ミツバチの腸内フローラ：複雑な関係の網

動物の腸内には特別な微生物コミュニティが住んでるんだ。この微生物は動物の健康に影響を与えたり、病気になりやすさにも関係してる。通常、これらのコミュニティは各ホスト種に特有で、同じ種の異なる個体の腸内微生物は異種のそれよりも似てるんだ。また、ある動物群では、近縁種同士が似た腸内微生物を持ってることもある。このパターンは、特定の微生物が特定のホスト種にしか存在しないから起こる。動きが限られてたり、ホスト選択が、これらの微生物が動物の腸内でどのように分布するかに影響する。

動物の腸内にいる一部のバクテリアは、そのホストと密接な進化的関係にあって、一緒に進化してきたってことなんだけど、研究されたバクテリアの中でこの関係が見られるのはほんの少数なんだ。さまざまなホストに住める一般的なバクテリアもいる。これにより、異なる腸内バクテリアが異なる動物種間で同じように進化するわけじゃないことがわかる。最近の研究では、ホスト特異性のレベルが腸内のバクテリア系統によって異なることが強調されていて、この特異性を理解するためには、バクテリアの特徴だけでなく、もっと広い観点で見る必要があるんだ。

私たちが知っていることにもかかわらず、腸内微生物コミュニティがさまざまな動物ホストの間でどのように進化するかを完全に理解するのはまだ難しい課題がある。過去のいくつかの研究は多様なシステムに焦点を当ててきたため、微生物叢の変化が新しいバクテリアの侵入から来ているのか、既存のものの変化から来ているのかを判断するのが難しいんだ。また、異なるホスト集団の環境や生物学の違いは、これらの微生物コミュニティが時間とともにどう変わるかを理解するのを複雑にしている。さらに、多くの研究が特定の遺伝子分析に依存していて、密接に関連するバクテリアについての詳細な情報を提供していない。

このギャップを埋めるためには、似た環境に住んでいる近縁動物の腸内微生物を研究することが重要だ。ミツバチの働き蜂は、関連種間で共有されるシンプルながら専門的な腸内マイクロバイオームを持っているので、こうした研究にとって素晴らしいモデルとなる。ミツバチの腸内において主要なバクテリアには、ラクトバチルス、ボンビラクトバチルス、ビフィドバクテリウムが含まれていて、これらのバクテリアは一般的に社会性昆虫の共通の祖先から来ていて、さまざまなミツバチ種に適応しているんだ。

この記事では、異なるミツバチ種間で腸内マイクロバイオータがどのように異なるかを探り、これらの微生物コミュニティの遺伝的構成とその多様性の影響を調査するよ。

#研究概要

この研究では、マレーシアとインドで見つかった5種類のミツバチの働き蜂200個体の腸からゲノムを配列決定したんだ。この作業は、これらの重要な花粉媒介者からのバクテリアゲノムのより広範なコレクションを構築し、異なるミツバチ種が異なる腸内バクテリアをホストするメカニズムの理解を深めることを目指している。

私たちが調査したミツバチ種には、A. florea、A. andreniformis、A. dorsata、A. mellifera、A. ceranaが含まれていて、彼らの腸からDNAを分析することで、さまざまなバクテリア種に関する多くの情報を得られたよ。

#ミツバチ種間の腸内微生物の違い

私たちの分析では、腸内バクテリアから合計1,959の高品質および中品質のゲノム配列が明らかになった。これらの配列は、研究した5つのミツバチ種間でさまざまなバクテリア種を表している。遺伝的類似性に基づいて、これらのバクテリアを150種に分類したよ。

いくつかの発見では、特定のバクテリア属がすべての5種に存在する一方で、他は特定の種にしか見られなかった。たとえば、ラクトバチルスとビフィドバクテリウムは常に存在しているけど、他の属は選ばれた種にしか現れなかった。A. dorsataは他の種に比べて特に多様な腸内バクテリアの群があったんだ。

バクテリア種の分布は、ミツバチの種類によって異なっていて、A. dorsataは豊富な腸内微生物のバリエーションをホストしている一方で、コナバチ種はあまり多様性がなかった。面白いことに、A. melliferaとA. dorsataの腸内には、バクテリア種の総数が多い傾向があって、これらの種が多様なバクテリアにとってより歓迎される環境を提供している可能性を示唆している。

#ホスト特異的微生物コミュニティ

ミツバチの腸内マイクロバイオータは、各ホスト種に特有である明確な兆候を示していた。さまざまなミツバチ種における異なるバクテリア種の分布を評価した結果、一部のバクテリアが共有されている一方で、多くは特定のホストに独自のものだった。

たとえば、A. floreaとA. andreniformisのような近縁種でさえ、ほとんど区別できない腸内マイクロバイオータを持っていた。このことは、ホスト特異性が絶対的ではなく、近縁種間で変わりうることを示している。

各バクテリア種のホストに対する特異性を理解するために、私たちは各種に対してホスト特異性スコアを計算した。この分析の結果、個々のバクテリアの特異性が大きく異なることがわかった。一部の属には、複数のホストに見られる一般的な種が含まれていた一方で、他の属はより専門的なバクテリアで構成されていた。

異なるミツバチ種間で共有されているバクテリアもあったけど、それでもそれぞれの系統レベルでの変動が見られた。つまり、同じ種の異なる系統が異なるホストに見られたってこと。これによって、これらの種間で共有されるバクテリア系統の範囲を探るためのさらなる研究が必要だと示唆されている。

#腸内マイクロバイオータの進化

腸内バクテリアとミツバチホストとの関係は、進化的プロセスの影響を受けている。異なるミツバチ種は、進化の歴史の中で共生バクテリアを獲得したり失ったりしてきた可能性がある。これは、腸内マイクロバイオータの構成が、蜜蜂がホストを変えたり、バクテリアが定着したり消えたりすることで時間とともに変わりうることを示唆している。

私たちの発見は、共進化（腸内バクテリアとそのホストが一緒に進化すること）が私たちのミツバチの研究では確認できなかったことを示していた。これは予想外で、共進化は他のタイプのホスト関連マイクロバイオームでよく見られるからだ。むしろ、ミツバチの腸内バクテリアの進化は、共進化よりもホスト種や環境要因の変化によって影響を受けている可能性が高いと私たちは考えている。

ミツバチの微生物コミュニティの動的な性質は、ホストと腸内バクテリアの間の長年の関係でさえも変わる可能性があることを示唆している。これには、バクテリアがあるホストから別のホストに移動する機会や、腸内バクテリアがホストとどのように相互作用するかの違いなど、さまざまな要因が影響しており、これらはミツバチの全体的な健康や機能に影響を与える可能性がある。

#腸内マイクロバイオータの機能的可能性

私たちはまた、特定の腸内マイクロバイオータの構成がミツバチの腸に住むバクテリアの異なる機能能力に繋がるかどうかを探ったよ。腸内バクテリアに存在する遺伝子を分析することで、特定のバクテリアの存在を植物材料の分解などの機能に関連付けることができたんだ。

分析の結果、腸内バクテリアの機能的可能性はミツバチ種ごとに異なることがわかった。A. dorsataのような一部のミツバチ種は、他の種よりも複雑な植物の糖を分解する遺伝子の多様性が豊かだった。この発見は、腸内バクテリアがミツバチの健康にとって重要なだけでなく、彼らの食物を消化する上で重要な役割も果たしていることを示している。

花粉に含まれる成分を消化するための特定の酵素群でも違いが見られた。5つのミツバチ種は共通の酵素能力を持っていたけれど、A. dorsataはペクチンを分解する酵素遺伝子のより多様な範囲を持っていた。これは、A. dorsataが特定の食物源をより良く消化するために腸内マイクロバイオータを適応させた可能性を示唆している。

#結論

要するに、この研究はミツバチとその腸内微生物の間の多様で複雑な関係に光を当てているよ。複数のミツバチ種から腸内バクテリアのゲノムを配列決定することで、微生物コミュニティはしばしばホスト特異的だけど、一般的な要素も共有していることが分かった。これらの腸内微生物の進化の歴史は、ホストとの相互作用や環境要因によって形作られ、異なるミツバチ種間でユニークな機能能力を生み出している。

ミツバチが環境の変化からの圧力に直面し続ける中、これらの微生物コミュニティの機能や関係を理解することは、彼らの健康を維持し、花粉媒介者としての重要な役割を支える戦略を開発するのに役立つかもしれない。これらの関係が時間とともにどのように進化し適応するか、特に環境の変化や生物多様性の喪失の文脈でさらに探求するための研究が必要だ。