Cómo adquieren los zánganos las bacterias del intestino y de los tejidos reproductores
La abeja melífera occidental (Apis mellifera) es un importante polinizador de cultivos en todo el mundo. Las obreras recolectan alimento y realizan las tareas que sostienen la colonia. Los zánganos, los machos de la especie, transmiten sus genes al aparearse con reinas vírgenes de otras colonias. Su aptitud reproductiva puede influir en el rendimiento de la reina y, a su vez, en la supervivencia de la colonia.
Los apicultores han notificado pérdidas considerables en Estados Unidos y otros lugares. El estudio cita pérdidas anuales de hasta el 50,8 % en Estados Unidos, considerando todas las causas notificadas. El síndrome de despoblamiento de las colonias (CCD), ampliamente documentado desde 2007, describe un patrón concreto de pérdida. Entre los factores investigados por su relación con la salud de las colonias figuran los patógenos, los parásitos, la nutrición deficiente, el cambio climático y los productos químicos agrícolas. La salud de la reina también influye en la supervivencia de la colonia.
Las abejas melíferas son insectos eusociales y normalmente una sola reina produce la cría de la colonia. El estudio cita una longevidad histórica de dos a siete años en su colonia de origen y señala que las reinas se sustituyen con mayor frecuencia. En los trabajos citados, alrededor de la mitad de las colonias sustituyeron a su reina en un plazo de seis meses, y la sustitución se asoció con un riesgo de pérdida de la colonia tres veces mayor. Las obreras representan el 90 % o más de la población. Recolectan alimento, mantienen la colmena y cuidan a la reina, a los zánganos y a las obreras recién emergidas. Pueden sustituir a la reina por diversos motivos, entre ellos una puesta excesiva de huevos no fecundados, que dan lugar a zánganos, cuando sus reservas de espermatozoides se agotan o son de baja calidad.
Los zánganos constituyen menos del 10 % de la población de la colonia en primavera y verano. Su función reproductiva es aparearse con reinas vírgenes de otras colonias. Por tanto, su aptitud reproductiva puede influir en el éxito de esas reinas y de las colonias que encabecen. Su salud y fertilidad se han estudiado menos que las de las obreras y las reinas.
Los zánganos se desarrollan durante unos 24 días antes de emerger como adultos. La espermatogénesis se completa al emerger, cuando las vesículas seminales y las glándulas mucosas aún se están desarrollando y los espermatozoides permanecen en los testículos (figura 1). Entre seis y doce días después de la emergencia, los espermatozoides migran a las vesículas seminales y se almacenan allí hasta el apareamiento. Una vez completada la migración, el zángano alcanza la madurez sexual y los testículos degeneran y dejan de funcionar (figura 1).
Las reinas se aparean al principio de su vida, durante uno o unos pocos vuelos nupciales. El crecimiento y la longevidad de la colonia dependen en parte de la cantidad y la calidad de los espermatozoides obtenidos durante esos vuelos. El líquido seminal ayuda a mantener su viabilidad en las vesículas seminales del macho, durante el apareamiento y, después, en la espermateca de la reina. La reina utiliza los espermatozoides almacenados durante el resto de su vida. El recuento varía mucho entre zánganos y todavía no se conocen bien los factores que determinan su aptitud reproductiva.
La microbiota intestinal contribuye a la salud de las obreras. La investigación la ha relacionado con la inmunidad, la defensa frente a patógenos, el metabolismo y, posiblemente, el comportamiento y el desarrollo. Las obreras constituyen el grupo más numeroso de la colonia y su microbiota se ha estudiado ampliamente. Adquieren microbios intestinales mediante interacciones sociales y el contacto con materiales de la colmena. En condiciones habituales, la comunidad intestinal se establece unos cinco días después de la emergencia y se mantiene relativamente estable en las abejas sanas. Está formada principalmente por cinco grupos bacterianos: Bifidobacterium, Snodgrassella, Gilliamella, Lactobacillus y Bombilactobacillus.Las obreras comparten estos grupos principales, pero las cepas que los componen varían entre individuos. Esto puede dar lugar a comunidades con distintas capacidades funcionales.
El intestino de los zánganos contiene algunos de los mismos grupos bacterianos que el de las obreras, aunque suele ser menos diverso y varía más entre individuos.Cuando se realizó el estudio, se sabía poco sobre cómo adquieren los zánganos su microbiota y si las interacciones sociales contribuyen a establecerla. Se han detectado microbios en tejidos reproductores de diversos animales, incluidos insectos. En algunos, como los mosquitos y las moscas tsé-tsé, esas bacterias se han asociado con el desarrollo o la aptitud reproductiva. Esto llevó a los autores a investigar si los tejidos reproductores de las abejas melíferas también albergan bacterias y qué relación podrían tener con la salud y la fertilidad.
Las reinas son difíciles de estudiar experimentalmente porque son indispensables para la colonia. Como su aptitud reproductiva y su longevidad dependen en parte de los zánganos con los que se aparean, los zánganos ofrecen una vía para investigar si hay bacterias en los tejidos reproductores de las abejas melíferas y qué función podrían desempeñar.
El estudio buscó determinar si los tejidos reproductores de los zánganos albergan bacterias, cómo adquieren la microbiota intestinal y la asociada a esos tejidos, y cómo cambian ambas comunidades durante la maduración. Los autores secuenciaron amplicones del gen del ARNr 16S para identificar y caracterizar las bacterias del intestino y los tejidos reproductores de zánganos criados en condiciones habituales o experimentales. En particular, comunicaron la primera detección de bacterias en los órganos reproductores de los zánganos de la abeja melífera. Los zánganos que emergieron de forma natural y se mantuvieron después en condiciones estériles de laboratorio sin contacto social rara vez albergaban los grupos bacterianos típicos de los zánganos y las obreras criados en condiciones habituales, como Snodgrassella, Bifidobacterium, Gilliamella, Lactobacillus y Bombilactobacillus. Los resultados sugieren que el contacto social con las obreras, por ejemplo durante la alimentación y el acicalamiento, favorece el establecimiento de la microbiota intestinal y la asociada a los tejidos reproductores de los zánganos. El hallazgo de una comunidad bacteriana recurrente en los órganos reproductores de los zánganos convierte a la abeja melífera en un posible organismo modelo para estudiar cómo afectan estos microbios a la aptitud biológica del hospedador.
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Resultados
Los autores detectaron una microbiota asociada a los tejidos reproductores de los zánganos. El hallazgo abre una vía para estudiar su aptitud reproductiva. El experimento también indicó que el establecimiento de las comunidades bacterianas típicas del intestino y de los tejidos reproductores dependía en gran medida del contacto social con las obreras, ya que los zánganos que emergieron en cuadros de la colmena y se mantuvieron en el laboratorio sin contacto con las obreras no desarrollaron la microbiota habitual. Los zánganos devueltos a la colonia se mantuvieron en jaulas que limitaban el contacto con los materiales de la colmena. Esto respalda la interpretación de que el contacto con las obreras que los atendían contribuyó al establecimiento de su microbiota. Como se había descrito antes, las comunidades intestinales de los zánganos eran menos diversas que las de las obreras y estaban dominadas por especies de Lactobacillus. Una posible explicación es que las abejas nodrizas alimentan y cuidan a los zánganos y suelen atenderlos menos cuando escasean los recursos.
Los autores plantean que la cantidad de contacto social que recibe un zángano durante y después de la emergencia influye en el establecimiento de su microbiota. La dieta y el modo de vida también podrían explicar las diferencias entre obreras y zánganos. Las obreras consumen bastante más polen y su dieta cambia al pasar de nodrizas a pecoreadoras. Las pecoreadoras pasan mucho tiempo fuera de la colmena, mientras que los zánganos salen principalmente en vuelos relacionados con el apareamiento.
El número de copias del gen del ARNr 16S sugirió inicialmente cargas bacterianas sorprendentemente altas en el intestino y los tejidos reproductores de los zánganos mantenidos en el laboratorio (NE-D0 y Lab-D5), aunque faltaban los grupos característicos de las abejas melíferas. Una explicación es que las bacterias habituales de las abejas suelen desplazar a los microbios ambientales. En la colmena, las nodrizas ayudan a retirar el opérculo de cera y alimentan a los zánganos nada más emerger, lo que podría iniciar la adquisición de su microbiota. Los autores plantean que parte o la totalidad de las bacterias detectadas en los zánganos de laboratorio procedían de sus celdas de cría durante la emergencia. Estas celdas pueden contener material vegetal y microbios ambientales.
Muchas muestras NE-D0 no produjeron datos de secuenciación aprovechables, posiblemente porque contenían muy pocas bacterias en el intestino y los tejidos reproductores. Tras el filtrado de calidad, más del 10 % de las lecturas intestinales de los zánganos mantenidos en el laboratorio se asignaron a mitocondrias o cloroplastos, o quedaron sin asignar. En algunos individuos superaron el 40 % del total, lo que apunta a una escasez de secuencias bacterianas. Las lecturas mitocondriales y de cloroplastos pueden aparecer en los análisis 16S del intestino de las abejas por la presencia de tejido del hospedador y material vegetal, pero suelen representar una fracción pequeña, por ejemplo inferior al 1 %. La proporción de lecturas mitocondriales o sin asignar también fue inusualmente alta en las muestras de testículos, en especial las de NE-D0. Los testículos de los zánganos inmaduros contienen abundantes espermatozoides, cuya región media está formada en gran parte por derivados mitocondriales.
Por tanto, el número de copias del gen del ARNr 16S medido mediante PCR cuantitativa (qPCR) pudo sobrestimar la abundancia bacteriana en los tejidos de los zánganos de laboratorio, ya que los cebadores también pueden amplificar ADN mitocondrial o de cloroplastos. Después del estudio, los autores comprobaron que sus cebadores de qPCR tendían a amplificar ADN mitocondrial fuera del objetivo, sobre todo en muestras con pocas bacterias. Las comunidades del intestino y los tejidos reproductores eran similares en los grupos Hive-D5 y Hive-D18, ambos dominados por Lactobacillus. Las diferencias en la abundancia bacteriana total y en la abundancia relativa de algunos grupos podrían reflejar cambios durante la maduración. No se cuantificó la abundancia absoluta de cada grupo, por lo que una variación en su proporción no demuestra un cambio en su número real de bacterias.
Los grupos NE-D0, Lab-D5 y Hive-D5 se muestrearon a finales del verano de 2021. Los zánganos Hive-D18 procedían de otra colonia en la primavera de 2022, porque las obreras dejaron de atender a los zánganos en el verano de 2021 y estos murieron antes de madurar. Estudios anteriores en obreras hallaron poca influencia del origen de la colonia en la composición del microbioma intestinal, pero sí diferencias estacionales en composición y abundancia absoluta. Las obreras de invierno, por ejemplo, presentaban mayor abundancia bacteriana y menor diversidad dentro de cada muestra. La estación podría contribuir a las diferencias entre Hive-D5 y Hive-D18. La carga bacteriana fue mayor en los zánganos Hive-D18 de primavera que en los Hive-D5 de finales de verano. No se detectaron diferencias significativas en la diversidad alfa del intestino ni de los tejidos reproductores, y Lactobacillus predominó en ambos grupos.
Se necesitan más estudios para determinar cómo influyen la estación, la colonia de origen y otros factores ambientales en la microbiota de los zánganos. El intestino y los tejidos reproductores contenían grupos bacterianos similares. La disección estéril, el cuidado de mantener intacto el intestino y la detección de señales bacterianas abundantes en los tejidos reproductores hacen poco probable una contaminación accidental con contenido intestinal. También se han observado comunidades semejantes en ambos tejidos de otros insectos, como la polilla minadora del tomate (Tuta absoluta) y algunos mosquitos.
Las abejas melíferas albergan comunidades intestinales especializadas que han coevolucionado con ellas. Algunos grupos bacterianos principales podrían contener cepas adaptadas a determinados tejidos, con funciones diferentes. Se desconoce cómo llegan las bacterias a los tejidos reproductores. Dada la similitud taxonómica de las comunidades en cada zángano, los autores plantean que el sistema inmunitario y la barrera intestinal podrían seguir desarrollándose al emerger, lo que permitiría a las bacterias del intestino alcanzar otros órganos. La hibridación fluorescente in situ (FISH) u otros marcajes fluorescentes podrían localizar las células en los tejidos, mientras que la secuenciación metagenómica y el cultivo permitirían estudiar las diferencias entre cepas.
Los microbios intestinales de las obreras contribuyen al metabolismo, la defensa frente a patógenos y la inmunidad, y podrían influir en el desarrollo. Sus efectos sobre la salud de los zánganos no se evaluaron directamente, aunque la similitud entre comunidades apunta a posibles funciones compartidas. Según los autores, este fue el primer estudio que caracterizó bacterias asociadas a los tejidos reproductores de la abeja melífera. Sus efectos sobre la salud o la fertilidad de los zánganos y sus posibles repercusiones en las reinas y las colonias siguen siendo hipótesis.
Los trabajos futuros deberán determinar qué función cumplen las bacterias asociadas a los tejidos reproductores. El estudio señala que conviene tenerlas en cuenta al investigar la salud y la aptitud reproductiva de los zánganos. Las abejas melíferas también podrían servir como modelo para estudiar la microbiota intestinal y la de los tejidos reproductores.
Publicado en línea el 19 de diciembre de 2024 · mSphere · DOI 10.1128/msphere.00705-24
Artículo completo https://journals.asm.org/doi/10.1128/msphere.00705-24
Autores · Alexis Burks (Department of Biology, University of North Carolina, Greensboro, Carolina del Norte, Estados Unidos) Patrick Gallagher (Department of Plant and Microbial Biology, North Carolina State University, Raleigh, Carolina del Norte, Estados Unidos) Kasie Raymann (Department of Biology, University of North Carolina, Greensboro, Carolina del Norte, Estados Unidos) y (Department of Plant and Microbial Biology, North Carolina State University, Raleigh, Carolina del Norte, Estados Unidos)
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