Микробные союзники медоносных пчел
Пчелы опыляют сельскохозяйственные культуры, которыми питается наш мир, поэтому здоровые и стабильные колонии медоносных пчел имеют решающее значение для мирового сельского хозяйства и экосистем.
Однако популяции пчел сталкиваются с беспрецедентными проблемами, связанными с пестицидами, болезнями и деградацией ландшафтов. Понимание взаимоотношений между пчелами и их микробами-комменсалами может дать представление о новых способах поддержки и защиты наших важнейших опылителей.
Для пчел улей - это нечто большее, чем уютный дом. Медоносные пчелы превращают свои ульи в сложную среду обитания и наполняют их уникальными продуктами - медом, пчелиным воском, пыльцой и прополисом. Каждый из этих пчелиных продуктов играет важную роль в здоровье и функционировании колонии. Мы наслаждаемся сладостью меда, но он также обеспечивает пчел необходимой энергией. Аналогичным образом, прополис - липкое вещество, изготовленное из растительных смол и пчелиного воска, - действует как защитный герметик, укрепляя улей от возможных захватчиков.
Взаимодействуя с цветами и почвой в окружающей среде, пчелы заносят в ульи микроорганизмы. Медоносные пчелы вступают в разнообразные отношения с микроорганизмами, от полезных до паразитических. Бактерии, дрожжи и плесени взаимодействуют с продуктами жизнедеятельности улья, пчелами и друг с другом, формируя различные микробные ниши и, таким образом, динамичную микробную экосистему. Взаимодействие микроорганизмов помогает пчелам поддерживать здоровую и функциональную среду в улье, как показано в недавней научной статье «Пыльца, собранная из ульев медоносных пчел, испытывающих небольшой стресс, имеет измененные грибковые сообщества и сниженные антимикробные свойства», опубликованной учеными из Университета Сиднея (Австралия) в журнале FEMS Microbiology Ecology.
Медоносные пчелы производят множество продуктов с функциональными свойствами, которые способствуют общему функционированию и здоровью колонии, включая мед, воск и прополис. Среди них пыльцевые продукты имеют важное пищевое значение, поскольку являются основным источником белка для улья, а также обеспечивают другие необходимые питательные вещества, включая аминокислоты, липиды, витамины, минералы и различные макро- и микроэлементы. Примечательно, что эти пыльцевые продукты содержат значительное грибковое сообщество, которое может играть защитную роль от патогенных микробов и полезную роль в питании.
Нектар, собираемый пчелами-кормилицами с цветов, довольно сильно подвержен деградации из-за отсутствия антимикробных механизмов и высокого содержания воды. Когда пчелы превращают нектар в мед, бактерии и дрожжи процветают, производя естественные противомикробные соединения, включая антибиотики, антимикробные пептиды и другие соединения, которые способствуют защитным свойствам меда. Таким образом, несмотря на то, что зрелый мед представляет собой перенасыщенный сахарный раствор, он препятствует росту микроорганизмов. Это позволяет пчелам долго хранить его в улье на случай нехватки корма.
Для производства меда влияние микробов кажется незначительным. Тем не менее, исследование показало, что микробы, и особенно грибки, важны для развития функциональных свойств пыльцы и получаемого из нее «пчелиного хлеба» или перги. Пыльца собирается с цветков пчелами-кормилицами, где она смешивается с небольшим количеством секрета слюнных желез и нектара, после чего помещается в специализированные «пыльцевые корзинки» на задних лапках пчел. Вернувшись в улей, пчелы-кормилицы помещают собранные пыльцевые гранулы непосредственно в ячейки восковых гребней, обычно вокруг расплода. Затем хранящаяся пыльца перерабатывается рабочими пчелами, которые добавляют в нее железистые выделения, включая различные ферменты, и в конце концов покрывают ее тонким слоем меда. Эта смесь подвергается анаэробной ферментации бактериями Lactobacillus - процесс, который, как считается, сохраняет питательные вещества, образуя конечный продукт - пергу, которая затем потребляется как зрелыми пчелами, так и личинками.
Помимо пищевой ценности, собранная пчелами пыльца и перга также обладают антимикробными свойствами. В различных исследованиях сообщалось об ингибирующем действии экстрактов пыльцы на грибки. Однако масштабы и специфика этой противогрибковой активности изучены недостаточно хорошо, а сравнение результатов разных исследований затруднено использованием различных методов экстракции. Поскольку колонии медоносных пчел сталкиваются с растущим стрессом от изменения климата, пестицидов, вредителей и патогенов, нам необходимо лучше понимать их естественные защитные механизмы и роль продуктов улья, таких как пыльца и перга, в поддержании баланса между полезными и вредными грибками.
Для здоровья пчел, а значит и для процесса ферментации, микробное сообщество, обитающее в кишечнике пчел, играет решающую роль. В микробиоме кишечника медоносной пчелы доминируют пять основных бактериальных родов, которые эволюционировали вместе с пчелами на протяжении десятков миллионов лет: Gilliamella, Snodgrassella, Lactobacillus Firm, Lactobacillus Firm и Bifidobacterium. Эти микробы способствуют перевариванию пищи, усвоению питательных веществ, детоксикации вредных веществ и защите от патогенов. Понимание роли микробиома кишечника в здоровье пчел необходимо для того, чтобы помочь пчелам противостоять болезням и опылять сельскохозяйственные культуры.
Это также означает, что нарушение микробного сообщества кишечника пчел в результате экологического стресса, болезней или плохого питания может поставить под угрозу здоровье пчел и стабильность колонии. Такие факторы, как пестициды, антибиотики и плохие кормовые условия, могут привести к нарушению микробного баланса, ослабляя иммунную систему пчел и повышая их уязвимость к заболеваниям.
Ранее была изучена взаимосвязь между здоровьем улья, микробными сообществами, связанными с пчелами, и антимикробной активностью меда в наборе образцов, взятых из трех здоровых ульев и трех ульев с признаками небольшого стресса, которые находились на одной пасеке. Ученые обнаружили, что мед из здоровых ульев обладает значительно более высокой антимикробной активностью, которая коррелирует с повышенным содержанием фенольных и антиоксидантных веществ, в то время как в стрессовых ульях наблюдалось более разнообразное микробное население, что свидетельствует о нарушении способности регулировать микробный баланс.
В упомянутой выше статье австралийские ученые исследовали пыльцу и пергу, собранные пчелами из тех же ульев в течение того же экспериментального периода, с целью изучения грибкового разнообразия и антимикробной активности в этих пыльцевых продуктах, а также того, как на них может повлиять стресс в улье. Это работа способствует более широкому пониманию сложных взаимоотношений между медоносными пчелами и микробными сообществами в ульевой среде.
