Die im Honig enthaltene DNA zeigt die Gesundheit der Honigbiene

Forscher des BSRC „Alexander Fleming“ in Griechenland haben eine Methode zur Charakterisierung von DNA-Spuren in Honig optimiert, um die Arten aufzudecken, mit denen Honigbienen interagieren. Diese Gemeinschaftsarbeit unter der Leitung des Forschers Dr. Solenn Patalano ermöglichte die Überwachung der Variabilität der Bienenernährung über das Jahr hinweg, die Aufdeckung der Bienenmikrobiota auf nicht-invasive Weise sowie die Identifizierung pathogener Arten, mit denen sie konfrontiert sind. Die Forschungsstudie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Ressourcen zur Molekularökologie und obwohl es sich noch in einem frühen Forschungsstadium befindet, kann es die Art und Weise revolutionieren, wie wir die ökologischen Nischen der Honigbienen verstehen

Warum ist es wichtig, die ökologische Nische der Honigbiene zu verstehen?

Was die ökologische Nische eines Organismus definiert, ist ein empfindliches Gleichgewicht von Wechselwirkungen und Anpassungen an andere Arten, die innerhalb desselben Lebensraums koexistieren. Durch die Bestäubung von Bäumen und Blumen nutzen Honigbienen eine große Anzahl blühender Pflanzenarten für ihre eigenen Nahrungsressourcen und ihr Wachstum. Andererseits werden Honigbienenvölker auch geschwächt, wenn Umweltbedingungen die Vermehrung krankheitserregender Arten wie der Varroa-Milbe begünstigen. Die Artendynamik der ökologischen Nische der Honigbienen ist daher untrennbar mit der Art des Lebensraums, in dem die Bienen leben, und seinen jahreszeitlichen Veränderungen verbunden.

Angesichts der zunehmenden Umstrukturierung landwirtschaftlicher Flächen und der Auswirkungen des Klimawandels werden bienenökologische Nischen immer gefährdeter. Ein besseres Verständnis der Dynamik der Interaktionen zwischen Bienen und umgebenden Arten wird dazu beitragen, Risikozeiträume und -zonen für Bienen zu identifizieren. „Dies ist extrem wichtig in ländlichen und landwirtschaftlichen Umgebungen, wo Arteninteraktionen die Produktivität von Nutzpflanzen beeinflussen. Es ist überzeugend, wie viel unserer Nahrung und unseres Überlebens von der ordnungsgemäßen Funktion winziger Insekten abhängt“, kommentierte Anastasios Galanis, der Erstautor der Studie.

Honig, ein einzigartiger Marker für die Pflanzenvielfalt in der Umwelt

Honigbienen stellen Honig her, indem sie den Nektar und Pollen aus den Blüten, die sie suchen, erbrechen und ihn dann in die Zellen ihres Bienenstocks geben, bis genug Wasser verdunstet ist. Durch diesen Prozess kommt Honig mit einer Vielzahl von Organismen in Kontakt und enthält daher DNA von mehreren Arten, die zusammen Umwelt-DNA (eDNA) genannt wird; diese stammen von geernteten Pflanzen, den Darmbakterien von Bienen und potenziellen Bienenstock-Pathogenen. Die jetzt veröffentlichte, optimierte Methode namens „Direct-Shotgun Metagenomics“ beinhaltet die Sequenzierung und umfassende Identifizierung der im Honig gefundenen eDNA-Fragmente. Wie von Galanis erklärt: „Das Design und das Testen einer bioinformatischen Pipeline, die auf metagenomische Honigdaten abgestimmt ist, ermöglicht es uns, die Empfindlichkeit und Spezifität zu erhöhen; daher können wir ziemlich zuversichtlich sein, bestimmte Arten zu identifizieren.“

In dieser Studie analysierten die Forscher mehrere Honigproben von einem Bienenstand in einer typischen mediterranen Landschaft. Sie identifizierten mehr als 40 Pflanzenarten, die die gesamte botanische Vielfalt rund um die Bienenstöcke widerspiegeln. „Was sehr auffällig war“, sagte Dr. Patalano, „ist zu sehen, wie unterschiedlich die Fülle an pflanzlicher eDNA im Laufe der Jahreszeiten ist, was perfekt die Verhaltensanpassungen bei der Nahrungssuche widerspiegelt, die der Pflanzenblüte folgen.“ Die Forscher verglichen die verschiedenen Honigproben auch mithilfe der Melissopalinologie (unter Verwendung der Form von Pollenkörnern zur Charakterisierung). Neben der großen Komplementarität der beiden Analysen zeigte die Studie, dass der metagenomische Ansatz auch das Nahrungsverhalten von Nicht-Pollen aufdeckt, wie beispielsweise die Nahrungssuche von Kiefernhonigtau, einer wichtigen Nahrungsressource für das Überleben von Bienen im Frühherbst.

Antizipation von Krankheiten und Ausbreitung von Krankheitserregern

Anders als man meinen könnte, reicht die ökologische Nische der Bienen weit über Pflanzen hinaus. In den analysierten Honigproben fanden die Forscher eine noch größere Anzahl von Bakterien-eDNA-Spezies, die größtenteils von als harmlos geltenden Mikroorganismen stammen und die Kernspezies des Bienenmikrobioms bilden. Dr. Patalano erklärt: „Wie das menschliche Darmmikrobiom ist das Darmmikrobiom der Biene ein wichtiges Element ihrer Gesundheit. Wir wissen bereits, dass Umweltstressoren wie Pestizide die mikrobiellen Gemeinschaften im Darm ernsthaft schädigen und das Risiko von Bienenkrankheiten erhöhen können . Aber wie das funktioniert, ist weitgehend unbekannt.“ Mit dieser Arbeit liefern die Forscher den Beweis, dass der Ansatz der Honig-Metagenomik die Untersuchung der Variation des Darmmikrobioms ermöglicht, ohne dass die Bienen geopfert werden müssen.

Die Forscher suchten auch nach dem Vorhandensein von eDNA von mutmaßlichen Krankheitserregern. Sie fanden heraus, dass Spuren von Varroamilben-eDNA im Honig direkt mit der beobachteten Kontamination des Bienenstocks übereinstimmten. Es ist ein vielversprechendes Zeichen dafür, dass diese Forschung schließlich dazu verwendet werden könnte, Krankheiten und Krankheitserreger in groß angelegten Studien zu überwachen und vorherzusehen.

„In Zukunft könnte diese Arbeit auch sehr wichtige Auswirkungen auf den Menschen haben. Wenn wir Ökosystemleistungen wie die Bestäubung von Obst und Gemüse sicherstellen und gleichzeitig die Artenvielfalt erhalten wollen, müssen wir auch die Bienengesundheit schützen. Unsere Herausforderung besteht darin, ein Biomonitoring aufzubauen Strategien, um die geeignetsten ökologischen Nischen für alle Bestäuber zu identifizieren“, schloss Dr. Patalano.

Bereitgestellt vom Biomedical Sciences Research Center Alexander Fleming