健康的黄蜂微生物群可以抵御杀虫剂

我们很容易忘记生活在每种动物肠道中的细菌和其他微生物群落。但是如果没有这些微生物，我们这些较大的生命体就无法生存。它们无所不能，从帮助我们消化食物到调节我们的情绪。现在，科学家发现了昆虫中另一种细菌的益处。当黄蜂接触到低剂量的常见杀虫剂时，它们关键的肠道微生物群的组成发生了变化，因为某些细菌变得更加丰富。经过几代，这些变化使昆虫对这种化学物质的抵抗力更强。

研究人员希望更好地了解肠道细菌如何保护昆虫宿主。这最终可能导致开发用于野生蜜蜂、其他动物甚至接触危险农药风险较高的人的益生菌。

研究人员将研究范围缩小到一种特定的农药，即阿特拉津，它是全球第二大畅销农药。它通常用于中西部地区清除玉米种植区的植物，对动物和人类的毒性比其他化学品要小。

哈佛大学微生物组科学家罗伯特·布鲁克 (Robert Brucker) 于 2 月 4 日在《细胞宿主与微生物》杂志上发表了这项研究成果，他说：“它之所以被认为是安全的，部分原因是土壤和水中的细菌可以吃掉它，并将其转化为越来越小、危害更小的化合物。我想知道肠道细菌是否也能做同样的事情。”

他和同事研究了阿特拉津如何改变一种名为Nasonia vitripennis的寄生蜂肠道菌群。他们给黄蜂喂食掺有阿特拉津的糖水，剂量与野生传粉昆虫在喷洒过阿特拉津的田地中遇到的浓度相似。在喷洒了这种杀虫剂后，昆虫肠道中的细菌变得更加多样性和丰富。两种具有分解阿特拉津能力的非常罕见的细菌菌株也变得更加丰富。黄蜂妈妈通过产下被细菌覆盖的卵来确保它们的后代拥有这种改变的菌群。经过六代，它们的后代仍然拥有改变的细菌群落——尽管从未接触过阿特拉津。

随后，研究小组给黄蜂喂食了剂量稍低的阿特拉津，并跟踪了 36 代昆虫及其后代，每一代都给它们喂一次阿特拉津。布鲁克说，随着时间的推移，黄蜂对这种毒药“几乎完全产生了抵抗力”。到最后一代，杀死黄蜂所需的阿特拉津剂量比普通黄蜂的致死剂量高出 10 倍。这些昆虫也变得不那么容易受到另一种农药的伤害——草甘膦，这是农达的关键成分——它们以前从未遇到过这种农药。

昆虫在连续几个季节接触杀虫剂后产生抗药性并不罕见。然而，研究人员惊讶地发现肠道细菌在这种生存机制中发挥了多么重要的作用。当他们从新产卵中去除细菌，使黄蜂失去这种改变的微生物群，并在无菌环境中饲养昆虫时，这种抗药性完全消失。母亲接触过阿特拉津的无菌黄蜂与母亲从未接触过这种化学物质的黄蜂一样容易受到杀虫剂的伤害。然而，当研究人员给这些被剥夺了肠道细菌的黄蜂喂食接触过阿特拉津的昆虫的肠道细菌时，这些昆虫对这种化学物质产生了抗药性。这表明，并不是黄蜂本身的生理适应使它们能够抵抗阿特拉津，而是它们的肠道细菌提供了保护。

布鲁克和他的团队研究的黄蜂不会为农作物授粉。然而，他怀疑野生蜜蜂可能也携带着分解阿特拉津的细菌，因为它们自 20 世纪 50 年代以来就一直接触这种化学物质。当他从俄亥俄州他家的农场以及几个有机农场的蜜蜂身上取样细菌时，他发现细菌本身的基因与大多数昆虫分解阿特拉津的能力有关。

“无论我在哪里取样，我都会发现蜜蜂携带能够代谢阿特拉津的[细菌]基因；至于它们是完全相同的细菌，还是不同的细菌在做同样的事情，我并不确定，”他说。“这很好地证实了我们在实验室里做的事情与野外可能发生的情况并不太相符。”

人类也可能携带分解阿特拉津的细菌；当布鲁克和他的同事检查有关人类肠道微生物组的先前报告时，他们发现了与阿特拉津降解有关的基因。

接下来，他们想进一步了解哪些种类的细菌具有抗农药性，以及观察到的微生物组变化是否会对宿主产生不利影响。然后他们计划将细菌浓缩成更有效的形式，用作益生菌。

布鲁克说：“微生物群落能够让其宿主在很短的世代内适应，这是生存和进化的一个显著方面，我们需要继续通过实验进行测试和验证。”