Ученые из Техасского университета в Остине сообщают в журнале Science, что они разработали новую стратегию защиты медоносных пчел от смертельной тенденции, известной как коллапс колонии: генетически модифицированных штаммов бактерий.
Все большее число колоний медоносных пчел в США наблюдают сокращение своих взрослых пчел. Согласно национальному опросу, прошлой зимой пчеловоды потеряли почти 40% своих семей медоносных пчел, что является самым высоким показателем с момента начала исследования 13 лет назад.
Сконструированные бактерии живут в кишечнике медоносных пчел и действуют как биологические фабрики, вырабатывая лекарства, защищающие пчел от двух основных причин разрушения колоний: клещей Варроа и вируса деформации крыла. Исследователи полагают, что однажды их метод можно будет использовать в сельском хозяйстве, потому что сконструированные бактерии легко выращивать, легко инокулировать пчел, а сконструированные бактерии вряд ли распространятся за пределы пчел.
«Это имеет прямое значение для здоровья пчел», - сказала Нэнси Моран, профессор интегративной биологии и главный исследователь исследования.
«Это первый случай, когда кому-то удалось улучшить здоровье пчел путем генной инженерии их микробиома», - добавил Шон Леонард, аспирант и первый автор исследования.
клещи варроа и вирус деформированного крыла часто встречаются вместе; поскольку клещи питаются пчелами, они могут распространять вирус, а также ослаблять пчел и делать их более уязвимыми для патогенов в окружающей среде.
Для решения каждой проблемы команда разработала один штамм бактерий для борьбы с вирусом, а другой - для клещей. По сравнению с контрольными пчелами, количество пчел, обработанных штаммом бактерий, нацеленных на вирус, составило 36. На 5% больше шансов дожить до 10-го дня. Между тем, клещи варроа, питающиеся другой группой пчел, обработанных штаммом бактерий, нацеленным на клещей, умирают примерно на 70% чаще к 10-му дню, чем клещи, питающиеся контрольными пчелами.
По данным Американской федерации пчеловодства, медоносные пчелы ежегодно приносят почти 20 миллиардов долларов в стоимость урожая в США, и они играют огромную роль в мировом производстве продуктов питания. Без медоносных пчел десятки сельскохозяйственных культур, от миндаля до ягод и брокколи, либо исчезли бы, либо произвели бы значительно меньше пищи.
Как и у людей, у медоносных пчел есть экосистема бактерий в кишечнике, называемая микробиомом, а также механизм противовирусной защиты, называемый РНК-интерференцией (РНКи), который помогает организму бороться с определенными вирусами, называемыми РНК-вирусами. Когда РНК-вирус внедряется, он производит молекулы, называемые двухцепочечными РНК, которые детектирует здоровая клетка, вызывая иммунный ответ РНК-интерференции.
«Обычно вы получаете признаки этих молекул только тогда, когда РНК-вирус реплицируется», - сказал Моран. «Это сигнал о том, что это может быть что-то злое, и вы должны атаковать его».
Чтобы стимулировать полезную реакцию РНК-интерференции на вирусы у пчел и вызвать смертельную реакцию РНК-интерференции у клещей, команда представила модифицированные бактерии сотням пчел в лабораторных условиях. Обрызганные водным раствором сахара, содержащим бактерии, пчелы ухаживали друг за другом и проглатывали раствор. Команда обнаружила, что прививка молодых рабочих пчел сконструированными бактериями привела к тому, что иммунная система пчел была настроена на защиту от вируса деформированного крыла, который является РНК-вирусом, и заставила собственную иммунную систему клещей бороться с ними и в конечном итоге убить их.
Хотя эксперименты проводились в соответствии со строгими протоколами биологической защиты, используемыми с генной инженерией, Моран сказал, что даже при отсутствии таких протоколов существует риск того, что сконструированные бактерии вырвутся в дикую природу и заразят других насекомых - и тем самым придадут некоторую защиту от вредителей или анти- -Сверхспособности возбудителя - очень низкие. Используемые бактерии узко специализированы для жизни в кишечнике пчел, не могут долго выживать вне его и защищают от вируса, поражающего только пчел. Тем не менее, потребуются дальнейшие исследования для определения эффективности и безопасности обработок в сельскохозяйственных условиях.
Еще одно преимущество этого подхода заключается в том, что исследователи могут использовать его в качестве инструмента для изучения генетики пчел. Сконструированные бактерии могут сбивать определенные гены пчел, что позволяет понять работу генома пчелы и, возможно, позволяет использовать новые стратегии размножения для создания более крепких пчелиных колоний.