Учёные выяснили, как пчёлы выживают зимой. Они нашли у них особый метаболический путь, который помогает им пережить холода и сохранить свою семью.
В исследовании, которое провели специалисты из Службы сельскохозяйственных исследований (США) и их коллеги из Китая, говорится о том, как пчёлы распределяют свои ресурсы: энергию и иммунную систему. Это помогает им справляться со стрессом, например, с холодом.
"Этот клеточный путь имеет самую сильную связь с большими потерями зимующих колоний медоносных пчёл, которые беспокоят пчеловодов и фермеров, особенно производителей миндаля, на протяжении последних 15 лет" - сообщила Янь Пин «Джуди» Чен, энтомолог, которая руководила исследованием.
«Сигнальный» путь регулирует синтез белка SIRT1, который входит в семейство сиртуинов, белков, играющих важную роль в регуляции клеточного старения, метаболических процессов и устойчивости к стрессу.
«У медоносных пчел, которые в течение пяти дней находились в условиях холода при температуре 28 градусов по Цельсию (82,4 градуса по Фаренгейту), мы обнаружили почти в три раза более низкие уровни SIRT1 и значительно более высокие показатели смертности колоний по сравнению с пчелами, содержавшимися при температуре 34–35 градусов по Цельсию, что является оптимальной внутренней температурой улья в зимний период», — отметила Чен.
Исследователи также выяснили, что холодовой стресс повышает риск заражения пчел болезнями, что, в свою очередь, увеличивает вероятность гибели колоний.
Например, когда колонии медоносных пчел были заражены внутриклеточным микроспоридийным паразитом Nosema ceranae и содержались при температуре 34 градусов Цельсия, их выживаемость составила 41,18 %. В то же время смертность колоний, которые подвергались холодовому стрессу при температуре 28 градусов Цельсия в течение 5 дней, достигла 100 %.
«Таким образом, наше исследование показало, что сигнальный путь SIRT1 реагирует преимущественно на холодовой стресс, а не на патогены», — пояснила Чен - «Мы предполагаем, что повышенная энергия, которую зимующие пчелы тратят на поддержание температуры улья, снижает ресурсы, доступные для иммунных функций. Это делает зимующих пчел более уязвимыми к инфекционным заболеваниям, что в итоге приводит к значительным потерям в зимних колониях».
Чен говорит, что это исследование поможет придумать новые способы лечения, чтобы пчёлы лучше переживали зиму и не так сильно теряли в количестве.
Один из способов — сделать так, чтобы пчёлы вырабатывали больше белка SIRT1. Для этого можно использовать специальное вещество SRT1720. Оно помогает активировать ген SIRT1, и его уже используют для лечения воспалений и рака.
Из статьи "Исследование сигнального пути между клеткой-хозяином и зимовкой пчел открывает новые горизонты в области улучшения их здоровья" :
"Выявление основных механизмов и путей, которые приводят к повышенной смертности пчёл в зимний период, может предоставить возможности для разработки превентивных мер и стратегий смягчения потерь в популяциях.
В этом исследовании мы представляем результаты долгосрочного изучения биологических и молекулярных характеристик пчёл, зимующих в естественных условиях, а также пчёл, подвергающихся воздействию холода в лабораторных условиях.
Способность пчёл противостоять холоду во многом зависит от численности популяции летних пчёл перед наступлением зимы, а также от состояния здоровья пчёл. Слабые колонии с небольшим количеством пчёл не могут генерировать достаточное количество тепла для поддержания стабильной температуры. Нестабильность температуры оказывает сильное негативное влияние на многие важные биологические процессы, включая метаболизм и врождённую иммунную функцию, что приводит к повышенной уязвимости к болезням и, как следствие, к смертности во время зимовки.
В ходе исследования мы обнаружили, что слабые колонии с меньшим количеством зимних пчёл имели более высокую распространённость патогенов по сравнению с сильными колониями. Кроме того, слабые колонии редко способны пережить зиму.
Эти результаты показали заметную корреляцию между силой колонии и распространённостью патогенов зимой, а также продемонстрировали, что холодная температура может изменить динамику заболеваний у инфицированных пчёл и поставить их на грань смерти.
Наши последующие лабораторные исследования показали, что воздействие холода не только негативно влияет на выживаемость пчёл, но и вызывает ускоренную смертность у пчёл, инфицированных патогеном. Пчёлы, подвергшиеся воздействию холода (28 °C), показали более высокий уровень смертности по сравнению с пчёлами, содержащимися при той же температуре без заражения N. ceranae.
Эти результаты продемонстрировали коллективное воздействие различных факторов и подтвердили, что зимний холод может существенно изменить ход взаимодействия патогена и хозяина и повлиять на выживаемость популяции.
Хотя V. destructor считается одной из основных причин смертности во время зимовки, наше исследование показывает, что сочетание низкой температуры и патогенов, преимущественно вирусов, которые циркулируют в зимующих популяциях пчёл, независимо от V. destructor, может негативно повлиять на здоровье пчёл и привести к краху зимующих колоний.
Из вирусов, поражающих пчёл, DWV является наиболее распространённым и, как сообщалось, заражает в среднем не менее 55 % колоний/пасек в 32 странах. Однако в ходе нашего исследования в течение четырёх последовательных лет DWV не был самым распространённым вирусом, когда наши колонии пчёл были должным образом обработаны от клещей Varroa. Вместо этого уровни заражения N. ceranae и BQCV были обнаружены с частотой, превышающей заражение DWV.
Высокий уровень N. ceranae и BQCV, вероятно, обусловлен длительным зимним заключением в улье без дефекации, что создаёт благоприятные условия для роста и распространения Nosema, а также BQCV, передача которых происходит преимущественно фекально-оральным путём.
Предыдущие исследования также показали, что уровень заражения N. ceranae и BQCV значительно увеличивается в уличных колониях зимой. Эти результаты указывают на то, что N. ceranae и BQCV являются значимыми предикторами потерь зимующих колоний, когда распространённость DWV после обработки акарицидом низкая.
Сиртуины — это стресс-чувствительные белки, которые обладают активностью либо никотинамидадениндинуклеотид (НАД+)-зависимых деацетилаз, либо моно-АДФ-рибозилтрансфераз. Химические свойства сиртуинов позволяют им деацетилировать различные субстраты, регулируя разнообразные биологические процессы, включая энергетический метаболизм, окислительный стресс и пути выживания.
Существует семь типов сиртуинов у млекопитающих (SIRT1-7), и разные сиртуины занимают разные субклеточные отсеки и связаны с различными биологическими процессами.
SIRT1, ядерная форма сиртуинов, является наиболее изученным членом семейства сиртуинов и играет важную роль в регуляции митохондриального энергетического метаболизма и продлении жизни в условиях окислительного стресса и доступности питательных веществ.
Дефекты в сигнальных путях, контролируемых SIRT1, привели к различным патологическим состояниям, опосредованным окислительным стрессом.
Биологические функции сиртуинов остаются относительно неизученными у насекомых, и нет доступной информации об участии сигнального пути сиртуинов в регуляции метаболизма медоносных пчёл.
Наш анализ дифференциальной экспрессии РНК-Seq выявил, что сигнальный путь сиртуина ингибирован, окислительное фосфорилирование активировано, а митохондриальная дисфункция изменена — это три наиболее значительно обогащённых пути среди дифференциально экспрессируемых генов (DEG) у зимующих больных пчёл из разрушающихся колоний.
Потери колоний медоносных пчел во время зимовки представляют собой серьёзную угрозу для сельского хозяйства. Мы выяснили, что у больных зимующих пчел наиболее значительно обогащён путь сиртуина, который играет важную роль в физиологии животных, включая митохондриальный метаболизм и иммунный ответ.
Кроме того, мы обнаружили, что уровень транскрипта SIRT1, основного белка сиртуина, регулирующего энергетический и иммунный метаболизм, значительно снижен у пчел, подвергшихся только воздействию холода. Это позволяет связать холодовой стресс с изменением уровня транскрипта сиртуина.
Наше исследование открыло новые горизонты для поиска способов облегчения холодового стресса у медоносных пчёл и полезных биомаркеров для измерения уровня стресса у зимующих особей. Ценная информация, полученная в результате этого исследования, может стать основой для разработки стратегий мониторинга состояния здоровья и уменьшения потерь колоний как в течение зимы, так и в долгосрочной перспективе."
Берегите своих пчёл!
Живите долго и будьте здоровы! Мира Вам!!!
P.S. Спасибо, что дочитали до конца! Буду рада видеть вас в числе моих подписчиков! В этом блоге вы найдёте много полезной информации!
P.S. Информация на моём канале носит только ознакомительный характер.