Изменения видового состава микробиома медоносной пчелы различаются с возрастом и ролью в улье

Состав микробных видов — микробиом — в кишечнике матки медоносной пчелы меняется медленно по мере её старения, в то время как микробиом рабочей пчелы меняется гораздо быстрее, согласно новому исследованию учёных Службы сельскохозяйственных исследований США (ARS).

Изучение деталей кишечного микробиома пчелы открывает потенциал для создания совершенно нового набора инструментов управления пчелиными семьями, пояснил микробный эколог ARS Кирк Э. Андерсон.

«Мы установили тесную связь состава микробиома медоносной пчелы с физиологией старения и стресса. Наши результаты дают дорожную карту для улучшения здоровья колоний через совершенствование вывода маток, питания и других методов управления», — объяснил он.

Матки, откладывающие все яйца в улье, обычно живут около трёх лет в управляемых колониях, прежде чем пчеловоды заменят их из-за замедления воспроизводства. Но в последние годы матки выходят из строя быстрее. Это один из факторов более высоких потерь колоний, о которых сообщают последние 12 лет, и он увеличивает затраты и труд пчеловодов. Сейчас матки стоят около $25 каждая.

Микробиом кишечника пчелы играет значительную роль в метаболизме, развитии и росте, а также в функции иммунной системы и защите от патогенов. От пяти до семи групп бактериальных видов обычно составляют подавляющее большинство основного микробиома пчелы из общего списка в 10–12 групп. Точный состав зависит от возраста пчелы и её функции в улье.

Андерсон и молекулярный биолог ARS Винсент Рисильяно обнаружили, что по мере старения матки в её кишечном микробиоме медленно увеличивается уровень двух групп бактерий: Lactobacillus и Bifidobacterium, известных своими пробиотическими свойствами у млекопитающих, включая человека. В то же время в её микробиоме снижен уровень видов Proteobacteria, которые часто ассоциируются с нездоровым микробным дисбалансом.

Скорость этого сдвига связана скорее с биологическим возрастом матки, чем с хронологическим. Матки стареют биологически с разной скоростью в зависимости от воздействия на их колонию различных факторов стресса, включая доступное питание и экстремальные температуры.

Интересно, что в ходе этого исследования учёные обнаружили новый потенциально специфичный для маток патоген, не выявленный ни у одной взрослой рабочей пчелы — бактерии Delftia (порядок Burkholderiales). Присутствие Delftia в ротовой полости и кишечнике матки возрастало или снижалось противоположно уровням бактерий, считающихся полезными. Это позволяет предположить, что Delftia может играть роль в ранней смертности маток.

Для сравнения, уровни Lactobacillus и Bifidobacterium падали, а количество Proteobacteria увеличивалось по мере старения рабочих пчёл. Микробиомы рабочих пчёл меняются, по-видимому, высокопредсказуемым образом, особенно с возрастом. Это может означать, что ранние сдвиги в микробиоте рабочих пчёл можно использовать в качестве предупреждающего индикатора ослабления и/или гибели колонии.

Применение этой новой информации для улучшения микробиома пчёл может представлять новую стратегию замедления их старения или борьбы с физиологическим стрессом.

Кроме того, по мере роста понимания относительно простого микробиома пчелы, исследователи ARS надеются, что пчёлы могут стать отличной моделью для изучения гораздо более сложного микробиома других видов, включая человека.