Microbiologie in hapklare porties
Hoe brengen groepsspinnen hun microbioom over?
Microbioom! Dit woord staat de laatste jaren erg in de belangstelling. We hebben allemaal gehoord over het microbioom en de rol die het speelt bij het behouden van onze gezondheid. De term ‘microbioom’ verwijst in feite naar de verschillende groepen bacteriën die ons lichaam koloniseren, zowel van binnen als van buiten. Recente studies hebben aangetoond dat ons microbioom verschillende aspecten van ons lichaam kan beïnvloeden, waaronder immuniteit, stemming en sociaal gedrag.
Maar hoe krijgen we onze microbiota?
Er zijn twee manieren waarop het microbioom wordt overgedragen: verticaal en horizontaal. Verticale overdracht verwijst in principe naar de overdracht van bacteriën van ouders op baby’s – hun nakomelingen (dat wil zeggen, van de ene generatie op de volgende generatie). Zoogdieren, zoals mensen, zijn een goed voorbeeld van verticale transmissie, waarbij baby’s in de baarmoeder van hun moeder groeien in een volledig kiemvrije omgeving. Tijdens hun reis door het geboortekanaal worden pasgeborenen echter bedekt met het microbioom van het geboortekanaal van hun moeder. Deze manier van overdracht zorgt voor een betrouwbare overdracht van het microbioom naar de volgende generatie. Bij horizontale overdracht kan de microbiota worden verkregen uit de omgeving of van leden van dezelfde generatie via sociale contacten. Deze vorm van overdracht heeft het voordeel dat er veel meer variatie mogelijk is. De stabiliteit van het microbioom over generaties heen is echter twijfelachtig.
Welke manier van microbioomoverdracht is voordeliger?
Aangezien het microbioom een cruciale rol speelt in het behoud van de gezondheid van individuen, is het essentieel om het microbioom met hoge getrouwheid over te dragen. Nu voelt het intuïtief voor de hand liggend dat de verticale wijze van overdracht stabieler is, omdat baby’s zeker dezelfde microbiota krijgen als hun ouders, met minimale kans op verstoring. Maar hoe zit het met het scenario waarin alle individuen niet reproductief zijn? Organismen zoals bijen, mieren en spinnen leven samen in de vorm van sociale groepen. In dergelijke groepen planten slechts één of enkele vrouwtjes zich voort, terwijl de rest van de populatie zich niet voortplant en bijdraagt aan het in stand houden van de structuur en stabiliteit van de samenleving. Als de werkster in zo’n geval microben oppikt uit de omgeving die nuttig kunnen zijn voor de leden van de gemeenschap, gaan die dan verloren als die individuen sterven?
Om de overdracht van het microbioom onder dergelijke organismen te begrijpen, bestudeerden Rose et al. de overdracht van het microbioom onder de groepsspinnen Stegodyphus dumicola. Van deze spinnen is bekend dat ze gemeenschappelijke nesten bouwen en onderling samenwerken om prooien te vangen en voor de baby’s te zorgen. De levenscyclus van Stegodyphus dumicola begint in de vorm van eieren, die worden ingekapseld door een eierzak van spinnenzijde. Deze spinnen doorlopen 9 larvale stadia die instar 1-9 worden genoemd en uiteindelijk uitgroeien tot een volwassen spin. Het ei komt uit en wordt instar 1 in de eierzak. Instar 2 komt uit de eierzak, waardoor het instar de kans krijgt voor sociale interacties. Deze spinnen vertonen interessante sociale interacties en gedragingen, waarbij de nakomelingen door de verzorger worden gevoed via regurgitatie. Dit is een proces waarbij de moeder een mengsel van verteerde prooi en darmslijm uitbraakt en de nakomelingen zich daarmee voeden. Ze vertonen ook matriphagy, waarbij zodra de nakomelingen klaar zijn om prooien te vangen (instar 5-7), ze zich voeden met hun moeders. Dergelijke interacties stellen de nakomelingen in staat om het microbioom van de leden van hun groep te verwerven.
Figuur 2: Levenscyclus van de groepslevende spin Stegodyphus dumicola. Afbeelding Bron: Rose et al, 2023
Om erachter te komen hoe en wanneer deze spinnen hun microbioom verwerven, controleerden de onderzoekers het microbioom van verschillende stadia van de spinnen. Ze vonden geen bacteriën in eieren of instar 1. Vanaf instar 2 konden de onderzoekers de aanwezigheid van bacteriën ontdekken. Hieruit blijkt dat spinnen, in tegenstelling tot mensen, het microbioom niet rechtstreeks van de moeder naar de eieren (transovarian transfer) of van de eierzakken naar de instar overbrengen. Uit eerder onderzoek is echter bekend dat spinnen die in een groep leven een vrij stabiel microbioom hebben binnen een groep. Hoe zorgen spinnen er dan voor dat hun microbioom zo getrouw wordt overgedragen? Is het mogelijk dat de nakomelingen hun microbioom uit het uitgebraakte voedsel van de moeder halen? Om deze vraag te beantwoorden, voerden de onderzoekers een cross-fostering experiment uit. In dit experiment werd het ei samen met de eierzak overgebracht naar een kooi met volwassen vrouwtjes uit een nest met een ander microbioom dan het oorspronkelijke nest. De onderzoekers ontdekten dat de instar die zich ontwikkelde in de aanwezigheid van een pleegmoeder, het microbioom van de pleegmoeder verwierf. Dit toont aan dat sociale interacties kunnen fungeren als een zeer betrouwbare manier van verticale overdracht van het microbioom.
Om te begrijpen of het microbioom in een later stadium van de levenscyclus kan veranderen, mengden de onderzoekers de volwassen dieren uit twee nesten met een verschillend microbioom gedurende 39 dagen. Ze ontdekten dat wanneer ze de individuen van twee nesten in dezelfde verhouding combineerden, het microbioom van de twee samenkwam en homogeniseerde. Dit toont aan dat zelfs de horizontale wijze van overdracht een belangrijke rol speelt bij het verwerven van het microbioom bij spinnen die in groepen leven.
Wanneer de individuen echter in ongelijke verhoudingen werden gecombineerd, konden slechts enkele bacteriële leden van het microbioom zich verspreiden naar de andere individuen, terwijl andere minder talrijk bleven. Dit toont aan dat sociale interacties tijdens de volwassen levensfase het microbioom kunnen overdragen, maar dat een enkele vermenging geen blijvend effect heeft op het microbioom van de groep. De relatieve overvloed van verschillende leden van het microbioom na menging in ongelijke verhoudingen geeft aan dat er een soort van in-gastheer competitie is. Dit zou directe concurrentie tussen de leden van het microbioom kunnen zijn, of het zou het gevolg kunnen zijn van de selectiedruk die uitgaat van de genetische achtergrond van de gastheer. Dit laatste lijkt echter onwaarschijnlijk omdat eerdere studies geen correlatie hebben aangetoond tussen de genetica van de gastheer en het microbioom.
Deze studie toonde aan dat bij in groepen levende wezens, zoals spinnen, zowel verticale als horizontale vormen van overdracht een belangrijke rol spelen bij het behoud van het microbioom. Terwijl verticale transmissie zorgt voor een zeer getrouwe overdracht van het microbioom van de (pleeg)moeder naar het nageslacht, zorgen sociale interacties voor horizontale transmissie, waardoor individuen micro-organismen kunnen verwerven van andere groepsleden.
Link to the original post: Rose, C., Lund, M.B., Søgård, A.M. et al. Social transmission of bacterial symbionts homogenizes the microbiome within and across generations of group-living spiders. ISME COMMUNICATION. 3, 60 (17th June, 2023). https://doi.org/10.1038/s43705-023-00256-2
Featured image: Christoph Schütz from Pixabay
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 