Укрепление здоровья пчел с помощью пробиотиков и вакцин
Медоносные пчелы, особенно западная медоносная пчела Apis mellifera, являются важными опылителями в сельскохозяйственной среде.
Рабочие пчелы выполняют все функции в колонии, кроме откладывания яиц, и их здоровье критически важно для благополучия всего улья. Если рабочие пчелы исчезают, это может привести к разрушительным событиям, известным как коллапс колонии. При распаде колонии рабочие пчелы погибают или покидают улей, оставляя свою королеву и тем самым лишая жизни весь улей.
Движущие силы распада колоний сложны и неясны, но их крайне важно понять, если мы хотим защитить медоносных пчел и экосистемные функции, которые они обеспечивают. Таким образом, здоровье пчел находится в центре внимания как научных исследований, так и усилий по их сохранению во всем мире. Исследователи рассматривают такие факторы, как болезни, пестициды, изменения в источниках пищи и даже стресс, изучая, как эти виды возмущений влияют на выживание, поведение и микробиоту кишечника медоносных пчел. Некоторые из этих опасностей имеют микробное происхождение, а некоторые - микробиологические решения.
Одним из особенно густо населенных микробами мест обитания является кишечник, который так же важен для насекомых, таких как медоносные пчелы, как и для млекопитающих, таких как мы. Хотя микробиота кишечника медоносных пчел относительно проста и состоит всего из 5 основных микроорганизмов, она обеспечивает множество преимуществ для их здоровья. К ним относятся улучшение роста, пищеварения и защита от оппортунистических патогенов.
Более того, микробиота кишечника может играть роль в так называемой "оси кишечник-мозг" - двусторонней связи между желудочно-кишечным трактом и центральной нервной системой. Ученые доказали, что микробиота кишечника влияет на социальное поведение медоносных пчел, поскольку она важна для опосредования социальных взаимодействий и анализа сенсорной информации из окружающей среды. Пчелы используют такие социальные сигналы для передачи информации между собой, помогая ориентироваться в окружающем мире, что подчеркивает важность микробиоты кишечника для функционирования улья.
У медоносных пчел, как и у других животных, здоровая микробиота кишечника имеет решающее значение для здоровья хозяина. Однако, как и у нас, микробиота кишечника медоносной пчелы также уязвима для нарушений, которые вызывают состояние дисбактериоза. Угрозы приходят с разных сторон: антибиотики, потеря среды обитания, питание, пестициды и даже широкомасштабное воздействие изменения климата. Дисбиоз в кишечнике может сделать медоносных пчел более уязвимыми для патогенов и негативно сказаться на их здоровье.
Учитывая важность микробиоты кишечника, определенные усилия по охране здоровья пчел начинаются с лечения, ориентированного на микробиоту. Используя подход, схожий с мерами по лечению расстройств пищеварительного тракта у людей, некоторые исследователи рассматривают возможность применения пробиотиков для защиты пчел от дисбактериоза кишечника и его негативных последствий. Хотя надежных доказательств эффективности пробиотиков для медоносных пчел пока не хватает, собственные штаммы микроорганизмов пчел, похоже, более успешно выживают в кишечнике после прекращения лечения пробиотиками, чем коммерческие пробиотические смеси, которые не обязательно являются продуктами пчеловодства.
Кроме того, ведутся работы по созданию "дизайнерских" пробиотиков для пчел, которые могут помочь защитить их от паразитов и патогенов. Например, клещ Варроа, разрушительный патоген медоносной пчелы, одновременно паразитирует на пчелах и передает вирусный патоген, известный как вирус деформации крыльев (DWV). Варроа и DWV являются нежелательными, но чрезвычайно распространенными обитателями ульев и могут привести к разрушению колоний.
Клещ Варроа является разрушительным патогеном медоносной пчелы.
Иллюстрация: BBC World Service/Flickr
Однако сейчас исследователи начинают понимать, что защита от этих патогенов может исходить изнутри. В одном из исследований ученые генетически модифицировали Snodgrassella alvi, один из 5 основных микробов кишечника медоносной пчелы, чтобы стимулировать иммунную систему пчелы и вызвать реакцию РНК-интерференции. В этом ответе иммунная система распознает экзогенную двухцепочечную РНК (dsRNA) внутри клеток и разрушает любую чужеродную dsRNA, измельчая ее. Этот ответ может быть использован для воздействия на РНК, специфичную для патогенов, хотя непосредственное введение dsRNA имело ограниченный успех у медоносных пчел. Однако инженерия S. alvi для производства этой РНК внутри хозяина оказалась очень эффективной для защиты пчел как от Варроа, так и от DWV.
В случае с DWV S. alvi производила dsRNA, соответствующую участкам вирусного генома, заставляя пчел измельчать соответствующую РНК, принадлежащую вирусу, в то время как механизм борьбы с Варроа был немного сложнее. Когда клещи Варроа паразитируют на пчелах, они поедают содержащие dsRNA жировые тела на грудке и брюшке пчелы. Когда клещи проглатывали dsRNA, соответствующие 14 их собственных важных генов, произведенных S. alvi в кишечнике, пчелы были защищены от инфекции, поскольку dsRNA запускает реакцию РНК-интерференции клещей, заставляя их разрушать свою собственную РНК. Хотя это многообещающий шаг вперед, вопрос о том, можно ли масштабировать подобную технологию для защиты целых ульев от различных видов заболеваний, пока остается открытым.
Помимо новых открытий в области пробиотиков, значительные успехи в разработке вакцин меняют наше представление об американской плодожорке - широко распространенном бактериальном заболевании, вызывающем гибель колоний. В январе 2023 года Министерство сельского хозяйства США (USDA) разрешило применение первой пероральной вакцины для защиты медоносных пчел от американской плодожорки. Технология вакцины основана на кормлении инактивированных личинок Paenibacillus (возбудителя болезни) пчелиной матки через маточное молочко, ее специальный источник пищи. Как только пчелиная матка проглатывает вакцину, ее организм вырабатывает антитела, которые переходят в ее яйца. Это также делает ее потомство, являющееся мишенью для личинок Paenibacillus, иммунным. Эта вакцинная технология открывает путь к защите медоносных пчел, а также других насекомых, от других микробных угроз.
Хотя был достигнут значительный прогресс, некоторые специалисты утверждают, что подавляющее внимание исследователей к медоносным пчелам является недальновидным, поскольку они далеко не единственные опылители. Например, дикие пчелы - невероятно разнообразная группа, включающая около 20 000 видов. Хотя они не производят мед, они сами по себе являются чрезвычайно важными членами экосистем. Мы очень мало знаем о многих из них, особенно об их кишечной микробиоте, что ограничивает те шаги, которые мы можем предпринять для их защиты.
Спасение пчел - как медоносных, так и диких - является важной задачей для всей планеты. Понимание их внутреннего мира может помочь нам защитить их от некоторых угроз, с которыми они сталкиваются, хотя мы не должны упускать из виду и более серьезные проблемы, такие как потеря среды обитания и изменение климата.
