Včely a ich črevná mikroflóra

0
58
vcelia mikroflora
vcelia mikroflora

2937 km, tridsať hodín jazdy a tri noci v moteli. To je cesta z New Havenu v Connecticute do Austinu v Texase. No pre výskumníkov z Yealeovej Univerzity, ktorí cestovali v pojazdnom laboratóriu, to bolo obzvlášť náročné. Šli totiž minivanom, s mačkou a 100.000 včelami.

Myslím, že to bol pravdepodobne najhrdinskejší počin v celej včelárskej histórií,“ hovorí evolučná biologička Nancy Moranová, ktorá je zároveň aj profesorkou na Texaskej univerzite v Austine. Tam študuje symbiózu mnohobunkových hostiteľov a mikróbov. „Nechceli sme byť v Texase skôr ako včely a tiež nebolo dobré obdobie na to, aby sme vytvorili novú kolóniu.

Včely cestovali v zatvorených, pribitých a prelepených škatuliach tak, aby ani jedna nemohla uniknúť von. Samozrejme, do škatúľ boli vyryté dierky, no vedci ich zakryli úzkym pletivom, aby im včely nelietali po minivane. Na hydratáciu včiel použili mokré hubky, ktoré menili v pravidelných intervaloch.

Proste zapli klimatizáciu na maximum a počas celej cesty mali oblečené svetre len preto, aby mali včely vhodné podmienky. Pretože, ak im je príliš teplo, sú viac agresívne. V noci museli počkať, kým sa zotmie a potom otvoriť okná, aby sa k včelám dostalo dosť vzduchu a nočného chladu. Zabránili tiež tomu, aby sa prehrievali v uzavretom priestore. Okná mohli nechať pokojne otvorené celú noc a ísť spať. Bolo totiž viac ako nepravdepodobné, že niekto ukradne auto plné včiel. Do Austinu sa dostali bez problémov a včely teraz žijú pokojným životom na streche univerzitnej budovy. „Potravou im môže byť vegetácia v okolí, alebo sladké kvapky nápojov na odhodených plechovkách vnútri areálu,“ hovorí Moranová, ktorá mnoho rokov študovala symbiózu medzi včelami, voškami a inými parazitmi. Tvory v takomto symbióznom vzťahu nazýva symbionty. Existujú teda vo vzájomnej harmónií a sú jeden na druhom závislé. Keby sa oddelili, tak neprežijú.

Štúdium včelích črevných mikróbov

V dnešnej dobe majú výskumy včiel veľmi široké zameranie a jedným z nich je snaha pochopiť ich črevnú mikroflóru a fungovanie tráviaceho systému. Tento výskum prebieha nezávisle na výskumoch tráviaceho traktu ostatných živočíchov, no prináša veľmi podobné výsledky. „Tráviaci trakt u včiel má vplyv na ich celkové zdravie podobne, ako u ľudí či ostatných cicavcov,“ hovoria vedci.

Črevná mikroflóra je iným rozmerom živočíšnej biodiverzity, najmä, ak majú zvieratá výrazné znaky bakteriálnych prvkov, ktoré sa vyvíjajú zároveň s daným živočíšnym druhom. „Tieto bakteriálne prvky žijú v ich črevách,“ zdôrazňuje Moranová „Pri hmyze a iných drobných tvoroch to znie neuveriteľne, no oni sú vážne tam. Pri črevnej mikroflóre včiel a čmeliakov žijúcich v spoločenstvách dominuje väčšinou len jeden druh črevnej baktérie. Dôvodom je zrejme pevné puto medzi členmi jedného spoločenstva. Môžeme tu dokonca hovoriť o sociálnej interakcií, pretože len tá dáva možnosti k tomu, aby sa rovnaké baktérie rozšírili medzi všetkými včelami či čmeliakmi v jednom úli.

Mikrobiálne črevné symbionty sú pre život väčšiny živočíšnych druhov nevyhnutné, no ich druhové rozmanitosti a funkcie v tele hostiteľa sú preskúmané len povrchne. Napríklad pri druhu Apis Melifera (Včela medonosná) figuruje sada ôsmich hlavných druhov črevných baktérií. Z týchto baktérií sa mnohé vyskytujú aj pri iných druhoch Apis, napríklad pri rode Bombus, čiže čmeliakoch.

Včely sú veľmi dôležitým živočíšnym druhom pre poľnohospodárstvo. Pracovníci poľnohospodárskeho priemyslu ich chovajú na účely opeľovania pestovaných rastlín, pretože v uplynulých rokoch začali vo veľkom vymierať, alebo sa zhoršil ich zdravotný stav. Neopeľovali rastliny a ich rast sa rapídne spomalil, alebo celkom uhynuli. 

Tím doktorky Moranovej sa snaží získať aspoň základné poznatky o biodiverzite a symbióznom fungovaní živočíšnych druhov a baktérií vo včeľom tráviacom trakte, no stále sú tu včelie druhy, ktoré sa blížia  k záhube. Doktorka si myslí, že je to spôsobné aj tým, že črevná mikroflóra v ich organizmoch je narušená a to spôsobuje ich postupné vymieranie. Snaží sa preto nájsť spôsob, ako ich črevnú mikroflóru zachovať takým spôsobom, aby to zastavilo vymieranie včiel a čmeliakov.

Veľká časť problému plynie z toho, že včely strácajú svoje prirodzené pôsobiská v podobe lúk. Stráca sa zeleň, hynú kvety či stromy. To spôsobuje, že včely nie sú celkom zdravé. Ďalším faktorom je aj to, že strácajú kontakt s čmeliakmi. Tým, že nemajú prístup k svojej prirodzenej potrave v podobe nektáru z kvetov, stráca sa aj ich prirodzená črevná mikroflóra a znižuje sa ich imunita. Snažíme sa nájsť spôsob, ako ju obnoviť a zlepšiť ich výživu. Dúfame, že objavíme niečo, čo bude užitočné hlavne pre včely!“ hovorí doktorka Moranová

Grantová agentúra National Science Foundation financuje ich projekt už päť rokov a vynaložila na to 2.006.416 dolárov.

Imúnne voči antibiotikám

Výskum doktorky Moranovej ukázal, že včely sú vysoko odolné voči antibiotikám. Včelári ich totiž už desiatky rokov používajú v snahe zabrániť bakteriálnym ochoreniam. Včely si tak na antibiotiká vybudovali účinný obranný systém. Tím doktorky Moranovej vo včeľom organizme identifikoval osem rôznych génov, ktoré sú voči antibiotickej liečbe imúnne, no zistili tiež, že včely, ktoré neboli vystavené antibiotikám, tieto gény nemajú.

Vo včeľom systéme sa informácie prenášajú väčšinou len v danej kolónií. Je teda oveľa väčšia pravdepodobnosť, že symbionty sa tiež prenášajú len horizontálne, teda medzi príslušníkmi rovnakého druhu, ktorí nie sú rodičmi, ale ani deťmi.  Toto zistenie bolo obrovským krokom vo výskume prenosu a evolúcie génu symbiontov. Vzhľadom k tomu, že pri prenose prechádzajú rekombináciou, majú oveľa väčšiu veľkosť genetickej populácie a oveľa viac dynamických genómov.

Výskum odolnosti na antibiotiká odhaľuje dynamickosť týchto genómov. Ukázalo sa, že v Spojených štátoch sa antibiotiká vo včelárstve hojne využívajú už od roku 1950. Americké včely sú teda pokladnicou genómov odolných voči antibiotikám, ktoré boli prenesené horizontálne. Nedávno sme tiež zistili, že baktérie v črevnej mikroflóre včiel majú obrovské množstvo funkcií a iných génov,“ dodáva doktorka Moranová.

Až do nedávna nebol ani jeden s týchto bakteriálnych druhov kultivovaný v laboratóriu a teraz môžu byť všetky. To je úžasný pokrok. „V skutočnosti sme trom hlavným bakteriálnym druhom dali mená. Pomenovali sme ich podľa troch vedcov, ktorí sa najviac pričinili o ich objavenie. Volajú sa Snodgrassella alvi, Gilliamella apical a Frischella perrara. Sú pomenované podľa Roberta Snodgrassa, Marthy Gilliamovej a Karla Von Frischa. Tieto tri genómy žijú iba v jednej časti včiel – v ilei – časti zažívacieho traktu. Ale my sme zistili, že sa líšia od kolónie ku kolónií, kde existuje veľké množstvo druhov a ďalších poddruhov,“ objasňuje Moranová.

Ďalší z postdoktorantov, ktorý sa tiež zúčastňuje vedeckého výskumu, Hauke Koch, bol prvý, kto objavil, že čmeliaky si vytvorili genómovú ochranu proti parazitickým prvokom. Vedci teraz skúmajú, či to dokážu aj včely, a ako čmeliaky ďalej rozširujú svoje poznatky.

Doktorka Moranová a jej spolupracovníci tiež pracujú na výskume toho, či environmentálne faktory ovplyvňujú genómy včiel a čmeliakov. Zamerali sa najmä na poľnohospodársku správu, geografické umiestnenie a vplyv symbiontov komunity na jednotlivca. Ukázalo sa, že niektoré druhy čmeliakov majú rovnaké skupiny symbiontov, najmä Snodgrassella a Gilliamella. No zdá sa, že jeden druh čmeliakov nemá ani jeden z nich. V tomto bode sa čmeliaky veľmi líšia od včiel. Tie majú totiž jeden hlavný symbiont, ktorý sa líši od toho, aký má spoločenstvo včiel životný cyklus a spoločenský život.

Tento výskum poskytuje podrobné poznatky o tom, ako sa črevná mikroflóra líši medzi včelami a čmeliakmi, ale tiež medzi rôznymi druhmi včiel a čmeliakov. A nielen medzi druhmi, ale aj medzi jednotlivými kolóniami. Tým, že vedci stanovia postup pre kultiváciu baktérií črevnej mikroflóry, ktoré môžu byť študované v rôznych laboratóriách, otvoria cestu pre kolonizáciu hostiteľov včiel a čmeliakov. Vedci teda môžu pochopiť to, akým spôsobom funguje normálna črevná mikroflóra, ktorá reaguje s ostatnými činiteľmi, ktoré infikujú včely.

Včelí temperament

V čase zakladania nových kolónií oslovuje tím doktorky Moranovej chovateľov po celých Spojených štátov, no ako sama doktorka hovorí, najviac obľubujú včely zo severnej Kalifornie. Je to preto, že sú miernej povahy a pri otvorení úľa zostávajú pokojné namiesto toho, aby sa agresívne vyrojili a chránili domovský úľ svojimi životmi. Ich mierna povaha tiež umožňuje vedcom ľubovoľne prenášať včely aj s ich úľmi bez toho, aby sa včely akokoľvek bránili. Niektoré včely sú agresívne už vtedy, keď sa niekto priblíži k ich úlu. Vedci tiež skúšali pracovať s texaskými včelami, no tie boli príliš agresívne a útočné. Možno sa im nepáčilo, že pre prevoze sa ich úľ prevrátil.

Laboratórny technik Kim Hammond, ktorý v laboratóriu plní funkciu hlavného včelára, hovorí, že aj keď majú vzorky včiel, ktoré poskytujú včelárom, aby ich zaradili do svojich spoločenstiev a laboratórne včely tak majú možnosť získať iných symbiontov, problémom je to, že včely z laboratória sú príliš zdravé, a tak vedci nemajú možnosť rozpoznať patogény, ktoré sa bežne vyskytujú od tých, ktoré sú raritou.

Najdôležitejšie sú včely druhu Nosema, ktoré majú patogény spojené s plesňou a RNA vírusy, ako je napríklad vírus, ktorý deformuje krídla. Vedci chcú zájsť ešte ďalej a infikovať včely rôznymi patogénmi, aby zistili, či si črevná mikroflóra dokáže vytvoriť obranu proti vírusom. Na to ale potrebujú osloviť včelárov, aby s nimi spolupracovali a hľadali stále nové a nové choroby v organizmoch včiel.

Musím sa priznať, že vždy, keď som prišla do kontaktu s mojimi včelami na záhrade, mala som hrozný strach, že ma bodnú. Keď pracujete priamo s kolóniami, tak sa to občas stáva a samozrejme všetci nosíme včelárske obleky, no stále sa máte čoho obávať. V laboratóriu väčšinou pracujeme s mladými robotnicami, ktoré moc nepichajú, no ak sa nejaký študent obáva bodnutia, musíme mu poskytnúť patričný pocit bezpečia. Na pracovisku máme tiež neustále dostupný adrenalín, v prípade alergickej reakcie, no zatiaľ sme nemuseli riešiť žiadny vážny prípad. A tiež existujú aj príjemné aspekty našej práce. Od včiel, ktoré chováme na výskum, získavame med. Myslím, že to je oveľa sladší dar ako žihadlo,“ hovorí doktorka.

Zdroj: livescience.com

Foto: salon.com, gardenofeaden.blogspot.de, gardenofeaden.blogspot.de