Бактерии защищают пчел от вредителей и патогенов

Ученые из Техасского университета в Остине сообщают в журнале Science, что разработали новую стратегию защиты медоносных пчел от синдрома разрушения пчелиных семей (CCD) с помощью генетически модифицированных штаммов бактерий.

Согласно национальному опросу, пчеловоды потеряли почти 40% своих пчелиных семей прошлой зимой — это самый высокий показатель с начала наблюдений 13 лет назад.

Модифицированные бактерии живут в кишечнике пчел и действуют как биологические фабрики, производя вещества для защиты от двух основных причин коллапса колоний: клещей Varroa destructor и вируса деформированного крыла (DWV). Исследователи полагают, что метод можно масштабировать для сельскохозяйственного использования, так как бактерии легко выращивать, инокуляция пчел проста, а риск распространения бактерий за пределы пчел минимален.

"Это первый случай, когда здоровье пчел улучшили путем генетической инженерии их микробиома", — заявил Шон Леонард, первый автор исследования.

Клещи и вирус часто действуют вместе: питаясь на пчелах, клещи распространяют вирус и ослабляют насекомых, делая их уязвимыми для других патогенов.

Команда создала два штамма бактерий: один нацелен на вирус, другой — на клещей.

• Пчелы, обработанные бактериями против вируса, имели на 36,5% более высокую вероятность выживания к 10-му дню по сравнению с контрольной группой.
• Смертность клещей, питавшихся на пчелах с бактериями против клещей, была примерно на 70% выше к 10-му дню, чем в контрольной группе.

По данным Американской федерации пчеловодства, медоносные пчелы вносят почти $20 млрд ежегодно в стоимость урожая США и играют огромную роль в глобальном производстве продуктов питания.

Как и у людей, у пчел есть кишечный микробиом и механизм антивирусной защиты — RNA-интерференция (RNAi), которая борется с РНК-вирусами. При заражении вирус производит молекулы двуцепочечной РНК (dsRNA), что запускает иммунный ответ RNAi.

"Обычно признаки этих молекул появляются только при репликации РНК-вируса. Это сигнал, что это может быть что-то опасное, и нужно атаковать", — пояснила профессор Нэнси Моран.

Чтобы усилить полезный ответ RNAi у пчел и вызвать летальный ответ RNAi у клещей, сотни пчел в лаборатории обработали раствором сахарной воды с модифицированными бактериями. Инокуляция молодых рабочих пчел привела к:

1. Подготовке их иммунной системы к защите от DWV (РНК-вируса).
2. Активации собственной иммунной системы клещей против них самих, что в итоге убивало паразитов.

Риск выхода бактерий в дикую природу и заражения других насекомых крайне низок, так как использованные бактерии высокоспециализированы для жизни в кишечнике пчелы и не могут долго существовать вне его. Однако для применения в сельском хозяйстве потребуются дальнейшие исследования эффективности и безопасности.

Дополнительное преимущество подхода — его использование как инструмента для изучения генетики пчел. Модифицированные бактерии могут "выключать" конкретные гены пчел, что дает представление о работе их генома и может привести к новым стратегиям селекции для создания более устойчивых колоний.