Подсказки о здоровье пчел нашли в их кишечном микробиоме
Окружающая среда играет ключевую роль в здоровье и разнообразии кишечного микробиома диких пчел. Это может помочь обнаружить невидимые стрессоры и ранние индикаторы потенциальных угроз, согласно новому исследованию учёных Йоркского университета.
Используя новый подход в метагеномике, исследователи секвенировали полные геномы трёх видов пчел-плотников (один из видов диких пчел) в Северной Америке, Азии и Австралии. Этот анализ позволил получить данные об их кишечном микробиоме (бактерии и грибы), диете, вирусной нагрузке, а также об окружающей ДНК.
В отличие от социальных пчел (таких как медоносные и шмели), одиночные пчелы получают свой микробиом, важный для здоровья, из окружающей среды, где они добывают пищу, а не наследуют его от сородичей по гнезду. Пчёлы-плотники прогрызают ходы в стеблях древесных растений, чтобы отложить яйца, а не живут в ульях.
«Это может сделать их лучшими биоиндикаторами, поскольку они гораздо более чувствительны к своей среде», — говорит доцент Факультета естественных наук Сандра Рехан, ведущий автор исследования «Сравнительная метагеномика раскрывает новые данные о внутри- и межвидовой изменчивости микробиомов диких пчел», опубликованного в журнале Communications Biology.
В Австралии локальные популяции имели высоко отличительные метагеномы и микробиомы; настолько, что инструменты машинного обучения могли достоверно предсказать, из какой популяции происходит каждая пчела.
Исследовательская группа также обнаружила в микробиомах пчёл-плотников патогены сельскохозяйственных культур, которые ранее находили только у медоносных пчёл.
«Эти патогены не обязательно вредны для пчёл, но эти дикие пчёлы потенциально могут быть переносчиками болезней, способных негативно повлиять на сельское хозяйство», — говорит Рехан. Выяснение того, как эти патогены распространяются среди диких пчёл, важно, поскольку пчёлы вносят вклад в экологическое и сельскохозяйственное здоровье во всём мире, обеспечивая более $200 млрд ежегодных сельскохозяйственных услуг.
Создание базовой линии того, как выглядит здоровый микробиом у диких пчёл, позволяет учёным сравнивать виды на разных континентах и в разных популяциях, а также выяснять, как вводятся и передаются болезни и вредная микробиота.
«Мы можем действительно систематически анализировать здоровье пчёл, изучая популяционную генетику, нагрузку паразитов и патогенов, здоровые микробиомы и их отклонения», — говорит Рехан. «Долгосрочная цель — действительно иметь возможность использовать эти инструменты для обнаружения ранних признаков стресса и сред обитания, нуждающихся в восстановлении или сохранении. Разработать что-то вроде диагностического инструмента для здоровья пчёл».
Исследователи полагают, что им впервые удалось определить основной микробиом пчёл-плотников. Во всех трёх видах они нашли полезные бактерии, которые помогали с метаболическими и генетическими функциями. Они также обнаружили виды Lactobacillus — важную группу полезных бактерий, критическую для здоровья кишечника и встречающуюся у большинства пчелиных линий. Lactobacillus может защищать от распространённых грибковых патогенов, усиливать иммунную систему и способствовать усвоению питательных веществ.
Однако в недавно опубликованной статье в журнале Environmental DNA Рехан и её аспирантка Фуонг Нгуен, изучавшие микробиом у расплода и взрослых особей пчёл-плотников (Ceratina calcarata) в городах, обнаружили отсутствие Lactobacillus.
«Это вызывает тревогу», — говорит Рехан. «Мы продолжаем эти исследования, чтобы изучить более тонкие сравнения городских и сельских условий и долгосрочные данные, чтобы действительно понять эти экологические стрессоры. Всякий раз, когда мы характеризуем микробиом и видим отклонения от того, что мы считаем нормой, это может указывать на угрозу для популяции или вида».
В целом, результаты показывают, что метагеномные методы могут в будущем дать важную информацию об экологии и здоровье диких пчёл.
«Мы апробировали этот исследовательский подход на нескольких видах, но мы стремимся изучить десятки видов диких пчёл, и более широкие сравнения впереди. Эти два исследования действительно закладывают основу», — говорит она. «Долгосрочная цель — действительно иметь возможность использовать эти инструменты для обнаружения ранних признаков стресса у диких пчёл и, таким образом, выявления мест обитания, нуждающихся в восстановлении или сохранении. Мы рады создавать инструменты для новой эры исследований и сохранения диких пчёл».