Entschlüsselung des metabolischen Zusammenspiels zwischen der Darmmikrobiota der Honigbiene und einer umfassenden Pestizidbibliothek

Description: Bienen sind wichtige Bestäuber in der Landwirtschaft und in natürlichen Ökosystemen, deren Bestände stark rückläufig sind. Neben der Verkleinerung des Lebensraums und Krankheitserregern sind Pestizide einer der wichtigsten Stressfaktoren für die Bienengesundheit. Während das Bienensterben im Zusammenhang mit akuter Pestizidexposition gut untersucht ist, wurde inzwischen nachgewiesen, dass eine chronische, subletale Pestizidexposition die Immunkompetenz, die Resistenz gegen Krankheitserreger und das Futtersuchverhalten beeinträchtigt. Dieselben Eigenschaften werden durch das Darmmikrobiota sozialer Bienen moduliert. Daher ist das Verständnis des Zusammenspiels zwischen Pestiziden, Bienen und ihrem Mikrobiota von entscheidender Bedeutung, um die Auswirkungen einer chronischen, subletalen Pestizidexposition abschätzen zu können. Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass das Darmmikrobiota von Honigbienen sowohl durch bestimmte Pestizide gestört wird als auch Pestizide biochemisch verändert kann. Wir schlagen ein innovatives Forschungsvorhaben vor um die Wechselwirkungen zwischen Pestiziden, der Darmmikrobiota und der Bienengesundheit zu erforschen. Unsere Hypothese ist, dass das Darmmikrobiota von Bienen mit vielen Pestiziden interagieren kann. Ein erheblicher Teil der Pestizide verursacht eine Dysbiose, während die Mikroben Pestizide auch verstoffwechseln können. Diese Wechselwirkungen prägen die Gesundheit der Bienen und erzeugen einen langfristigen evolutionären Druck in Richtung Resistenz gegen Pestizide, was möglicherweise zu Kreuzresistenz oder Kreuzsensibilisierung gegenüber anderen Xenobiotika führen kann. In drei komplementären Arbeitspaketen werden wir i) die Wechselwirkungen zwischen 1054 Pestiziden, Antibiotika und anderen Xenobiotika und der Bienenmikrobiota systematisch untersuchen, ii) ermitteln, wie sich diese Interaktionen auf die Bienengesundheit auswirken, und iii) testen, ob eine langfristige Pestizidexposition zu einer Kreuzresistenz mit anderen Pestiziden und Antibiotika führen kann. Die einzigartigen und komplementären Fähigkeiten der Engel und der Zimmermann Arbeitsgruppe ermöglichen es uns, in vitro Screens mit einer Vielzahl von Bakterien und Pestiziden zu entwickeln, sowie unsere Ergebnisse mittels in vivo Experimenten zu validieren. Dies ist dank etablierter Protokolle, Robotics, Hochdurchsatz-Massenspektrometrie, einer etablierten Imkerei und einem Bienenlabor, sowie umfangreiche Sammlungen mit Bienendarmisolaten und Pestizidstandards möglich. Unsere Ergebnisse haben das Potenzial, i) das Verständnis der durch die Mikrobiota vermittelten Auswirkungen von Pestiziden auf die Bienengesundheit zu verbessern, ii) neue Mechanismen der Pestizidresistenz und Biotransformation zu identifizieren, iii) das Ausmaß der entwickelten Kreuzresistenz infolge der Exposition gegenüber xenobiotischen Verbindungen zu verstehen und iv) neue Regulierungen zur Verwendung von Pestiziden zu unterstützen.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Honigbiene ? Biene ? Antibiotikum ? Pestizid ? Imkerei ? Mikroökologie ? Pestizidresistenz ? Habitat ? Pflanzensamen ? Bakterien ? Bienensterben ? Mikroorganismen ? Biotransformation ? Xenobiotikum ? Forschungsprojekt ? Krankheitserreger ? Landwirtschaft ? Ökosystem ? Belastungsfaktor ? Applied Microbiology ? Ökologie der Ökosystem ? Biodiversity of Animals ? Biodiversity of Ecosystems ? Biodiversität der Tiere ? Biodiversität der Ökosystem ? Ecology and Biodiversity ? Ecology of Animals ? Ecology of Land Use ? Organismic Interactions ? Angewandte Mikrobiologie ? Organismische Interaktionen ? Ökologie der Landnutzung ? Ökologie der Tiere ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• University of Lausanne, Department of Fundamental Microbiology (Mitwirkung)

Time ranges: 2023-01-01 - 2025-12-16

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Unraveling the Metabolic Interplay Between the Honeybee Gut Microbiota and a Comprehensive Pesticide Library
  Description: Bees are key pollinators in agriculture and natural ecosystems suffering serious population declines. In addition to habitat shrinkage and pathogen infections, pesticides are one of the key stressors affecting bee health. While incidences of bee mortality linked to acute pesticide exposure are well studied, chronic, sub-lethal pesticide exposure has now been shown to depress immunocompetence, pathogen resistance, and foraging behavior in bees. These same traits are modulated by the microbial communities in the gut of social bees. Therefore, understanding the mechanistic interplay between pesticides, bees and their microbiota is crucial to estimate the impact of chronic, sub-lethal pesticide exposure, common across diverse ecosystems. Limited findings indicate that the honeybee gut microbiota is both perturbed by certain pesticides, while also biochemically altering others. We propose an innovative, collaborative research program to elucidate the interplay between a wide range of pesticides, the gut microbiota, and bee health. Our overarching hypothesis is that the gut microbiota of bees interacts with many pesticides in a reciprocal manner. A significant fraction of pesticides induce toxic dysbiosis, while microbes, in turn, biochemically metabolize others. These interactions shape the bee’s health and create long-term evolutionary pressure towards resistance against pesticides, possibly resulting in cross-resistance or cross-sensitization to other xenobiotics and unforeseen effects on bee health. In three complimentary work packages, we will i) systematically document, in vitro, the interactions between 1054 pesticides, antibiotics and other xenobiotic compounds and the bee microbiota, ii) identify how those interactions affect bee health, and iii) investigate whether long-term pesticide exposure leads to cross-resistance against different pesticides and antibiotics. We will provide unprecedented insight into microbial interactions with toxic pesticides and subsequent effects on their host. The unique, albeit complimentary, capabilities of the Engel and Zimmermann labs enable us to design bottom-up, in vitro screens of bacteria versus a broad library of pesticides. Once we have identified the pesticides that significantly interact with the bee gut microbiota, we can validate our results with in vivo experiments. This design is feasible thanks to established protocols employing advanced liquid handling robotics, high-throughput mass spectrometry, a well-established apiary and bee lab, and extensive libraries of both bee gut isolates and pesticide standards. Our results have high potential to 1) advance understanding of microbiota-mediated pesticide impacts on bee health, 2) identify novel mechanisms of pesticide resistance and biotransformation, 3) understand the scope of evolved cross-resistance resulting from exposure to xenobiotic compounds, and 4) guide public policy regarding pesticide usage. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140317

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/531017192 (Webseite)

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