ДНК в мёде раскрывает здоровье медоносных пчел
Исследователи из B.S.R.C. "Александр Флеминг" в Греции оптимизировали метод характеристики следов ДНК в мёде, выявляя виды, с которыми взаимодействуют медоносные пчёлы. Эта совместная работа под руководством доктора Соленн Паталано позволила отслеживать изменчивость рациона пчёл в течение года, неинвазивно изучать их микробиоту, а также идентифицировать патогенные виды, с которыми они сталкиваются. Исследование опубликовано в журнале Molecular Ecology Resources и, находясь на ранней стадии, может революционизировать понимание экологических ниш медоносных пчёл.
Почему важно понимать экологическую нишу медоносной пчелы?
Экологическую нишу организма определяет хрупкий баланс взаимодействий и приспособлений к другим видам, сосуществующим в одной среде обитания. Опыляя деревья и цветы, медоносные пчёлы используют множество видов цветковых растений для собственных пищевых ресурсов и роста. С другой стороны, колонии пчёл также ослабевают, когда условия окружающей среды благоприятствуют распространению патогенных видов, таких как клещ Varroa. Динамика видов в экологической нише пчёл неразрывно связана с типом среды обитания и её сезонными изменениями.
В условиях растущей реструктуризации сельскохозяйственных угодий и последствий изменения климата экологические ниши пчёл становятся более уязвимыми. Лучшее понимание динамики взаимодействий между пчёлами и окружающими видами поможет определить периоды и зоны риска. «Это чрезвычайно важно в сельской и сельскохозяйственной среде, где взаимодействия видов влияют на продуктивность культур. Поразительно, насколько наша пища и выживание зависят от правильного функционирования крошечных насекомых», — прокомментировал первый автор исследования Анастасиос Галанис.
Мёд — уникальный маркер разнообразия растений в окружающей среде
Пчёлы производят мёд, отрыгивая нектар и пыльцу с цветов, которые они собирают, и помещая их в ячейки улья, пока не испарится достаточное количество воды. В этом процессе мёд контактирует с различными организмами и, следовательно, содержит ДНК множества видов, вместе называемую экологической ДНК (eDNA); она происходит из собранных растений, кишечных бактерий пчёл и потенциальных патогенов улья. Оптимизированный метод, называемый 'direct-shotgun metagenomics', включает секвенирование и комплексную идентификацию фрагментов eDNA, обнаруженных в мёде. По словам Галаниса: «Разработка и тестирование биоинформатического конвейера, настроенного для метагеномных данных мёда, позволяет нам повысить чувствительность и специфичность; таким образом, мы можем быть вполне уверены в идентификации определённых видов».
В этом исследовании учёные проанализировали несколько образцов мёда из пасеки, расположенной в типичном средиземноморском ландшафте. Они идентифицировали более 40 видов растений, которые отражают всё ботаническое разнообразие вокруг ульев. «Было очень поразительно, — сказала доктор Паталано, — увидеть, насколько изменчиво содержание растительной eDNA в зависимости от сезона, что идеально отражает поведенческие адаптации фуражировки, следующие за цветением растений». Исследователи также сравнили разные образцы мёда с помощью мелиссопалинологии (использование формы пыльцевых зёрен для характеристики). Помимо отличной взаимодополняемости двух анализов, исследование показало, что метагеномный подход также выявляет поведение, не связанное со сбором пыльцы, например, сбор падевого мёда с сосны — важного пищевого ресурса для выживания пчёл в начале осени.
Прогнозирование болезней и распространения патогенов
Вопреки ожиданиям, экологическая ниша пчёл простирается далеко за пределы растений. В проанализированных образцах мёда исследователи обнаружили ещё большее количество видов бактериальной eDNA, подавляющее большинство которых исходит от микроорганизмов, считающихся безвредными и составляющих основные виды микробиома пчелы. Доктор Паталано объясняет: «Как и микробиом кишечника человека, микробиом кишечника пчелы является важным элементом её здоровья. Мы уже знаем, что стрессоры окружающей среды, такие как пестициды, могут серьёзно повредить микробные сообщества кишечника и увеличить риск заболеваний пчёл. Но как это работает, во многом остаётся неизвестным». В этой работе исследователи доказывают, что метагеномный подход на основе мёда позволяет изучать вариации кишечного микробиома без необходимости умерщвления пчёл.
Исследователи также искали присутствие eDNA потенциальных патогенов. Они обнаружили, что следы eDNA клеща Varroa в мёде напрямую соответствовали наблюдаемому заражению улья. Это обнадёживающий признак того, что данное исследование в конечном итоге может быть использовано для мониторинга и прогнозирования заболеваний и патогенов в крупномасштабных исследованиях.
«В будущем эта работа может иметь очень важные последствия и для людей. Если мы хотим обеспечить экосистемные услуги, такие как опыление фруктов и овощей, сохраняя при этом биоразнообразие видов, нам также необходимо защищать здоровье пчёл. Наша задача — разработать стратегии биомониторинга, чтобы определить наиболее подходящие экологические ниши для всех опылителей», — заключила доктор Паталано.