Piszę książkę o partnerstwie między zwierzętami i mikrobami. Podczas pisania konsumuję nieprzyzwoite ilości kawy, takie ilości, że dedykacja książki mogłaby brzmieć: „Kawie z podziękowaniem”. Tak więc piszę ten post z mieszanymi uczuciami, bo traktuje on o zwierzęciu, które rujnuje kawę przy pomocy bakterii.
Te chrząszcze są jedynymi zwierzętami, które mogą odżywiać się wyłącznie ziarnami kawy. Inne mogą od czas do czasu przekąsić nasiona lub inne części kawowca, ale nie poświęcają się wyłącznie temu zadaniu. Jest po temu powód: kofeina. Ten stymulant przyciąga wielu z nas do kawy, ale skutecznie odstrasza zwierzęta roślinożerne. Nie tylko ma gorzki smak, ale przy dawkach znajdujących się w nasionach kawy może zatruć i sparaliżować każdego zbłąkanego owada. To znaczy, każdego owada poza kornikiem H. hampei. Jako larwa jest on, praktycznie rzecz biorąc, skąpany w kofeinie, a jednak przeżywa. Nie odstraszają go nawet najbogatsze w kofeinę ziarna.
Javier Ceja-Navarro z Lawrence Berkeley National Laboratory odkrył jego sekret: ma w jelitach bakterię, która detoksyfikuje kofeinę.
Kiedy karmił chrząszcze ziarnami kawy i analizował ich odchody, nie mógł znaleźć żadnych śladów kofeiny. Żadnych. Coś w ich jelitach całkowicie zniszczyło potencjalną truciznę. Oczywistym kandydatem wydawała się bakteria, więc Ceja-Navarro podał chrząszczom antybiotyki. Tym razem, kiedy jadły ziarna kawy, ich odchody pełne były kofeiny. A kiedy miały okazję rozmnażać się, zupełnie im to nie wyszło. Większość ich jaj i larw zginęła niemal od razu i żadne nie przetrwało do dorosłości.
Zespół Ceja-Navarro pod kierownictwem Eoina Brodie, odkrył, że bakterie w jelitach kornika H. hampei są różne w różnych krajach, ale pewne gatunki pojawiały się wszędzie. Przynajmniej tuzin z nich może rosnąć na kofeinie i na niczym innym, a jedna - Pseudomonas fulva była w tym szczególnie dobra. Był to jedyny mikrob z genem o nazwie ndmA, który rozpoczyna proces metabolizowania kofeiny.
Kiedy Ceja-Navarro podał P. fulva poddanym kuracji antybiotykowej chrząszczom, przywrócił ich zdolność metabolizowania kofeiny. Niemniej owady nadal nie mogły się rozmnażać, co sugeruje, że inne bakterie także wpływają na ich zdrowie i zdolność wytrzymania trujących posiłków.
Nie jest jasne, czy to odkrycie pomoże farmerom uprawiającym kawowce. Opryskiwanie kawowców antybiotykami byłoby naprawdę okropnym pomysłem, ale może istnieją łagodniejsze sposoby zerwania sojuszu między chrząszczami a ich odtruwającymi mikrobami.
Detoksyfikacja jest tylko częścią sukcesu kornika H. hampei. Jest także trawienie. Jagody kawy to w 60 procentach węglowodany, a ponieważ larwy nie jedzą niczego innego, potrzebny im jest jakiś sposób na rozłożenie tych dużych cząsteczek.
W 2012 r. Ricardo Acuña z Cenicafé, kolumbijskiego centrum badań nad kawą, odkrył sztuczkę tego chrząszcza dzięki zbadaniu genów, które są włączone w jego jelitach. Jeden z nich – HhMAN1 – wyróżniał się z dwóch powodów. Po pierwsze, tworzy białko o nazwie mannanaza, które rozkłada galaktomannan, jeden z głównych węglowodanów w owocach kawy. Po drugie, nie spodziewamy się mannanazy u owadów.
Acuña odkrył, że wersja HhMAN1 u chrząszczy jest najbliżej spokrewniona z genami z bakterii. Upewnił się, że nie zsekwencjonował jakiegoś zanieczyszczającego próbkę mikroba i rzeczywiście, nie zrobił tego: HhMAN1 był otoczony przez inne geny typowe dla owadów i było jasne, że jest bona fide częścią genomu chrząszcza.
Tak więc, w pewnym momencie swojej historii, te chrząszcze ukradły gen bakterii, być może tym samym, które żyją w ich jelitach. Ten gen jest teraz permanentną częścią ich genomu i pozwala im na trawienie węglowodanów, które znajdują się w owocach kawy.
Bakterie pomogły więc kornikowi H. hampei na dwa sposoby – przez podarowanie kiedyś w odległej przeszłości genu na trawienie i przez użyczanie swojej mocy odtruwania obecnie. Wzmocniony siłą mikrobów ten chrząszcz stał się szkodnikiem na skalę światową i, hm, królewskim problemem dla naszego espresso.
Źródło: Ceja-Navarro, Vega, Karaoz, Hao, Jenkins, Lim, Kosina, Infante, Northern & Brodie. 2015. Gut microbiota mediate caffeine detoxification in the primary insect pest of coffee. Nature Communicationshttp://dx.doi.org/10.1038/ncomms8618
This beetle is ruining your coffee with the help of bacteria
Not Exactly Rocket Science, 14 lipca 2015
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
