Чрез генетично модифициране на мая за производството на шест основни стерола, съдържащи се в цветния прашец, изследователи са осигурили на пчелите пълноценна диета, която е увеличила репродукцията им до 15 пъти

Ново проучване, проведено от Оксфордския университет в сътрудничество с Кралските ботанически градини Кю, Университета в Гринуич и Техническия университет на Дания, може да предостави икономично и устойчиво решение за справяне с опустошителния спад в популацията на пчелите. Установено е, че специално разработена хранителна добавка, съдържаща основни съставки, които се намират в растителния прашец, значително подобрява възпроизводството на пчелните колонии. Резултатите бяха публикувани на 20 август т.г. в списанието Nature.

Предизвикателството: справяне с критичен

недостиг на хранителни вещества

Климатичните промени и интензификацията на селското стопанство все повече лишават пчелите от флоралната разнообразност, от която се нуждаят, за да процъфтяват. Цветният прашец, основният компонент на храната им, съдържа специфични липиди, наречени стероли, които са необходими за тяхното развитие. Все по-често пчеларите хранят пчелите си с изкуствени заместители на цветния прашец поради недостатъчното количество естествен. Тези търговски добавки, произведени от протеиново брашно, захари и масла, обаче не съдържат необходимите стеролни съединения, което ги прави непълноценни от хранителна гледна точка.

В новото проучване изследователският екип е успял да модифицира дрождите Yarrowia lipolytica, за да произвеждат точна смес от шест ключови стерола, от които пчелите се нуждаят. След това тя е била включена в храната, с която се хранели пчелните колонии по време на тримесечни опити. Те са били проведени в затворени оранжерии, за да се гарантира, че пчелите се хранят само с лечебната храна.

Основни заключения:

Към края на периода на проучването колониите, хранени с обогатена със стероли храна, са отгледали до 15 пъти повече ларви до жизнеспособен стадий на какавида, в сравнение с колониите, хранени с контролирана храна.
Колониите, хранени с обогатена храна, са били по-склонни да продължат отглеждането на пилото до края на тримесечния период, докато колониите, хранени с храна с дефицит на стероли, са спрели производството на пило след 90 дни.
Забележително е, че стероловият профил на ларвите в колониите, хранени с модифицирани дрожди, съответства на този, открит в колониите, хранени с естествена храна, което предполага, че пчелите прехвърлят селективно само най-важните от биологична гледна точка стероли на своите малки.

Ръководещият проучването автор, проф. Джералдин Райт (Катедра по биология, Оксфордски университет), казва: „Нашето проучване показва как можем да използваме синтетичната биология за решаване на реални екологични предизвикателства. Повечето от стеролите в прашеца, използвани от пчелите, не се срещат в природата в количества, които могат да бъдат събрани в търговски мащаб, което прави невъзможно създаването на пълноценна храна, която да замести прашеца."

Водещият автор д-р Елинор Мур (Катедра по биология, Оксфордски университет по време на проучването, сега Делфтски технологичен университет) добави: „За пчелите разликата между обогатената със стероли диета и конвенционалната храна за пчели би била сравнима с разликата за хората между храненето с балансирани, пълноценни от хранителна гледна точка ястия и храненето с ястия, в които липсват основни хранителни вещества като незаменими мастни киселини. Чрез прецизна ферментация сега можем да предоставим на пчелите специално пригодена храна, която е пълноценна от хранителна гледна точка на молекулярно ниво."

От цветен прашец до прецизно хранене: идентифициране

и производство на ключови стероли за пчелите

Преди тази разработка не е било ясно кои от разнообразните стероли в цветния прашец са от решаващо значение за здравето на пчелите. За да отговорят на този въпрос, изследователите химически оценили стеролния състав на тъканни проби, взети от какавиди и възрастни пчели. Това изисквало изключително деликатна работа, например дисекция на отделни пчели-кърмачки, за да се отделят вътрешностите им. Анализът идентифицирал шест стеролови съединения, които постоянно съставляват по-голямата част от пчелните тъкани: 24-метиленхолестерол, кампестерол, изофукостерол, β-ситостерол, холестерол и десмостерол.
Използвайки CRISPR-Cas9 генна редакция, изследователите след това модифицирали дрождите Yarrowia lipolytica, за да произвеждат тези стероли по устойчив и достъпен начин. Y. lipolytica е била избрана, тъй като тази мая има високо съдържание на липиди и е доказано, че е безопасна за храна, и вече се използва като добавка към фуражи за аквакултури. За да се произведе обогатената със стероли добавка, модифицираната дрождова биомаса е била култивирана в биореактори, събрана и след това изсушена на прах.

Съавторът проф. Ирина Бородина (Център за биоустойчивост NNF, Технически университет на Дания) обяснява: „Избрахме маслодайната мая Yarrowia lipolytica като клетъчна фабрика, защото тя е отлична в производството на съединения, производни на ацетил-CoA, като липиди и стероли, и защото тази мая е безопасна и лесна за мащабиране. Тя се използва в промишлеността за производство на ензими, омега-3 мастни киселини, стевиол гликозиди като подсладители без калории, феромони за борба с вредителите и други продукти."

Ползи за земеделието и биоразнообразието

Опрашителите като пчелите допринасят за производството на над 70% от водещите световни култури. Сериозният им спад, причинен от комбинация от недостиг на хранителни вещества, климатични промени, нашествия от акари, вирусни заболявания и излагане на пестициди, представлява значителна заплаха за продоволствената сигурност и биоразнообразието. Например, през последното десетилетие годишните загуби на търговски пчелни колонии в САЩ обикновено варират между 40 и 50% и могат да достигнат 60 до 70% през 2025 г. Тази нова генетично модифицирана добавка предлага практичен начин за повишаване на устойчивостта на колониите, без да се изчерпват допълнително естествените флорални ресурси. Тъй като биомасата от мая съдържа и полезни протеини и липиди, тя би могла да се превърне в пълноценна храна за пчелите.
Съавторът проф. Фил Стивънсън (RBG Kew и Институт за природни ресурси, Университет на Гринуич) добавя: „Медоносните пчели са изключително важни опрашители за производството на култури като бадеми, ябълки и череши и затова са налични в някои места за отглеждане на култури в много големи количества, което може да окаже натиск върху ограничените диви цветя. Нашата модифицирана добавка би могла да бъде от полза за дивите видове пчели, като намали конкуренцията за ограничените запаси от прашец."

Даниел Дауни (изпълнителен директор на нестопанската организация за изследване на пчелите Project Apis m., която не е свързана с проучването) казва: „Ние разчитаме на пчелите да опрашват една трета от храната ни, но пчелите са изложени на много стресови фактори. Доброто хранене е един от начините да се подобри тяхната устойчивост към тези заплахи, а в райони с намаляваща естествена паша за пчелите, по-пълноценна хранителна добавка може да промени ситуацията. Това революционно откритие на ключови фитонутриенти, които, когато се включат в хранителните добавки, позволяват устойчиво отглеждане на пчелно пило, има огромен потенциал да подобри резултатите за оцеляването на колониите и от своя страна пчеларските предприятия, на които разчитаме за производството на храна."

Следващи стъпки и бъдещи приложения

Въпреки че тези първоначални резултати са обещаващи, са необходими допълнителни широкомащабни полеви изпитвания, за да се оцени дългосрочното въздействие върху здравето на колониите и ефективността на опрашването. Потенциално добавката може да бъде на разположение на земеделските производители в рамките на две години.
Тази нова технология може да се използва и за разработване на хранителни добавки за други опрашители или за насекоми, отглеждани във ферми, което отваря нови възможности за устойчиво земеделие.

Източник: Оксфордски университет/sciencedaily.com