Come le mosche tse-tse gestiscono i loro partner microbici

Tantissimi esseri viventi, come animali, piante e minuscoli organismi unicellulari, hanno dentro di loro dei microbi. Questi microbi possono avere relazioni diverse con i loro ospiti. Alcuni sono dannosi e sfruttano l'ospite, mentre altri sono utili e portano benefici. Ci sono tantissimi esempi di relazioni utili. Ad esempio, alcune alghe aiutano le creature marine fornendo nutrienti importanti. Alcuni batteri nei vermi producono sostanze che proteggono l'ospite dalle malattie. Alcuni microbi aiutano gli insetti a sopportare meglio il caldo. In certi casi, queste relazioni utili possono diventare essenziali, il che significa che sia l'ospite che i microbi dipendono l'uno dall'altro per sopravvivere.

Sostenere questi microbi consuma energia e risorse dall'ospite perché i microbi ottengono tutti i loro nutrienti dall'interno dell'ospite. Il guadagno totale che un ospite ha avendo questi microbi dipende dall'ambiente circostante. Ad esempio, molti insetti beneficiano di piccole sostanze nutritive prodotte dai microbi del loro intestino, e questo beneficio può cambiare in base alle necessità dell'ospite e alla disponibilità di questi nutrienti nel loro cibo. Dal momento che il numero di microbi dentro un ospite influisce probabilmente sulla quantità di nutrienti che l'ospite riceve e sulla quantità di energia che spende per mantenere in vita i microbi, è plausibile che gli ospiti controllino il numero di microbi in base alle loro necessità e ai nutrienti che consumano. La ricerca ha dimostrato che alcuni insetti gestiscono i loro microbi in base ai loro bisogni.

#Mosche Tze-Tze e i Loro Microbi

Le mosche tze-tze sono esempi interessanti di insetti che hanno microbi sia essenziali che utili. Si nutrono esclusivamente di sangue e hanno bisogno di uno dei loro microbi, Wigglesworthia, per ottenere importanti vitamine del gruppo B che nella loro dieta mancano. Wigglesworthia vive con le mosche tze-tze da milioni di anni e ha un genoma molto ridotto, il che significa che nel tempo ha perso molti geni. Questa relazione è molto stretta e il microbo è diventato indispensabile per le tze-tze.

Wigglesworthia si trova principalmente dentro un organo speciale chiamato batterioma, situato nel medio intestino della tze-tze. Le mosche tze-tze femmine non depongono uova, ma fanno crescere un solo larva alla volta. La larva viene nutrita con una sostanza simile a latte ricca di nutrienti mentre si sviluppa dentro la madre. Wigglesworthia vive anche in queste ghiandole del latte, permettendo alla madre di passarla alla sua prole. Questo sistema aiuta le tze-tze a gestire il numero di microbi Wigglesworthia sia in loro stesse che nei loro piccoli.

Il secondo microbo, Sodalis, è presente anche nelle tze-tze ma non è essenziale come Wigglesworthia. Sodalis può vivere in diversi tessuti del corpo della tze-tze ed è passato recentemente da vivere liberamente nell'ambiente a vivere dentro l'ospite. A differenza di Wigglesworthia, che non può sopravvivere fuori dalla tze-tze, Sodalis può prosperare lontano da essa, probabilmente a causa di un genoma meno semplificato. I benefici esatti di Sodalis per le tze-tze non sono ancora chiari, ma sembrano essere legati ad aiutare a vivere più a lungo e resistere a determinate infezioni.

#Obiettivi dello Studio

Questo studio si concentra su quanto controllo abbiano le mosche tze-tze sulle popolazioni dei loro due microbi: l'essenziale Wigglesworthia e l'opzionale Sodalis. Poiché osservare i cambiamenti nel numero di microbi può essere difficile, vogliamo esaminare come le mosche gestiscono queste popolazioni microbiche in diverse condizioni. Confrontando i due microbi, che hanno storie diverse con le tze-tze, speriamo di raccogliere informazioni su quanto sia probabile che le tze-tze controllino un tipo di microbo in modo diverso dall'altro.

Crediamo che, mentre le tze-tze potrebbero mantenere attivamente il numero di Wigglesworthia in base ai loro bisogni, la popolazione di Sodalis potrebbe non essere controllata con la stessa rigidità, dato che può crescere in risposta al suo ambiente. Indagheremo questo osservando le tze-tze in varie condizioni e misurando il numero di ciascun microbo.

#Esperimenti con le Mosche Tze-Tze

#Mantenere le Mosche

Abbiamo ottenuto mosche tze-tze da un impianto di ricerca e le abbiamo tenute in un ambiente controllato per i nostri studi. Le mosche venivano nutrite regolarmente con sangue sterile. Per il nostro primo studio, abbiamo esaminato come il numero di microbi cambiasse in base all'età delle mosche tze-tze femmine. Abbiamo osservato mosche di varie età, da molto giovani fino a quasi due mesi, e abbiamo esaminato i loro livelli di microbi.

#Cambiamenti nel Tempo

Abbiamo scoperto che il numero di microbi Wigglesworthia aumentava rapidamente quando le mosche erano giovani, ma iniziava a stabilizzarsi man mano che raggiungevano l'età adulta. Questo significa che le mosche inizialmente investono molte risorse per far crescere questo microbo essenziale fino a quando non è sufficiente per soddisfare le richieste per la produzione della prole. Tuttavia, dopo un certo punto, il numero di Wigglesworthia diminuiva, probabilmente perché con l'età delle mosche, le risorse disponibili per mantenere il microbo diminuiscono. Questo era diverso per Sodalis, che mostrava un aumento iniziale ma poi iniziava a scendere. Curiosamente, le mosche più anziane sembravano consentire una maggiore crescita di Sodalis, forse a causa di cambiamenti nel loro sistema immunitario.

#Effetti dell'Alimentazione

Per esplorare come la fame influisca sui microbi, abbiamo svolto un altro studio concentrandoci su mosche tze-tze maschi. Dopo averli nutriti, ci aspettavamo che entrambi i microbi aumentassero in numero, similmente a quanto osservato in altri insetti ematofagi. Tuttavia, i nostri risultati non mostrano cambiamenti significativi nei livelli di nessun microbo nel tempo dopo un pasto.

#Manipolazioni Dietetiche

Nella nostra ultima serie di esperimenti, abbiamo alterato le diete delle mosche tze-tze femmine per testare come la disponibilità di nutrienti influenzasse i loro microbi. Dilatando i loro pasti sanguigni o aggiungendo estratto di lievito per aumentare i nutrienti, volevamo vedere come ciascuna dieta impattasse i numeri di Wigglesworthia e Sodalis. Sospettavamo che Wigglesworthia si riducesse nella dieta povera di nutrienti, ma potesse rimanere stabile in diete ricche di nutrienti. D'altra parte, pensavamo che Sodalis sarebbe cresciuto di più in risposta a diete più ricche e meno in quelle più povere.

I nostri risultati suggerivano che i numeri di Wigglesworthia non cambiavano significativamente con la dieta, indicando che l'ospite potrebbe mantenere un livello costante indipendentemente dai cambiamenti dietetici a breve termine. Sembra che le tze-tze possano fare affidamento sui bisogni nutrizionali a lungo termine quando gestiscono Wigglesworthia. Al contrario, i numeri di Sodalis aumentavano con diete arricchite, suggerendo che questo microbo è più reattivo alle condizioni ambientali immediate.

#Impatti sulla Riproduzione

Esaminando gli effetti della dieta sulla riproduzione, abbiamo scoperto che le diete povere di nutrienti influenzavano negativamente il peso della prole e i loro tempi di sopravvivenza. I nostri esperimenti hanno dimostrato che le mosche tze-tze nutrite con sangue diluito avevano pupe più leggere e tempi di sopravvivenza più brevi dopo la schiusa. Al contrario, le diete con estratto di lievito aggiunto portavano anche a un successo riproduttivo inferiore, forse a causa della tossicità del lievito a concentrazioni più elevate.

#Conclusione

Questa ricerca ha mostrato che la mosca tze-tze gestisce i suoi due diversi microbi in modi unici. Mentre sembra mantenere una popolazione stabile di Wigglesworthia essenziale, consente a Sodalis, che è più flessibile, di rispondere direttamente alle condizioni dietetiche. I risultati evidenziano come gli ospiti regolano le loro comunità microbiche in base ai bisogni a lungo termine e alla disponibilità immediata di nutrienti. Ulteriori esplorazioni su come queste relazioni microbiche evolvono e i loro impatti sulla sopravvivenza dell'ospite potrebbero fornire preziose intuizioni sulle dinamiche delle interazioni ospite-microbo.