Le api, oltre a essere considerate da tempo lo specchio della “salute della natura” rappresentano una risorsa preziosa anche per la nostra alimentazione e, di conseguenza, per la nostra economia. Studiare questi insetti per comprenderli meglio proteggerli è l’obiettivo di molte ricerche, sempre più focalizzate sulla loro componente batterica.

Molto, ma non tutto, si sa infatti sull’Apis Mellifera, l’ape da miele comune, sia in termini di comportamento (animale sociale, resiliente alle variazioni ambientali ecc.) sia a livello del suo microbiota intestinale.

Sofia Romero e i colleghi dell’University of British Columbia, in Canada, con una revisione della letteratura pubblicata su Insect Molecular Biology, hanno voluto fare il punto della situazione su cosa si conosce e su come è stato ottenuto. Vediamo dunque i principali punti trattati concentrandosi proprio sull’Apis Mellifera.

Identificazione tassonomica del microbiota

Le attuali tecniche per la valutazione tassonomica dei batteri intestinali di Apis Mellifera sono essenzialmente genomiche, ossia basate sulla selezione di sequenze geniche a differenti livelli di risoluzione, dal phylum alla specie.

Attraverso l’analisi genetica diretta dei campioni (metodo “coltura-indipendente”), sono stati individuate le specie che, complessivamente, rappresentano la quasi totalità del microbiota intestinale di Apis Mellifera.

Queste includono Snodgrassella alvi (Proteobacteria), Giliamella apicola (Proteobacteria), Bartonella apis (Proteobacteria), Frischella perrara (Proteobacteria), Lactobacillus Firm-4 (Firmicutes), Lactobacillus Firm-5 (Firmicutes), Bifidobacterium asteroides (Actinobacteria) e Parasaccharibacter apium (Proteobacteria).

La specie Apis Mellifera ha dimostrato inoltre di possedere un vero e proprio core batterico implicato nella funzionalità metabolica (degradazione di lignina o pectina, regolazione della sensibilità insulinica o dell’aumento di peso ecc.), in quella immunitaria e nella resistenza alle condizioni climatiche avverse.

Se e come fattori esterni quali locazione geografica, ruolo all’interno dell’alveare, cambiamenti ambientali o variazioni genetiche dell’ospite possano influire sull’espressione e distribuzione batterica rimangono punti ancora in attesa di ulteriori e più approfonditi studi. Per esempio, sono emerse differenze di abbondanza relativa di alcune tra le specie del core batterico tra ape regina e fuco, mentre tra le api operaie di uno stesso alveare la composizione sembrerebbe pressoché stabile. Altri studi dimostrano, invece, come il microbiota di api distanti geograficamente sia di fatto similare.

Anche gli effetti di antibiotici e probiotici sulla componente batterica di Apis Mellifera suscitano non poche curiosità. Potrebbero infatti alterarne le caratteristiche nonché le funzionalità. L’eliminazione del microbiota in seguito a terapia antibiotica, per esempio, ha comportato una maggiore suscettibilità a infezione da N. ceranae, patogeno commensale, suggerendo un’alterazione a livello immunitario.

Per quanto riguarda l’impatto dei probiotici, invece, i risultati sono ancora preliminari. Tra questi, la somministrazione di Lactobacillus e Bacillus isolati direttamente dall’intestino di Apis Mellifera ha dimostrato di incrementare la produzione di miele oltre che di stimolare il sistema immunitario. I benefici sembrerebbero però ceppo-specifici. Alcuni studi hanno infatti evidenziato un aumento di rischio di infezione in seguito a determinati ceppi probiotici.

Non solo batteri

Nell’era della tecnologia e dei big data, l’analisi metagenomica, definibile se vogliamo come “una genetica di più ampio respiro”, sta permettendo un tipo di conoscenza sempre più completa di un organismo. Poiché a colonizzare non sono solo i batteri, ma anche i lieviti, i funghi o i microrganismi eucarioti, gli aspetti da considerare sono molti.

Tra i primi microrganismi non batterici a essere stati individuati nel microbiota intestinale di Apis Mellifera si trovano infatti:

• quattro specie di funghi (Penicillium frequentans, P. cyclopium, Aspergillus flavus, A. niger)
• vari eucarioti quali Pandora delphacis, Mucor spp., Nosema ceranae, N. apis e Leishmania/Leptomonas sp.

A questi, grazie alle più moderne tecniche di indagine, se ne aggiungono altri come Ascomycota, Basidiomycota, Glomeromycota, Chytridiomycota, Zygomycota a livello di phylum micotico e Saccharomyces tra i generi.

Inoltre, con l’aumentare del numero degli studi e quindi delle informazioni, sono stati creati veri e propri database genetici quali UNITE, SILVA o GenBank.

Determinare quali e quante specie diverse colonizzano un organismo però non basta. Serve anche capire come queste interagiscono tra loro, in loco o tra zone anatomiche diverse. Ecco allora che entrano in campo strategie di identificazione e isolamento delle specie d’interesse con antibiotici selettivi, con monocolture in vitro o in vivo su modelli germ-free, con indagini o manipolazioni genetiche.

Ingegneria genetica e batteri: il caso di Apis Mellifera

In generale, perché voler modificare il microbiota intestinale?

Solitamente, per comprenderlo meglio o per aggiungere/rimuovere/cambiarne determinate caratteristiche.

Nel caso di Apis Mellifera, l’inserzione di trasposoni mutageni o l’interferenza con il sistema CRISP sono tecniche da lungo praticate. Per esempio, l’inserimento di sequenze trasposoniche (sequenze geniche in grado di spostarsi) ha permesso di individuare un insieme di geni essenziali per il mantenimento del benessere dell’ospite.

Di più recente messa a punto è inoltre l’inserzione di plasmidi. Maddaloni et al. (2014) hanno infatti manipolato le specie batteriche producenti acido lattico presenti a livello intestinale di Apis Mellifera agendo su cinque geni coinvolti nel metabolismo del galattosio. Tale metodo è stato validato anche per altre specie di api ossia S. alvi, G. apicola, Serratia marcescens e B.api.

Sfide future

Gli autori della revisione hanno infine riassunto le aspettative e le sfide future per Apis Mellifera. Queste prevedono:

• analisi e controllo dei fattori ambientali. Cambiamenti di clima e alimentazione sono tra le variabili esterne che più influenzano il microbiota, delle api e non solo. Data la difficoltà di intervenire sperimentalmente in entrambe le situazioni (selezionando le piante con cui entrare in contatto o mantenendo condizioni ambientali stabili ecc.) i risultati in questo settore sono ancora in fase preliminare

• completare l’identificazione e la caratterizzazione del microbioma intestinale. Nonostante sia emerso un core batterico stabile, molte sono le variazioni secondarie, anche non batteriche, da considerare

In conclusione, dunque, seppur le ultime tecnologie sperimentali e di analisi abbiano permesso notevoli passi avanti, rimane ancora molto da scoprire.

Il microbiota intestinale di A. Mellifera, data la sua relativa semplicità, e i metodi di indagine applicati offrono tuttavia uno spunto importante per lo studio di realtà più complesse.