Project

Discipline

Gut microbiota; Symbiosis; Honey bee; Host interaction; Gut homeostasis; Bacteria; Mutualism

Lead
Honigbienen beherbergen eine einzigartige Bakteriengemeinschaft in ihrem Magendarmtrakt, welche sich im Laufe der Evolution spezifisch an diese Umgebung angepasst hat. Wie auch im Menschen können Magendarmbakterien der Honigbiene eine wichtige Rolle für die Gesundheit ihres Wirtes spielen. Die genauen Funktionen dieser Bakterien sind jedoch trotz der zentralen Bedeutung von Bienen für Landwirtschaft und Ökosystem noch weitgehend unbekannt.
Lay summary
Das Kernziel dieses Forschungsprojektes wird es sein, die Interaktionen zwischen Bakterien und Honigbienen näher zu charakterisieren.  Hierzu werden keimfreie Bienen im Labor mit spezifischen Bakterienisolaten kolonisiert. Der Fokus wird auf einem spezifischen Bakterium liegen welches die Magendarmwände der Biene besiedelt und somit in enger Wechselwirkung mit dem Wirt steht. Wir werden den Einfluss dieses Bakteriums auf verschiedene Wirtsfaktoren, u.a. Immunsystem und Krankheitsresistenz, untersuchen. Des Weiteren werden wir genetische Faktoren dieses Bakteriums bestimmen, welche für die Kolonisierung des Wirtes wichtig sind. Als Bestäuber einer Vielzahl von Pflanzen ist die Honigbiene ein Insekt von zentraler Bedeutung für Umwelt und Landwirtschaft. Unsere Arbeit wird neue und wichtige Erkenntnisse über den Einfluss der Darmbakterien auf die Bienengesundheit aufdecken. Im Hinblick auf das weltweit vermehrte Auftreten von Bienensterben könnte dies zu neuen Strategien, zB. in der Bekämpfung und Prävention von Krankheiten, führen. Des Weiteren stellt die Honigbiene, auf Grund der einfachen Zusammensetzung ihrer Bakteriengemeinschaft im Magendarmtrakt, ein hervorragendes Model dar, um allgemeine Zusammenhänge zwischen Bakterien und Wirt zu untersuchen.  Daher wird unser Forschung grundlegende Prinzipien der komplexen Wechselwirkungen zwischen Darmbakterien und Wirt aufzeigen.

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Last update: 25.11.2013

Active participation

Self-organised

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The gut microbiota is an important contributor to the health of animals. Recent advances in sequencing technologies have enabled capturing the taxonomic and functional diversity of these bacterial gut communities. However, the complexity of the gut microbiota of humans and other mammals still displays a formidable challenge for experimental investigation of symbiotic interactions in the gut. Valuable knowledge about underlying fundamental principles can be gained from organisms, which harbor less complex communities. The honey bee, Apis mellifera, presents such an animal. Its gut microbiota consists of only eight bacterial species, which form deep-branching phylogenetic lineages within different classes of Proteobacteria, the Firmicutes, and Actinobacteria. This indicates long-standing evolutionary associations with the host and suggests that these bacteria play important functional roles, which have so far remained elusive. We have established tools for experimental manipulation of this system. We can culture all bacteria of this community in the laboratory, generate microbiota-free bees, and re-colonize these bees with the cultured bacteria. This allows us to study symbiotic interactions in a simple system, which has evolved by natural selection. This makes the honey bee an excellent model for understanding general mechanisms underlying symbiosis in gut communities.The research of this project will center on Frischella perrara, one of two Gammaproteobacteria of the honey bee gut microbiota. Our current research has revealed that this species inhabits the pylorus, a specific region of the hindgut. In this region, F. perrara colonizes the epithelium of the host together with two other proteobacterial species, Gilliamella apicola and Snodgrassella alvi. While the latter two species are consistently present, colonization of F. perrara can vary across individual honey bees. Based on our preliminary data, we will investigate the symbiosis between F. perrara, the host, and other bacteria. The research will focus on fundamental aspects of gut microbiology, including community invasion, bacterial competition and selection, and genetic factors involved in host interaction. In addition, the proposed work has direct applied implications for agriculture and natural ecosystems, because the honey bee is an important pollinator and has recently faced drastic population declines. A better understanding of the role of the gut microbiota in honey bee health is crucial to develop rational strategies for disease management.