Открытие передачи РНК через маточное молочко может помочь в разработке вакцин для медоносных пчел

Исследователи обнаружили, что медоносные пчелы способны делиться иммунитетом с другими пчелами в улье и передавать его своему потомству через маточное и рабочие желе. Эти желе — аналог материнского молока: секрет, используемый для питания личинок рабочих пчел и маток.

Это открытие указывает на новые способы защиты пчел от вирусов и смертоносного клеща Varroa, ответственных за недавнее резкое сокращение популяций. Поскольку около трети мирового рациона человека зависит от опыления медоносными пчелами, срочно необходимы решения для поддержания здоровых колоний в целях продовольственной безопасности.

Доктор Эяль Маори из Института Гёрдона (Кембриджский университет) и его коллеги из Израиля и США тестировали новую противовирусную терапию для пчел, когда получили намек на способность пчел передавать биологически активные молекулы РНК между членами колонии. Ученые опубликовали доказательства этого феномена в журнале Cell Reports.

Эти передаваемые молекулы РНК продуцируются генами пчелы и патогенами, такими как вирусы. В отличие от другой РНК в организме, эти молекулы не кодируют белок. Вместо этого они играют прямую роль в иммунитете, регуляции генов и других биологических механизмах.

В предыдущих исследованиях доктор Маори и коллеги скармливали пчелам фрагменты РНК, включающие сегмент РНК-вируса. Они обнаружили, что, подобно действию вакцин, диетическая РНК запускала иммунный ответ, предотвращавший болезнь и гибель при последующем заражении ульев живым вирусом. Интригующе, что колония сохраняла здоровье в течение нескольких месяцев после окончания лечения, что указывало на сохранение иммунитета, — несмотря на то, что исходно обработанные пчелы должны были умереть и быть заменены новыми поколениями. Это намекало на передачу иммунизирующих фрагментов РНК между членами колонии и через поколения.

В текущем исследовании ученые продемонстрировали, что диетическая РНК поглощается из пищеварительной системы в гемолимфу пчелы и распространяется к железам, секретирующим желе. Затем диетическая РНК выделяется вместе с желе и поглощается личинками, которых им кормят.

Хотя ранее ученые показывали возможность движения РНК между клетками в пределах одного организма у растений и животных, эти результаты идентифицируют молекулярный механизм передачи молекул РНК между организмами.

«Мы обнаружили, что РНК распространяется за пределы отдельных пчел, передаваясь не только от родителей к потомству, но и между особями в улье», — говорит доктор Маори.

Дальнейшие эксперименты показали, что передаваемая РНК способна активировать механизм «интерференции РНК», чтобы блокировать активность некоторых генов и снижать выработку определенных белков пчелы. Важно, что интерференция РНК, как известно, обеспечивает защиту от вирусной инфекции у пчел и других организмов. Другими словами, эти молекулы РНК, вероятно, действуют как иммунизация пчел против инфекций.

Исследователи также проанализировали рабочие и маточные желе и обнаружили разнообразные типы естественной РНК, некоторые из которых происходили от генов пчелы, а некоторые — от патогенов, таких как грибы и инфекционные вирусы. Это говорит о том, что со временем пчелы развили — и поделились — иммунитетом к этим патогенам.

«Наши выводы демонстрируют, что пчелы делятся "передаваемой РНК" между членами колонии, вероятно, как способом распределения иммунитета между особями и поколениями в улье и для адаптации к разным условиям среды», — прокомментировал доктор Маори.

Во втором исследовании, опубликованном в прошлом месяце в журнале Molecular Cell, доктор Маори совместно с лабораторией профессора Эрика Миски в Институте Гёрдона исследовали, как нестабильная молекула РНК передается через желе. Они обнаружили, что обильный компонент желе — белок маточного молочка-3 (MRJP-3) — связывает РНК, образуя гранулы, которые концентрируют и защищают ее от повреждений в окружающей среде. Это первая идентификация РНК-гранул с функциями вне клеток и организмов.

Доктор Маори добавил: «Медоносные пчелы эволюционно развили своего рода "клей", который связывает РНК в гранулы, делая ее более стабильной и способной к передаче другим пчелам. Если мы сможем использовать эту технологию, то, возможно, удастся разработать новые "вакцины" для применения в сельском хозяйстве, в частности, для иммунизации пчел против опустошительных потерь, которые несут их колонии.

Вполне возможно, что этот белок медоносных пчел может найти применение и в создании новых вакцин и лекарств для людей».