Bakterien können den Darm von Tieren besiedeln, indem sie Nahrungsnährstoffe nutzen oder sich an mikrobiellen Wechselwirkungen beteiligen. In einer Studie wurden die metabolischen Wechselwirkungen der Symbiose zwischen der Honigbiene Apis mellifera und dem Kernmitglied ihrer Darm-Mikrobiota Snodgrassella alvi untersucht.

Die Symbiose besteht evolutionär seit geraumer Zeit. Das Bakterium ist nicht in der Lage, Saccharide zu verstoffwechseln, kann den Darm der Honigbiene jedoch besiedeln, wenn die Nahrung der Biene ausschließlich aus Zucker besteht.
Für die Versuche wurde der Darm der Honigbienen ausschließlich mit dem einzigen Bakterium S. alvi besiedelt. Zugleich erhielten die Honigbienen als Wirte nur eine einzige Nahrung, die für das Bakterium unverdaulich ist.

In Laborversuchen gelingt dem Team der Wissenschaftler der Nachweis, dass sich S. alvi auf organischen Säuren vermehren kann, die vom Wirt – der Honigbiene - stammen. Zu den organischen Säuren zählen Citrat, Glycerat und 3-Hydroxy-3-methylglutarat, die durch den Wirt aktiv in das Darmlumen abgegeben werden. Wie genau die organischen Säuren das Darmlumen erreichen, bleibt unklar.

S. alvi moduliert auch den Tryptophanstoffwechsel im Darm, indem es die Aminosäure Kynurenin in Anthranilsäure umwandelt.

In früheren Studien wurde gezeigt, dass die Darm-Mikrobiota mehrere wichtige Funktionen für die Honigbiene besitzt; die spezifische Rolle von S. alvi ist jedoch noch unklar. Die Stoffwechsel-Aktivitäten können positive Auswirkungen auf den Wirt haben, da durch den Kynurenin-Metabolismus ein Schutz vor der Invasion von Krankheitserregern nachgewiesen werden konnte (Steele et al., 2021 und Feng et al., 2022). Kynurenin ist im Larvenstadium der Bienenentwicklung wichtig, wird andererseits aber auch mit neuronalen Defekten wie beispielsweise Hyperaktivität und motorischen Störungen bei Insekten und Wirbeltieren in Verbindung gebracht (Cerstiaens et al., 2003 und Marszalek-Grabska et al., 2021 sowie Schwarcz & Stone, 2017).

Im Gegensatz dazu ist Anthranilsäure ein wichtiger Vorläufer der essentiellen Aminosäure Tryptophan und mehrerer nützlicher Neurotransmitter wie Serotonin, Tryptamin und verschiedener Indolderivate.

Die Ergebnisse legen nahe, dass S. alvi an eine spezifische Stoffwechselnische im Darm der Honigbiene angepasst ist, die von den Nährstoffressourcen der Honigbiene abhängt.

Obwohl in der Studie der Nachweis gelang, dass vom Wirt stammende Verbindungen das Wachstum von S. alvi unterstützen können, spiegelten die getesteten Bedingungen nicht den natürlichen Bienendarm mit einer vollständigen mikrobiellen Gemeinschaft und einer stoffwechselreichen Ernährung wider, die Bienenbrot, Pollen, Honig und Nektar umfasst. Es ist daher möglich, dass ernährungsbedingte oder mikrobiell gewonnene Metaboliten zum Wachstum von S. alvi im natürlichen Darm beitragen.