Внутренние микроорганизмы могут помочь пчёлам противостоять внешним угрозам
Роль пчёл и других опылителей в сохранении естественных местообитаний и обеспечении продовольственной безопасности становится всё более очевидной. Исследования показывают, что микроорганизмы в кишечнике пчелы играют ключевую роль в обеспечении будущего этих насекомых — и планеты.
Поскольку три четверти мировых продовольственных культур в той или иной степени зависят от опылителей, обеспечение их благополучия в условиях потери среды обитания, загрязнения и пестицидов будет иметь центральное значение для продовольственного снабжения.
Модельный организм — медоносная пчела
Здоровый пищеварительный тракт важен для долголетия как людей, так и пчёл. Исследователи изучают микробиом кишечника пчёл, чтобы понять их устойчивость к болезням и методы защиты.
«Кишечная микробиота важна для защиты пчёл от патогенов», — говорит доктор Амели Кабироль, исследователь здоровья медоносных пчёл в Университете Лозанны (Швейцария). — «Нам нужно понять все детерминанты физиологии пчелы, чтобы сказать: "Вот удостоверение здоровой пчелы"».
Средняя продолжительность жизни медоносных пчёл колеблется от восьми недель до пяти лет в зависимости от типа особи. Рабочие пчёлы живут месяцы, а матки — годы.
Кишечник медоносной пчелы относительно прост для изучения, так как в нём доминируют специализированные сообщества всего из около девяти видов бактерий. Это делает пчёл хорошей моделью для изучения микробиома и других видов, включая человека.
Некоторые пестициды и гербициды влияют на кишечную микробиоту пчёл. С сокращением численности опылителей часто связывают неоникотиноиды. Их использование на открытом воздухе было запрещено в ЕС в 2018 году, но до недавних попыток прекратить эту практику предоставлялись исключения.
Изменения в кишечнике пчелы не всегда летальны, но могут снижать способность к опылению.
Связь бактерий и памяти
«Вс больше доказательств того, что нарушенная кишечная микробиота влияет на способность пчёл к обучению и запоминанию», — говорит Кабироль. — «Эти когнитивные способности важны для пчёл, чтобы связывать запахи с нектаром цветов и, следовательно, запоминать лучшие источники пищи в окружающей среде».
Проект HarmHoney, в котором она участвовала, изучал здоровье кишечника пчёл с помощью генетического секвенирования и изучения малых молекул, участвующих в метаболизме клеток. Проект длился с мая 2020 года по октябрь 2022 года.
Команда Кабироль обнаружила, что пчёлы лучше обучались и запоминали информацию, когда в их кишечнике присутствовало пять типов основных бактерий, чем когда был только один тип или ни одного.
Это говорит о том, что на производительность влияют взаимодействия между типами микробов. Следующий шаг — тестирование различных комбинаций для выяснения механизмов.
«Сейчас мы можем только сказать, что каждый микробный член сам по себе недостаточен для развития этих когнитивных способностей, но мы ещё не можем сказать, необходим ли для этого каждый член», — отмечает Кабироль.
Хотя последние исследования показывают, что численность медоносных пчёл растёт в последние десятилетия, отдельные колонии всё ещё могут нести серьёзные потери. Она надеется, что выводы HarmHoney можно будет применить к другим исчезающим видам пчёл.
Например, исследования её коллег из Университета Лозанны начали раскрывать больше информации о разнообразии микробиомов кишечника так называемых безжальных пчёл.
«Потери пчелиных семей сигнализируют о том, что другие, не управляемые человеком популяции пчёл могут страдать от аналогичных стрессоров», — говорит она. — «Понимание причин коллапса колоний имеет решающее значение для выявления стрессоров, которые могут повлиять на всех опылителей, и должно помочь улучшить сельскохозяйственную и пчеловодческую практику».
Проблема паразитов
Среди стрессоров, с которыми сталкиваются медоносные пчёлы, — кишечные паразиты, такие как Nosema ceranae, который стал широко распространён по всему миру.
Заражение взрослых пчёл в молодом возрасте может привести к тому, что у них на всю оставшуюся жизнь будут трудности с перевариванием пищи. Последствия включают сокращение продолжительности жизни и ухудшение здоровья, численности и продуктивности колонии, что в конечном итоге может привести к её гибели.
Исторически против видов Nosema использовали антибиотик фумагиллин, но его применение в Европе ограничено из-за запретов на антибиотики в пчеловодстве. Некоторые исследования также ставят под сомнение его эффективность против Nosema ceranae. Это требует поиска новых методов профилактики.
«Мы должны найти естественные решения, которые не создают проблем для пчёл и окружающей среды», — говорит профессор Диана Ди Джойя, сельскохозяйственный микробиолог из Болонского университета (Италия). — «Идея в том, что если у хозяина увеличено количество полезных бактерий, он может лучше реагировать на паразитов».
Она руководила проектом NO PROBleMS, изучающим новые экологичные методы лечения кишечника для повышения устойчивости пчёл к болезням. Проект, начавшийся в 2018 году, был продлён после первоначальной даты окончания в марте 2023 года.
В ходе проекта команда провела исследования на основе ДНК, включающие как бактериальные растворы, так и продукты растительного происхождения, в лаборатории и в полевых условиях в Ирландии, Италии, Мальте и Аргентине, чтобы изучить их эффективность в различных климатических условиях и при разном уровне заражения.
Секретная формула
Исследователи обнаружили, что формула, содержащая смесь двух типов полезных микроорганизмов, по-видимому, приводит к снижению количества Nosema ceranae.
Команда разработала прототип состава на основе пробиотических микроорганизмов и молекул растительного происхождения. Идея в том, что этот состав (на который подана заявка на патент) можно добавлять в корм пчёлам, чтобы помочь улучшить баланс их микробиоты.
Планируется запустить последующий проект, в котором состав будет протестирован в различных условиях и дозах для его доработки и определения оптимальных методов применения.
Помимо пользы для пчёл, их исследование может быть очень полезным для более широкого изучения микробиома кишечника и его эволюции.
«У медоносных пчёл есть этот мощный инструмент», — говорит Ди Джойя. — «Кажется, что пчела была создана, чтобы быть моделью для изучения кишечной микробиоты».