Mieren drinken hun eigen gif als ontsmettingsmiddel.





Breaking down the microbiology world one bite at a time


Mieren drinken hun eigen gif als ontsmettingsmiddel.

Bacteriën komen we in bijna elke omgeving tegen en het maag-darmstelsel van insecten is daar geen uitzondering op. Hier kunnen bacteriën een gunstige rol spelen bij het afbreken van complexe voedingsstoffen, die vervolgens worden omgezet in meer eenvoudige voedingsstoffen die door de gastheer kunnen worden opgenomen. Het voedsel dat de gastheer eet is hierbij een belangrijke bron van deze microbiële darm-partners, maar maakt ook de weg vrij voor schadelijke microben die giftige stoffen produceren die de gastheer kunnen doden. 

Sommige insecten die in een grote sociale gemeenschap leven zoals mieren, wespen, bijen of termieten, kunnen het voedsel bewaren in hun maag. Deze maag waar het voedsel tijdelijk wordt opgeslagen wordt de krop genoemd. Voedsel wordt hier niet alleen in getransporteerd, maar ook bewaard om later aan andere leden van de gemeenschap te geven via trophallaxis. Dat betekent dat ze het voedsel uit de krop uitbraken en het aan de ontvanger voeren met hun mond. Best intiem hè? Hoewel dit de overdracht van de nuttige microben vergemakkelijkt, opent het ook de deur voor ongewenste microbiële opportunisten die deze transmissieroute kunnen kapen en zo andere leden van de insect-gemeenschap ziek kunnen maken. 

Onderzoekers hebben in een recente studie onderzocht hoe mieren deze schadelijke bacteriën in hun voedsel kunnen beperken, terwijl de gunstige microben van en met het voedsel kunnen worden getransporteerd. Meer specifiek keken ze naar de reuzenmier ‘Camponotus floridanus’ en hoe ze hun eigen zure gif als wapen gebruiken! Ze lijken het zuur te gebruiken om voedsel te desinfecteren, waardoor zuurtolerante bacteriën alsnog tot hun darmen kunnen komen.  

Reuzenmier (Camponotus sp.) by Muhammad Mahdi Karim. Bron: Wikimedia commons.

De onderzoekers keken eerst hoe zuur de krop en het begin van de darmen was in zeven verschillende soorten van reuzenmieren die allen dit gif produceren (EN: formicine ants). Ze vonden was dat de krop erg zuur is, met een pH tussen de 2 en 4. Het begin van de darmen had echter een hogere pH waarde, wat betekent dat het minder zuur is. 

Tekening van de mier Kyromyrma neffi, wat de acidopore laat zien met haren aan het uiteinde van het lichaam. Bron: PNAS https://www.pnas.org/content/97/25/13678 

Hoewel dit verschil niet ongewoon is (in mensen kan de pH van de maag dalen tot 2, terwijl de kleine darm een pH van 6 heeft) laat het onderzoek zien dat deze mieren een ander mechanisme dan wij gebruiken om de pH zo laag te houden: ze drinken hun eigen zure ‘gif’. Dit gif wordt normaal gebruikt voor bescherming tegen roofdieren en wordt geproduceerd in een klier aan het uiterste van hun lichaam. De druppels uit deze klier, genaamd de ‘acidopore’, bestaat uit 37 chemicaliën en bestaat voor het grootste deel uit mierenzuur (EN: formic acid, vandaar de Engelse naam formicine ants). Onder andere mieren maken gebruik van dit zuur, maar ook wespen, bijen, hommels en brandnetels verdedigen zich hiermee. De mieren ‘likken’ hun acidopore en zuigen het zure goedje in hun mond. Yum!

Nadat er was bewezen dat het inderdaad mierenzuur was dat de pH in de krop zo laag maakt, keken de onderzoekers of het gif bacteriële ziekmakers kon doden. Ze voerden de reuzenmieren honingwater waar een pathogene bacterie in zat (Serratia marcescens). Deze bacterie staat bekend om de mieren te doden, zelfs wanneer de bacteriën maar in kleine aantallen aanwezig zijn. De onderzoekers keken naar het overlevingsvermogen van de bacteriën op verschillende tijdstippen en zagen dat er al na enkele uren geen levende S. marcescens meer aanwezig was in de krop, en dat er haast geen enkele bacterie aanwezig was in het begin van de kleine darm na een half uur. 

Een tekening van de gerelateerde plek in de anatomie van de mier correspondeerd met de grafiek beneden. a) Verschil in het aantal bacteriën (CFU of ‘Colony forming units’) die overleven in de krop na het voeren. b) Verschil in het aantal bacteriën die overleven in het begin van de darmen na het voeren.
Figuur uit het originele artikel.

In een tweede experiment zorgden de onderzoekers ervoor dat de helft van de mieren geen toegang had tot hun zure gif, en gaven al de mieren besmet voedsel. Daarna keken ze hoeveel mieren overleefden. De mieren die wel toegang hadden tot hun gif hadden een significant voordeel, dat zelfs te vergelijken was met mieren die geen besmet voedsel kregen voorgeschoteld.

Niet alleen kan het toegang hebben tot eigen gif de overleving van mieren die besmet voedsel eten verbeteren, maar ook van de mieren die dit voedsel binnenkrijgen via trophallaxis (mond-op-mond voeren). Om dit te testen maakten de onderzoekers twee groepen van donoren en ontvangers. In beide groepen waren de acidoporen van de ontvangende mieren dichtgelijmd. In de eerste groep hadden de donoren wel toegang tot hun gif, in de tweede groep waren de acidoporen van de donor ook dichtgelijmd. Zoals te zien in de figuur had de eerste groep, waarbij de donor wel het zure gif in zijn krop had, een hogere overlevingskans dan de tweede groep waarbij de donor geen gif in zijn krop had. 

Donormieren met toegang tot hun gifklier (FA+) en hun ontvangers (FA-) hebben een hogere overlevingskans dan de andere donor-ontvanger paren, nadat ze zijn gevoed met ziekmakende bacteriën.
Figuur uit het originele artikel.

De onderzoekers lieten zien dat het gif pathogene bacteriën kan doden. Maar hoe zit dat dan met bacteriën die dit zuur kunnen weerstaan? Zou het gif kunnen werken als een soort filter, waarbij er bepaalde bacteriën wel doorgelaten kunnen worden? Om dit te onderzoeken voerden de onderzoekers de mieren met bacteriën uit het genus Asaia om te zien of ze tegen het zuur bestand waren (deze bacteriën worden vaker gevonden in de darmen van verschillende insecten). In contrast met de pathogene bacterie waren de Asaia bacteriën beter bestand tegen het zuur en ze konden zelfs worden aangetoond in de darmen na 48 uur. Dus ja, het gif maakt de krop zuur waardoor het kan dienen als een filter tegen pathogene bacteriën, en selectief (gunstige) bacteriën door kan laten. 

a) De Asaia bacteriën kunnen tot 24 uur over leven in de krop.
b) Asaia bacteriën zijn in oplopende getalen te vinden in het begin van de darm, 48 uur na het voeren van de mieren. Figuur uit het originele artikel.

Door deze experimenten konden de onderzoekers twee nieuwe functies van het mierenzuur aantonen, waarvan voorheen alleen werd gedacht dat het tegen roofdieren werd gebruikt. Het gif is niet alleen een manier om schadelijke bacteriën te doden maar kan ook als een chemisch filter dienen om (misschien gunstige) bacteriën door te laten naar de darmen. De zure kroppen dienen ook als een soort barrière om verdere verspreiding van een ziekte in reuzenmieren-kolonies te stoppen. 

De onderzoekers vonden ook nog iets interessants: de zuurgraad in de krop van zowel mieren met als zonder toegang tot hun gif was nogal verschillend. Wat zou hier de oorzaak van zijn? Zijn er nog andere interne of externe mechanismen die hier invloed op hebben? Zijn deze verschillen specifiek voor deze mierensoort? Is dit verschil het resultaat van een verschillende samenstelling van het gif? En wat is eigenlijk de beste zuurgraad van een krop? Al deze vragen en meer moeten nog worden aangepakt in verder onderzoek om zo de interacties tussen mieren en hun microben te ontrafelen. 


Link naar het originele artikel: Simon Tragust, Claudia Herrmann, Jane Häfner, Ronja Braasch, Christina Tilgen, Maria Hoock, Margarita Artemis Milidakis, Roy Gross, Heike Feldhaar, Formicine ants swallow their highly acidic poison for gut microbial selection and control, eLife, 2020


Vertaald door: Charlotte van de Velde