von spezialisierten Artengemeinschaften aus nur etwa neun Bakterienarten dominiert wird. Das bedeutet, dass sie eine gute Grundlage sein könnten, um mehr über das Mikrobiom anderer Spezies zu lernen, auch beim Menschen.
Einige Pestizide und Herbizide beeinflussen die Darmmikrobiota von Bienen. Pestizide, die sogenannten Neonicotinoide, werden oft mit dem Rückgang der Bestäuber in Verbindung gebracht. Während in der EU ihre Verwendung im Freien 2018 verboten wurde, wurden vor den jüngsten Versuchen, die Praxis zu beenden, Ausnahmen gewährt. Veränderungen im Darm der Bienen sind nicht immer tödlich, können jedoch die Bestäubungsleistung beeinträchtigen.
Verbindung zwischen Bakterien und Gedächtnis
„Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass sich eine gestörte Darm-Mikrobiota auf die Lern- und Gedächtnisleistung der Bienen auswirkt“, sagt Cabirol. „Solche kognitiven Fähigkeiten sind wichtig für Bienen, um Gerüche mit dem Nektar von Blumen zu verbinden und sich so an die besten Nahrungsquellen in ihrer Umgebung zu erinnern.“
Das von der EU finanzierte Projekt HarmHoney, an dem sie mitgewirkt hat, untersuchte die Darmgesundheit von Bienen mithilfe der genetischen Sequenzierung und der Untersuchung kleiner Moleküle, die am Stoffwechsel der Zellen beteiligt sind. Die Initiative lief von Mai 2020 bis Oktober 2022.
Cabirols Team fand heraus, dass Honigbienen besser lernten und sich Informationen merken konnten, wenn ihr Darm fünf Arten von Schlüsselbakterien enthielt, als wenn er nur eine oder keine enthielt. Das deutet darauf hin, dass die Leistung durch Interaktionen zwischen den Mikroben-Arten verbessert wird. Der nächste Schritt wird sein, verschiedene Kombinationen zu testen, um herauszufinden, was genau passiert. „Derzeit können wir nur sagen, dass jedes mikrobielle Mitglied für sich allein nicht ausreicht, um diese kognitiven Fähigkeiten zu fördern, aber wir können noch nicht sagen, ob jedes Mitglied dafür notwendig ist“, so Cabirol.
Obwohl neuere Forschungen darauf hindeuten, dass die Zahl der Honigbienen in den letzten Jahrzehnten zugenommen hat, sagt sie, dass einzelne Bienenvölker immer noch schwere Verluste erleiden können und hofft, dass die Erkenntnisse von HarmHoney auch auf andere bedrohte Bienenarten übertragen werden können. So begannen ihre Kollegen an der Universität Lausanne zum Beispiel mit Studienprojekten, um mehr über die Vielfalt im Darmmikrobiom der sogenannten stachellosen Bienen zu erfahren. Da es auf Grund ihrer weit verbreiteten globalen Präsenz relativ einfach ist, Honigbienen zu untersuchen, sind sie laut Cabirol gute Testobjekte.
„Die Verluste von Honigbienenvölkern geben Anlass zu der Vermutung, dass andere, nicht bewirtschaftete Bienenpopulationen unter ähnlichen Stressfaktoren leiden könnten“, erklärt sie. „Das Verständnis der Ursachen des Kollapses von Bienenvölkern ist entscheidend für die Identifizierung von Stressfaktoren, die sich auf alle Bestäuber auswirken können, und sollte dazu beitragen, die Landwirtschaft und die Imkereimethoden zu verbessern.“
Das Parasitenproblem
Zu den Stressfaktoren, denen Honigbienen ausgesetzt sind, gehören Darmparasiten wie Nosema ceranae mit weltweiter Verbreitung. Eine Infektion erwachsener Bienen in jungem Alter kann dazu führen, dass sie für den Rest ihres Lebens Schwierigkeiten mit der Verdauung haben. Zu den Folgeerscheinungen gehören eine kürzere Lebensdauer und eine geringere Gesundheit, Population und Leistung des Bienenvolks, was letztendlich zum Sterben der Kolonie führen kann.
Das Antibiotikum Fumagillin war in der Vergangenheit gegen Nosema-Arten eingesetzt worden, aber seine Verwendung wurde in Europa durch das Verbot von Antibiotika in der Imkerei eingeschränkt und einige Studien haben in Frage gestellt, wie gut es bei Nosema ceranae tatsächlich wirkt. Das erfordert neue Methoden der Prävention. „Wir müssen natürliche Lösungen finden, die keine Probleme für die Bienen und die Umwelt verursachen“, sagt Professor Diana Di Gioia, Agrarmikrobiologin an der Universität Bologna in Italien. „Das Konzept besteht darin, dass der Wirt besser auf Parasiten reagieren kann, wenn er eine erhöhte Zusammensetzung nützlicher Bakterien hat.“
Sie hat das von der EU finanzierte Projekt NO PROBleMS geleitet, in dem neue umweltfreundliche Darmbehandlungen zur Stärkung der Widerstandsfähigkeit von Bienen gegen Krankheiten untersucht werden. Die Initiative begann 2018 und wurde über das Enddatum März 2023 hinaus verlängert. Im Rahmen des Projekts hat das Team DNA-basierte Studien mit bakteriellen Lösungen und pflanzlichen Produkten im Labor und auf dem Feld in Irland, Italien, Malta und Argentinien durchgeführt, um deren Wirksamkeit unter verschiedenen Klimabedingungen und Infektionsgraden zu untersuchen.
Geheimformel
Die Forscher haben herausgefunden, dass eine Formel, die eine Mischung aus zwei Arten von nützlichen Mikroorganismen enthält, zu einem Rückgang von Nosema ceranae zu führen schien. Das Team hat nun den Prototyp einer Formulierung entwickelt, die auf probiotischen Mikroorganismen und pflanzlichen Molekülen basiert. Die Idee ist, dass diese Formulierung, für die ein Patent beantragt wurde, den Bienen mit dem Futter verabreicht werden kann und so das Gleichgewicht der Mikrobiota der Bienen verbessert. In einem Folgeprojekt soll die Formulierung unter verschiedenen Bedingungen und Dosierungen getestet werden, um sie zu verfeinern und die besten Anwendungsmethoden zu ermitteln.
Abgesehen von den Vorteilen für die Bienen kann ihre Erforschung sehr nützlich sein, um das Darmmikrobiom und seine Entwicklung im Allgemeinen zu untersuchen. „Mit den Honigbienen steht uns ein mächtiges Werkzeug zur Verfügung“, sagt Di Gioia. „Es wirkt so, als sei die Biene als Modell für die Untersuchung der Darmmikrobiota geschaffen worden.“
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Artikel von Gareth Willmer
Die Finanzierung der für diesen Artikel erforderlichen Forschung erfolgte über die Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) der EU. Dieser Artikel wurde erstmals in Horizon, dem EU-Magazin für Forschung und Innovation, veröffentlicht.