На сегодняшний день выявлено 24 вируса медоносных пчёл, и большинство из них являются вирусами с одноцепочечной РНК. Среди этих вирусов наиболее распространённым у медоносных пчёл является Вирус Деформированного Крыла (далее просто Вирус).
Более 20% взрослых медоносных пчёл в колонии могут быть носителями этого вируса, независимо от их жизнедеятельности.
Вирус также включен в список возбудителей новых инфекционных заболеваний и представляет угрозу для диких пчёл из-за пересечения ареалов их обитания. Возможен и обратный процесс, когда этот Вирус передается от диких пчел к одомашненным медоносным пчелам, вызывая перекрестное заражение.
Вирус деформированного крыла - это (+) одноцепочечный РНК-содержащий вирус. На сегодня описаны три варианта этого вируса - тип А, тип В и тип С.
Очевидным симптомом заражения взрослых пчел Вирусом является деформация крыльев. Передача вируса может происходить как вертикально, так и горизонтально. Вертикальная передача обычно происходит от яичников матки-носителя Вируса или семенников трутней. А горизонтальная - через фекалии или клеща Варроа.
Клещ Варроа играет важную, если не основную, роль в распространении Вируса. Медоносные пчелы могут быть более восприимчивы к передаче Вируса через клещей, что приводит к преобладанию вируса в колонии.
Пчелы используют несколько способов защиты от вирусов, включая аутофагию (процесс, при котором клетки разрушают ненужные или поврежденные части), эндоцитоз (поглощение клетками частиц), меланизацию (образование темного пигмента) и др.
Вирусы могут серьезно навредить пчелам, если защитные механизмы не справятся с ними. Чтобы понять как Вирус влияет на пчел на ранних стадиях их развития, ученые заразили пчелиных личинок этим вирусом. Затем они изучили, какие гены работают по-другому у зараженных личинок.
В результате исследования были выявлены гены, которые сильно изменяли свою работу из-за Вируса. Эти гены продолжали работать по-другому вплоть до стадии куколки.
Целью исследования было понять, как Вирус влияет на развитие личинок, а также предоставить информацию для оценки риска вирусных заболеваний у пчел.
Результаты и обсуждение.
Личинки пчел были заражены Вирусом в возрасте 3-х дней (0-й день после заражения). Каждый день, с 0-го по 22-й день после заражения, ученые наблюдали, сколько личинок выживает, как в зараженных, так и в незараженных группах.
Оказалось, что в начале выживаемость была одинаковой в обеих группах. Но потом, между поздней личиночной стадией и стадией, когда личинка становится куколкой, в заражённой группе выживаемость была значительно ниже.
Таким образом, Вирус сильно влиял на выживаемость личинок на определенном этапе их развития.
Вирус был найден в зараженных пчелах на разных стадиях развития: в виде личинок на 2-й, 4-й день после заражения и на стадии куколок на 9-й день (возможно, речь о резком повышении титров).
Количество Вируса постепенно увеличивалось с 2-го по 4-й день, а затем резко возросло на стадии куколки. Смертность расплода на стадии куколки увеличилась. Поэтому ученые решили изучить, как гены личинок пчел работают на последней стадии развития, чтобы понять, что происходит в это время.
Показатели выживаемости у пчел в обеих группах были одинаковыми до 7-го дня жизни (4-й день после заражения). Однако, на 10-й день (стадия куколки) выживаемость в инфицированной группе сильно снизилась, а количество вируса сильно увеличилось.
Это означает, что Вирус может негативно влиять на пчел с самого раннего возраста и представляет угрозу для всей популяции пчел.
В среднем, 82,5% данных из зараженной группы и 91% из незараженной совпали с базой данных. Эти данные показали, какие гены были активны в организмах пчел. Далее данные были проанализированы, чтобы определить, какие гены работали по-разному в зараженных и незараженных пчелах. Также данные проверили на наличие других вирусов, но не нашли их ни в одной из групп.
Результаты показали, что большинство генов в этих группах работают одинаково, но есть и те, которые работают по-другому. Всего таких генов оказалось 265 (это 0,26% от всех изученных генов). Из этих 265 генов:
- 168 генов работали хуже, чем у здоровых пчел,
- 87 генов работали лучше, чем у здоровых пчел.
Большинство генов, которые работали лучше или хуже, изменяли свою активность в 2-4 раза. Но были и такие, которые изменяли свою активность сильнее:
- 20 генов стали работать в 4 или более раза активнее,
- 29 генов стали работать в 4 или более раза хуже.
Таким образом, различия в работе генов у здоровых и больных пчел небольшие. Однако, некоторые процессы в жизни пчел все же могут быть сильно затронуты Вирусом.
Далее учёные изучили 208 генов зараженных личинок. Эти гены были разделены на три группы: как они работают, где они находятся в клетке и какие процессы в клетке выполняют.
Для генов, которые стали работать активнее:
- больше всего генов отвечали за строение клетки,
- затем шли гены, связанные с жизненными процессами клетки,
- также были гены, отвечающие за химические реакции в клетке,
- и еще гены, связанные с внутренними процессами клетки.
Для генов, которые стали работать слабее (подавление генов):
- опять же, больше всего генов были связаны со строением клетки,
- затем шли гены, отвечающие за жизненные процессы клетки,
- и снова были гены, связанные с химическими реакциями в клетке.
Вирус деформированного крыла влияет на работу генов, связанных со строением и процессами в клетке.
Результаты анализа показывают, что взаимодействие аминокислот, органических и карбоновых кислот в клетках усиливается. Это означает, что они работают более активно. В тоже время, некоторые части клетки, такие как внешняя сторона мембраны и базальная мембрана, а также способность клеток связываться с другими "объектами", снижаются. Это влияет на то, как клетки "общаются" друг с другом и работают.
Вирус может изменять структуру мембраны и клеточные компоненты, что мешает клеткам нормально функционировать. Вирус становится менее заразным, если заблокировать работу определенного рецептора, что помешает вирусу размножаться внутри клетки.
Вирус становится менее опасным после того, как в клетках подавляется активность метаботропного глутаматного рецептора 2-го типа (mGluR2). Этот рецептор, в свою очередь, регулирует проникновение Вируса в клетки.
Анализ показал, что подавление активности mGluR2 негативно влияет на плазматическую мембрану и клеточную поверхность, что может препятствовать заражению Вирусом.
Кроме того, были выявлены пути, связанные с каталитической активностью и реакцией на раздражители, что может свидетельствовать о попытках личинок медоносных пчел защититься от заражения Вирусом.
Таким образом, личинки медоносных пчел успешно избегали заражения, но когда защитный механизм не срабатывал, вирус быстро размножался, что привело к снижению выживаемости во время развития (перехода личинки в куколку).
Учёные хотели узнать, как вирус влияет на гены личинок. Они использовали базу данных KEGG чтобы понять, как меняется работа генов. Из 255 генов, которые работали не так, как обычно, 111 удалось связать с конкретными процессами в организме пчел. Из них 38 работали активнее, а 73 - слабее.
Больше всего изменений было в генах, отвечающих за метаболизм - превращение веществ в организме. Также изменения коснулись путей, связанных с производством вторичных веществ, обменом аминокислот (глицина, серина, треонина), сигнальными путями с участием белков Rap1 (способами передачи информации в клетке) и обменом веществ, связанных с кальцием, аденозинмонофосфата и инозитолфосфата.
Дальнейшее исследование экспрессии генов, которые участвуют в этих процессах, показало, что 2 гена - iolG и GAPDH - работали на более высоком уровне в 5 и 12 процессах соответственно.
Ген iolG задействован в 5 различных процессах, среди которых - "микробный метаболизм" и метаболизм инозитолфосфата. Кроме того, ген iolG помогает создавать мио-инозитол, который может быть важен для обмена жиров в организме.
Недавние исследования показали, что инозитоолфосфаты усиливают сборку некоторых РНК-вирусов и обеспечивают им защиту от клеточных механизмов защиты.
Это позволяет предположить, что повышение концентрации iolG в организме медоносных пчел после заражения Вирусом, может способствовать сборке и распространению Вируса.
Ген GAPDH участвует в 12 различных процессах, включая "микробный метаболизм", углеводный обмен и гликолиз/глюконеогенез (превращение сахара в энергию и наоборот). Это указывает на важность этого гена для биологических функций клеток. То есть, он необходим клеткам для их работы.
Ген GAPDH хорошо подходит для изучения медоносных пчел. Но он также связан с вирусами и может изменяться под их воздействием. То есть, начинает "работать на вирус".
Таким образом, когда личинки пчел заражаются Вирусом, у них активируются два гена - iolG и GAPDH. Эти гены помогают Вирусу использовать ресурсы организма пчел и способствуют развитию инфекции.
Относительно пониженной экспрессии генов, которые подавляются по-разному, стоит отметить фермент MINPP1 - множественная инозитолполифосфатная фосфатаза. Этот фермент участвует в гидролизе распространенных метаболитов, таких как инозитолпентакисфосфат (ИПФ) и инозитолгексанисфосфат (ИГФ).
ИГФ стимулирует сборку как незрелых, так и зрелых частиц некоторых вирусов, превращая их в инфекционную форму. Подавление экспрессии MINPP1 может быть одним из механизмов защиты медоносных пчел от заражения Вирусом.
Чтобы убедиться в правильности своих выводов, ученые провели дополнительное исследование некоторых генов, включая описанные выше, в разные моменты времени после заражения. Как и ожидалось, работа выбранных генов (усиление или подавление) соответствовала их предположениям.
У генов, которые стали активнее, их работа усиливалась с первого по четвёртый день после заражения, достигая максимума на 4-й день. Затем их активность снижалась на стадии куколки. Большинство генов, которые стали работать слабее, также соответствовали ожиданиям: их активность уменьшалась с 1-го по 4-й день после заражения.
Ученые выбрали четыре гена, которые стали работать активнее: wsc1, кутикулярный белок, iolG и GAPDH. Также были выбраны три гена, которые стали работать слабее: CYP6A1, SK и MINPP1.
Белки, содержащие домены wsc, играют важную роль в различных биологических процессах. Например, они участвуют в передаче сигналов от окружающей среды внутрь клетки.
Гены, связанные с wsc, влияют у насекомых на реакция на тепловой шок через сигнальный путь Pkc1-MPK1. У медоносных пчел этот путь отвечает за передачу сигналов от внешней поверхности клетки в ядро в рамках противовирусного механизма, связанного с эндоцитозом.
Экспрессия гена wsc1 повышалась со 2-го по 6-й день после заражения, а затем подавлялась на 9-й день после заражения. Это указывает на то, что заражение Вирусом активирует систему защиты пчелы. Однако снижение выработки/производства гена отражает значительное снижение выживаемости личинок пчел, больных Вирусом, на стадии куколки.
Кутикулярный белок - это важный элемент защиты насекомых. В процессе заражения Вирусом у медоносных пчел ген кутикулярного белка активировался на 2-й и 4-й день после заражения, но подавлялся на 6-й и 9-й день.
Анализ показал, что количество гена iolG увеличивалось на 2-й, 4-й и 9-й день после заражения. Количество GAPDH увеличивалось на 4-й и 6-й день после заражения.
Как упоминалось выше, инозитолфосфаты (GAPDH)усиливают сборку РНК-вирусов и защищают их от противовирусной защиты клетки хозяина. Кроме того, GAPDH связан с вирусной инфекцией и регулируется вирусом после заражения.
Таким образом, увеличение iolG и GAPDH после заражения Вирусом способствует развитию вирусного заболевания у личинок медоносных пчел.
Касательно подавленных генов, то их уровень экспрессии неуклонно снижался с начала заражения до стадии куколки. Исключение составляет ген CYP6A1, уровень которого повышался на 2-й день после заражения, но к 6-му или 9-му дню сильно снижался.
CYP6A1 относится к семейству цитохромов P450. Это белок, который помогает пчелам нейтрализовать вредные вещества. То есть, этот белок относится к системе детоксикации организма.
У пчел CYP6A1 иногда начинает работать лучше, когда они заражаются другими вирусами. Но при заражении Вирусом деформированного крыла этот белок чаще перестает работать, так хорошо, как раньше. Это может быть одной из причин, почему личинки плохо справляются с этим вирусом и погибают.
SK - канал очень важен для работы всех клеток, которые могут возбуждаться. Он выборочно пропускает ионы калия и начинает работать, когда уровень кальция в клетке растет. Например, при создании электрического сигнала в клетке. Эти процессы могут влиять на созревание дендритных клеток.
Дендритные клетки (ДК) также важны для иммунитета. Их активность зависит от кальция. Если уровень кальция в клетке меняется, это может ослабить иммунитет или уменьшить активность ДК.
Анализ показал, что уровень SK-канала был понижен во все моменты времени, но особенно сильно на 4-й и 9-й день заражения Вирусом. Это значит, что после заражения Вирусом могут возникнуть проблемы с передачей сигналов иммунной системе.
Как уже говорилось, MINPP1 помогает в расщеплении сложных молекул, называемых пентакисфосфатом (ИПФ) инозитола и гексакисфосфатом инозитола (ИГФ). ИГФ помогает вирусу превращаться в заразную форму.
По результатам дополнительных исследований, уровень MINPP1 в организме пчел становился все ниже на протяжении всего исследования. Это может быть способом защиты пчел от Вируса.
Снижение активности MINPP1 у пчел на стадии куколки может влиять на их способность сопротивляться инфекциям.
***
Вирус деформированного крыла на стадии личинки медоносной пчелы влияет на уровни экспрессии генов от личинки к куколкам и снижает их выживаемость.
Из статьи "Оценка влияния вируса деформированного крыла на личинки медоносных пчел на уровне транскриптома" - Цзы Тин Чанг и др., Тайвань, 2021 год.
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.
Поддержите автора лайком и комментарием! Вам не сложно, а мне приятно!