Okénko do zahraničí: Upravené bakterie mohou zachránit včely

28. 08. 2021 Doc. Dr. Ing. Jaroslav Salava; Výzkumný ústav rostlinné výroby, v. v. i., Praha-Ruzyně Škůdci Zobrazeno 1547x

Vědci z University of Texas v Austinu oznámili, že vyvinuli geneticky upravené kmeny bakterie Snodgrassella alvi jako novou strategii na ochranu včel před nebezpečným jevem známým jako syndrom zhroucení včelstev (colony collapse disorder, CCD).

Stále větší počet včelstev v USA zaznamenává pokles počtu dospělých včel. Podle národního průzkumu včelaři minulou zimu ztratili téměř 40 % svých včelstev, což je nejvyšší údaj od doby, kdy průzkum před 13 lety začal.

Upravené bakterie žijí ve vnitřnostech včel, fungují jako biologické továrny a pumpují látky chránící včely před dvěma hlavními příčinami úhynu včelstev - roztočem kleštíkem včelím (Varroa destructor) a virem deformovaných křídel (Deformed wing virus, DWV). Roztoč kleštík a virus deformovaných křídel se často vyskytují společně. Jelikož se roztoči živí včelami, mohou šířit virus a zároveň oslabovat včely a zvyšovat jejich náchylnost k patogenům v životním prostředí.

Vědci se domnívají, že jejich metoda by se jednoho dne mohla rozšířit do zemědělské praxe, protože vytvořené bakterie se snadno pěstují, inokulace včel je přímá a je nepravděpodobné, že by se vytvořené bakterie rozšířily i mimo včely. Je to poprvé, co někdo zlepšil zdraví včel genetickým inženýrstvím jejich mikrobiomu. Při řešení zkonstruoval tým jeden kmen bakterií, aby cílil virus a druhý kmen na roztoče. Ve srovnání s kontrolními včelami byla u včel ošetřených kmenem bakterií cílených na virus o 36,5 % vyšší pravděpodobnost přežití do 10. dne. Na druhou stranu bylo u kleštíků krmených jiným souborem včel ošetřených kmeny bakterií zaměřenými na roztoče přibližně o 70 % větší pravděpodobnost úmrtí do 10 dnů než u roztočů krmených kontrolními včelami.

Podle Americké včelařské federace (American Beekeeping Federation) včely přispívají každoročně téměř 20 miliardami dolarů k hodnotě produkce plodin v USA a hrají velmi významnou roli v celosvětové produkci potravin. Bez včel by desítky plodin, od mandloní přes bobulové ovoce až po brokolici, buď vymizely, nebo přinesly podstatně méně potravin.

Stejně jako lidé mají včely ekosystém bakterií ve svých útrobách nazývaný mikrobiom, a také antivirový obranný mechanizmus zvaný RNA interference (RNAi), který pomáhá tělu bojovat proti určitým virům, nazývaným RNA viry. Když se RNA virus dostane do buňky, produkuje molekuly dvouvláknové RNA (dsRNA), které zdravá buňka detekuje, což vyvolává imunitní odpověď RNAi. Tyto molekuly obvykle organizmus zjistí, pouze když se replikuje RNA virus. Je to signál, že to může být problém, a měl by na něj zaútočit.

Aby podpořil užitečnou RNAi reakci na viry u včel a spustil smrtící reakci RNAi u roztočů, předložil tým v laboratorním prostředí modifikované bakterie stovkám včel. Postříkány vodným roztokem cukru obsahujícím bakterie se včely navzájem otřely a vstřebaly roztok. Tým zjistil, že naočkování mladých včelích dělnic vytvořenými bakteriemi vedlo k tomu, že imunitní systém včel byl připraven k ochraně proti viru deformovaných křídel a způsobilo to, že vlastní imunitní systém roztočů proti němu bojoval a nakonec roztoče usmrtil.

Zatímco pokusy probíhaly podle přísných protokolů zamezujících šíření biologických materiálů používaných v genetickém inženýrství, riziko úniků vytvořených bakterií do volné přírody a infikování jiného hmyzu, a tím udělení nějakých mimořádných schopností proti škůdcům a patogenům, je velmi nízké. Použité druhy bakterií jsou vysoce specializované na život ve včelím střevě, mimo ně nemohou dlouho přežít a chrání před virem, který napadá pouze včely. K určení účinnosti a bezpečnosti léčby v zemědělské praxi bude přesto zapotřebí další výzkum.

Další výhodou tohoto přístupu je, že jej vědci používají jako nástroj při studiu genetiky včel. Vytvořené bakterie mohou vypnout specifické včelí geny, což umožňuje nahlédnout do fungování včelího genomu a případně umožňuje nové šlechtitelské strategie k produkci odolnějších včelstev.

Kleštík včelí (Varroa destructor)

Včela napadená virem deformovaných křídel

Zdroj: Leonard et al. (2020): Engineered symbionts activate honey bee immunity and limit pathogens. Science, 367 (6477): 573-576. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aax9039