Спасение пчел с помощью суперфуда: Инженерная добавка повышает воспроизводство колоний

Новое исследование под руководством Оксфордского университета в сотрудничестве с Королевскими ботаническими садами Кью, Гринвичским университетом и Техническим университетом Дании предлагает экономичное и устойчивое решение для борьбы с катастрофическим сокращением численности медоносных пчел.

Созданная пищевая добавка, предназначенная для обеспечения необходимыми соединениями, содержащимися в пыльце растений, значительно повысила воспроизводство пчелиных семей. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Проблема: Критический дефицит питательных веществ

Из-за изменения климата и интенсификации сельского хозяйства пчелы всё чаще лишаются цветочного разнообразия, необходимого для их процветания. Пыльца, основной компонент их рациона, содержит специфические липиды — стеролы, необходимые для их развития. Пчеловоды всё чаще вынуждены кормить пчел искусственными заменителями пыльцы из-за недостатка натуральной. Однако эти коммерческие добавки, состоящие из белковой муки, сахаров и масел, не содержат нужных стерольных соединений, что делает их питательно неполноценными.

В новом исследовании команде удалось модифицировать дрожжи Yarrowia lipolytica для производства точной смеси шести ключевых стеролов, необходимых пчелам. Эта смесь была включена в рацион пчелиных семей в ходе трехмесячных испытаний, которые проводились в закрытых стеклянных домиках, чтобы гарантировать, что пчелы питаются только экспериментальными кормами.

К концу исследования семьи, получавшие корм, обогащенный стеролами из дрожжей, выкормили до 15 раз больше личинок до жизнеспособной стадии куколки по сравнению с семьями на контрольных диетах. Семьи на обогащенной диете также с большей вероятностью продолжали выращивать расплод до конца трехмесячного периода, тогда как семьи на диетах с дефицитом стеролов прекратили производство расплода через 90 дней.

Примечательно, что стерольный профиль личинок в семьях, получавших генномодифицированные дрожжи, соответствовал таковому в семьях, собирающих натуральную пыльцу. Это говорит о том, что пчелы избирательно переносят своим личинкам только наиболее биологически важные стеролы.

От пыльцы к прецизионному питанию: Идентификация и производство ключевых стеролов

До этой работы было неясно, какие из разнообразных стеролов пыльцы критически важны для здоровья пчел. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи провели химический анализ стерольного состава образцов тканей куколок и взрослых пчел. Это потребовало чрезвычайно тонкой работы, например, препарирования отдельных пчел-кормилиц для отделения кишечника. Анализ выявил шесть стерольных соединений, которые стабильно составляли большинство в тканях пчел: 24-метиленхолестерол, кампестерол, изофукостерол, β-ситостерол, холестерин и десмостерол.

С помощью редактирования генов CRISPR-Cas9 исследователи модифицировали дрожжи Yarrowia lipolytica для устойчивого и доступного производства этих стеролов. Y. lipolytica была выбрана, поскольку эти дрожжи имеют высокое содержание липидов, признаны безопасными для пищи и уже используются в качестве добавки к кормам в аквакультуре. Для производства обогащенной добавки биомассу модифицированных дрожжей выращивали в биореакторах, собирали и высушивали в порошок.

Польза для сельского хозяйства и биоразнообразия

Опылители, такие как медоносные пчелы, способствуют производству более 70% ведущих мировых сельскохозяйственных культур. Серьезное сокращение их численности, вызванное сочетанием дефицита питательных веществ, изменения климата, заражения клещами, вирусных заболеваний и воздействия пестицидов, представляет значительную угрозу продовольственной безопасности и биоразнообразию.

Например, за последнее десятилетие ежегодные потери коммерческих пчелиных семей в США обычно составляли от 40 до 50% и могут достичь 60–70% в 2025 году. Новая искусственная добавка предлагает практический способ повысить устойчивость семей без дальнейшего истощения природных цветочных ресурсов. Поскольку дрожжевая биомасса также содержит полезные белки и липиды, её потенциально можно расширить до комплексного корма для пчел.

Следующие шаги и будущее применение

Хотя первоначальные результаты обнадеживают, необходимы дальнейшие крупномасштабные полевые испытания для оценки долгосрочного воздействия на здоровье семей и эффективность опыления. Потенциально добавка может стать доступной фермерам в течение двух лет.

Эта новая технология также может быть использована для разработки пищевых добавок для других опылителей или насекомых, выращиваемых в сельском хозяйстве, открывая новые возможности для устойчивого земледелия.