I meccanismi di difesa in A. mellifera

Nelle colonie degli insetti sociali vivono migliaia di individui in uno spazio molto ridotto; tale densità, associata alla presenza di riserve alimentari in un ambiente omeostatico per temperatura e umidità, rende l’alveare un ottimo bersaglio per l’attacco di parassiti e patogeni. Tuttavia, gli insetti sociali, con particolare riferimento ad A. mellifera, sono in grado di esprimere diversi meccanismi di difesa collettiva di seguito elencati.

- Grooming behavior, inteso come la capacità di liberarsi dalla varroa da parte di una singola ape (auto-grooming) o grazie all’attività di altre api (allo-grooming) (Spivak, 1996).

- Removal behavior, inteso come la capacità di individuare efficacemente la covata infestata da un parassita o infettata da un patogeno, che viene quindi rimossa dalle cellette (Boecking e Spivak, 1999).

- Absconding, ovvero la tendenza delle colonie d’api ad abbandonare il nido in caso di infestazioni elevate da parte della varroa; tale abilità è maggiormente sviluppata nelle api africane rispetto a quelle europee (Fazier et al., 2009).

- Costruzione del nido impiegando materiali ad azione antimicrobica, quali resine e propoli; quest’ultima sostanza viene inoltre impiegata per rivestire le cellette di covata, al fine di allevare le larve in un ambiente sterile (Simone-Finmstrom e Spivak, 2010).

- Incremento della temperatura del nido, al fine di provocare la cosiddetta “febbre dell’alveare” in risposta a un’infezione diffusa di patogeni termo sensibili (es. Ascosphaera apis) (Starks et al., 2000).

1.7.2. La difesa a livello di individuo: il sistema immunitario dell’ape

Nonostante A. mellifera manifesti un difetto di geni del sistema immunitario pari al 30% rispetto ad altre specie di insetti come D. melanogaster e Anopheles gambiae

Giles, nel genoma dell’ape sono stati comunque identificati i principali immuno pathways: Toll, Imd, JAK/STAT e JNK. È stato ipotizzato che il ridotto numero di geni del sistema immunitario nell’ape sia dovuto alla sua maggiore capacità di rispondere all’attacco dei patogeni in qualità di insetto sociale; è altrettanto vero, però, che i meccanismi di difesa individuali sono comunque essenziali anche in un contesto sociale.

Pathway Toll

Come già osservato per Drosophila, il pathway Toll si attiva quando la citochina Spätzle si lega al recettore transmembrana Toll. Nel genoma dell’ape sono stati evidenziati due possibili ortologhi⁷ di Spätzle (GB15688 e GB13503), tuttavia sono necessari test funzionali per stabilire quale dei due agisca come citochina che si lega a Toll.

In Drosophila, la degradazione di Cactus (la proteina che inibisce NF-κB) porta alla traslocazione del fattore di trascrizione Dorsal (ed eventualmente Dif) nel nucleo, con conseguente attivazione dei geni che codificano per la sintesi dei peptidi antimicrobici. Nel genoma dell’ape sono stati trovati due omologhi⁸ di Dorsal, nessuno dei quali sembra ortologo con Dif. Ulteriori indagini potranno determinare quale dei due paraloghi⁹ rappresenti il fattore di trascrizione chiave di questo pathway.

In A. mellifera, i possibili effettori della risposta immunitaria mediata da Toll in seguito a ferita o all’attacco di patogeni sono i peptidi antimicrobici, gli agenti responsabili della melanizzazione e tre lisozimi.

Pathway Imd

In Drosophila, l’attivazione del pathway Imd avviene grazie al fattore di trascrizione Relish (appartenente anch’esso alla famiglia NF-κB), il quale, una volta sbloccato, si porta verso il nucleo, inducendo la trascrizione dei peptidi antimicrobici. È stato osservato che il pathway Imd delle api è simile a quello di Drosophila,

7

Gli ortologhi sono geni evoluti direttamente da un gene ancestrale e che pertanto sono omologhi in specie differenti.

8

Gli omologhi sono geni che, pur essendo presenti in specie diverse, codificano per la sintesi di proteine con struttura e funzione simile.

9 I paraloghi sono geni originati dalla duplicazione di un unico gene nello stesso organismo e che pertanto sono omologhi nella stessa specie.

manifestando la presenza di ortologhi per ciascuno dei suoi componenti. Anche in A. mellifera, quindi, Imd è responsabile della produzione di peptidi antimicrobici, oltre che di agenti responsabili della melanizzazione e dell’apoptosi cellulare.

Inoltre, l’attivazione di Relish determina la promozione di alcuni componenti del pathway JNK, il quale può fornire feed-back positivi e negativi riguardo l’espressione dei peptidi antimicrobici. Nel genoma dell’ape sono stati identificati i potenziali ortologhi per ciascuno dei componenti principali di JNK.

Pathway JAK/STAT

Il pathway JAK/STAT può contribuire all’espressione dell’immunità innata degli insetti, determinando la proliferazione degli emociti. Inoltre, in Drosophila, questo pathway svolge un ruolo attivo nella difesa antivirale. Gli omologhi del pathway JAK/STAT identificati nel genoma delle api comprendono il recettore della citochina Domeless (Dom), la JAK tirosina chinasi (Hopscotch) e il fattore di trascrizione STAT92E; ciò indica che il meccanismo di funzionamento di questo pathway è comune fra gli insetti ed è identico fra api e Drosophila.

Nonostante A. mellifera abbia mantenuto tutti gli immuno pathways conosciuti negli insetti, comparando un set di 17 famiglie di geni e di gruppi funzionali implicati nella risposta immunitaria, si nota che le api hanno un numero nettamente inferiore (71) di paraloghi rispetto a Drosophila e Anopheles (196 e 209 rispettivamente).

Con particolare riguardo agli immuno effettori, è possibile osservare che le api sono in grado di produrre solo 6 peptidi antimicrobici, contro i 20 e i 9 identificati in Drosophila e Anopheles rispettivamente. Inoltre, le api posseggono solo un gene che codifica per la sintesi di profenolossidasi (proPO) contro 3 e 9 geni presenti in Drosophila e Anopheles rispettivamente.

Nel genoma delle api, infine, sono presenti solo 3 lisozimi, che hanno attività antimicrobica e 4 proteine contenenti tiolestere (TEPs), che in Drosophila si attivano in seguito a sepsi da ferita e promuovono la fagocitosi dei patogeni.