Ученые из Великобритании и Дании создали пищевую добавку, полноценно замещающую пыльцу в питании пчел. Для этого им пришлось научить дрожжи производить критически важные для питания насекомых стеролы.
Пчелы — важные для нашей планеты опылители: без них многие растения просто не смогут размножаться, что приведет к коллапсу экосистем. Основной компонент питания пчел — пыльца. Она содержит липиды — стеролы (стерины), необходимые для правильного функционирования организмов пчел.
Пчеловоды вынуждены подкармливать пчел искусственными заменителями пыльцы из-за нехватки естественной. Эти добавки производят из белковой муки, сахаров и масел, которые не содержат нужных насекомым стеринов. Неполнота рациона заметно сказывается на здоровье отдельных пчел и целых колоний.
Ученые смогли модифицировать гены дрожжей Yarrowia lipolytica так, чтобы они стали синтезировать нужную насекомым смесь из шести стеринов. Эти дрожжи включили в состав кормов для пчелиных семей, находившихся в закрытых теплицах.
Пчелы, которые получали новую подкормку, вырастили до 15 раз больше личинок, дошедших до стадии куколки, чем семьи на контрольных диетах. Более того, такие семьи продолжали выращивать расплод до конца эксперимента, тогда как пчелы на диете с дефицитом стеринов прекращали воспроизводство спустя 90 дней. Результаты опубликованы в журнале Nature.
«Большинство пыльцевых стеринов, нужных пчелам, невозможно добыть в коммерческих масштабах, поэтому создание полноценной замены пыльце ранее было невозможным», — рассказала первый автор исследования профессор Джеральдин Райт (Geraldine Wright) из Оксфордского университета (Великобритания).
До этого исследования оставалось неизвестным, какие именно стерины из множества соединений пыльцы наиболее важны для здоровья пчел. Биологи проанализировали состав тканей куколок и взрослых особей. Для этого им пришлось кропотливо вскрывать и отделять кишечник пчел-кормилиц. Они выявили шесть основных стеринов: 24-метиленхолестерол, кампестерол, изофукостерол, бета-ситостерол, холестерин и десмостерол.
Для производства всех этих соединений ученые изменили геном дрожжей Yarrowia lipolytica с помощью технологии CRISPR-Cas9. Исследователи выбрали именно эти грибы из-за высокого содержания липидов, их безопасности при употреблении в пищу и возможности масштабного производства. Измененные дрожжи выращивали в биореакторах, а затем сушили до состояния порошка и предлагали пчелам в пищу. Эксперименты с питанием проводили в течение трех месяцев.
По итогам исследования ученые заключили, что профиль стеринов в организме личинок, вскормленных на обогащенной диете, совпадал с полученным от пчел, собиравших натуральную пыльцу. Это указывает на избирательность передачи потомству только биологически наиболее важных соединений.
«Мы полагаемся на медоносных пчел для опыления каждой третьей порции пищи на Земле, но они сталкиваются со множеством угроз. Хорошее питание повышает их устойчивость, а более полноценные заменители корма могут радикально изменить ситуацию. Наша разработка имеет огромный потенциал для повышения выживаемости пчелиных семей и, следовательно, устойчивости пчеловодства», — сказала Даниэль Дауни (Danielle Downey), директор исследовательской некоммерческой организации Project Apis m.
Хотя первые результаты обнадеживают, необходимы масштабные полевые испытания для оценки долгосрочного влияния на здоровье пчел и эффективность опыления. Добавка может появиться у фермеров в течение двух лет. Эту технология также можно будет использовать при создании диетических добавок для других опылителей или насекомых, что откроет новые возможности для устойчивого сельского хозяйства.