La memoria nei bombi dipende dal microbiota intestinale

Secondo un recente studio pubblicato su Nature Communications, una diversa composizione del microbiota intestinale potrebbe spiegare le differenze cognitive nella popolazione di api.

Stato dell’arte
Le potenzialità del microbiota nell’influenzare le funzionalità cognitive nel mondo animale rimane un aspetto ancora poco esplorato.

Cosa aggiunge questo studio
Applicando analisi di metagenomica e metabolomica, questo studio ha approfondito le correlazioni tra l’abbondanza e le funzionalità di ceppi batterici intestinali con le capacità mnemoniche e di visualizzazione nei bombi.

Conclusioni
L’abbondanza di Lactobacillus apis ha mostrato un’associazione significativa con le performance di memoria probabilmente da ricondurre a un accumulo di glicerofosfolipidi.


Anche nei bombi, l’asse intestino-cervello riveste un ruolo importante. L’abbondanza di L. apis ha, infatti, mostrato una correlazione positiva con le capacità mnemoniche e di visualizzazione di queste api. L’accumulo di glicerofosfolipidi, LPA(14:0) in particolare, sembrerebbe poi aumentare la memoria a lungo termine. Una varia espressione batterica potrebbe quindi spiegare le differenze cognitive nella popolazione di api.

Lo conclude lo studio di Li Li e colleghi della Jiangnan University di Wuxi (China), pubblicato su Nature Communications

Funzioni cognitive e microbiota nel mondo animale

Spiegare le cause nella variazione delle capacità cognitive nel mondo di animale sta attraendo sempre più interesse. Se e come il microbioma intervenga rimane tuttavia ancora poco chiaro. Focalizzandosi sulle api, i bombi (n=29) in particolare, i ricercatori hanno valutato l’eventuale relazione tra caratteristiche batteriche intestinali e la memoria e/o la capacità di visualizzazione. 

Le abilità cognitive delle api variano infatti tra esemplari e il ridotto corredo batterico rende più accessibile un suo studio di correlazione. Di seguito i principali passaggi e risultati.

L’analisi del profilo compositivo ha dimostrato come Snodgrassella, Lactobacillus, Gilliamella, Bifidobacterium e Candidatus schmidhempel siano i generi più abbondanti andando a coprire il 92% di tutta la popolazione batterica, nonostante pronunciate variazioni di espressione inter-esemplare. 

Ma quali ceppi sono attivamente coinvolti nelle funzionalità cognitive? Sembrerebbe il genere Lactobacillus. In particolare, tra i cinque filotipi di Lactobacillus (Snodgrassella alvi, Gilliamella apicola, Bifidobacterium spp., Lactobacillus firm-4 e firm-5) solo Firm-5 ha mostrato una correlazione significativa e positiva. Nessuna influenza invece della conta batterica totale. 

Volendo approfondire il ruolo di L. firm-5, ne è stata incrementata l’abbondanza per somministrazione esogena di L. apis essendo la specie Lactobacillus più classificata e abbondante tra la popolazione commensale.  

  • Il gruppo con il supplemento di L. apis ha mostrato una migliore memoria nel lungo termine ma non nella velocità di apprendimento 
  • Il supplemento di S. alvi o G. apicola, altri ceppi abbondanti, non ha invece mostrato alcuna influenza sulle capacità cognitive suggerendo una specificità d’azione di L. apis

Lactobacillus apis e memoria

Ma in che modo L. apis promuove la memoria? Esplorandone le funzionalità metaboliche, l’effetto positivo sembrerebbe da ricondurre al metabolismo dei glicerofosfolipidi. Infatti: 

  • rispetto a S. alvi o G. apicola, con pathways metabolici “classici” ed essenziali per la sopravvivenza batterica (biosintesi di aminoacidi, attività ribosomiale ecc.), firm-5 ha mostrato un’abbondanza maggiore di enzimi di fosfotransferasi, metabolismo di fruttosio, mannosio, amido e saccarosio
  • il metabolismo di amido, saccarosio, glicerofosfolipidi e purine, oltre che processi di glicolisi e gluconeogenesi, hanno mostrato una correlazione con le performance di memoria a lungo termine
  • in termini di metaboliti, 122 hanno mostrato differenza significativa nell’emolinfa tra il gruppo sottoposto a test di memoria o apprendimento. Di questi, 59 (48%) sono risultati essere glicerofosfolipidi quali fosfatidilcoline (PC), fosfatidiletanolammine (PE) e relative forme liso- (LPC, LPE). 
  • 58 dei 59 glicerofosfolipidi significativamente alterati hanno mostrato un incremento nel gruppo con supplemento di L. apis. Tra tutti, LPA(14:0) ha registrato il maggior incremento nell’emolinfa dopo il supplemento 
  • sempre nel gruppo con supplemento di L. apis ha prodotto un incremento intestinale di vari tipi di zuccheri (maltosio, fruttosio, maltopentoso ecc) bilanciato da un decremento di altri (D-glicerato) spiegato dall’alterazione del metabolismo glucidico e dei glicerofosfolipidi
  • il supplemento di L. apis è risultato correlato invece a un abbassamento cerebrale di altri glicerofosfolipidi quali acido fosfatidico PA(18:1/18:3), PC(18:5e/20:5), PC(16:2e/22:6), PC(5:0/13:1), LPC(20:0) e di una lisofosfatidilserina LPS(16:0)
  • LPA (14:0) ha mostrato non solo un marcato incremento in seguito a L. apis, ma anche una correlazione con un miglioramento della memoria a lungo termine

Il supplemento di L. apis ha quindi dimostrato di sostenere il metabolismo intestinale di glicerofosfolipidi e del loro livello nell’emolinfa e, in qualche modo, migliorare la memoria. 

Questo effetto positivo sembrerebbe però essere da ricollegare a un’alterazione di espressione dei recettori neuronali di intestino e cervello. Più nel dettaglio:

  • mGlu2 (metabotropic glutamate receptor 2) ha mostrato un arricchimento nell’intestino con, di contro, un abbassamento di OARβ2 (octopamine receptor beta-2R)  
  • OARO (octopamine receptor Oamb) è poi risultato diminuito nei corpora pedunculata (una coppia di strutture nel cervello di insetti coinvolte nel processo di memoria)

Conclusioni

Per riassumere quindi, questo studio suggerisce come il meccanismo coinvolto nelle capacità mnemoniche dei bombi possa dipendere (almeno in parte) da batteri intestinali coinvolti nel metabolismo di glicerofosfolipidi. L’accumulo di questi ultimi nell’emolinfa potrebbe beneficiare le strutture e funzionalità cerebrali. Ulteriori approfondimenti sono tuttavia necessari.

Laureata in Farmacia, Master di I^ livello in Ricerca Clinica presso l'Università di Milano. Borsista in Ricerca Biomedica dal 2017 al 2018 presso l'Istituto Mario Negri IRCCS, ha intrapreso il percorso di dottorato in Scienze Farmaceutiche all'Università di Milano.