Včely medonosné (Apis mellifera) sú kľúčovými opeľovačmi v poľnohospodárstve, ktoré podporujú produkciu viac ako 70 % plodín.
Úvod
Včely medonosné (*Apis mellifera*) sú kľúčovými opeľovačmi v poľnohospodárstve, ktoré podporujú produkciu viac ako 70 % plodín. Ich populácie sú však čoraz viac ohrozené v dôsledku straty biotopov, klimatických zmien a intenzifikácie poľnohospodárskych praktík. Významným faktorom prispievajúcim k poklesu je nutričný stres, konkrétne nedostatok základných zložiek potravy potrebných pre rozvoj a udržanie včelstva.
Tradične včelári dopĺňali včelstvá umelými náhradami peľu, ktoré však neobsahujú mnohé živiny prítomné v prírodnom kvetovom peli – najmä niektoré steroly. Steroly sú tetracyklické triterpenoidy nevyhnutné pre rôzne bunkové funkcie, vrátane štruktúry membrán, biosyntézy hormónov a vývoja hmyzu. Na rozdiel od stavovcov hmyz tieto zlúčeniny nedokáže syntetizovať de novo, musí ich prijímať potravou. Včely medonosné navyše stratili schopnosť dealkylácie potravinových sterolov, preto je priamy príjem špecifických sterolov nevyhnutný pre zdravý vývoj plodu a vitalitu včelstva.
Obsah a zloženie sterolov v prírodnom peli sa však veľmi líši a často poskytuje len suboptimálne množstvá potrebných sterolov pre moderné včelárstvo či pre divoké populácie v prostredí s nedostatkom peľu.
Ciele
Hlavnými cieľmi tejto štúdie bolo:
* Kvantifikovať a charakterizovať zloženie sterolov v tkanivách včiel a v peli.
* Geneticky upraviť kvasinku schopnú produkovať spektrum sterolov potrebných pre včely.
* Zakomponovať tieto kvasinky do komplexnej včelej diéty a testovať ich účinnosť pri podpore zdravia kolónie a plodovania.
* Preskúmať potenciál tohto prístupu na zmiernenie výživových deficitov počas obdobia nedostatku kvetov a zníženie závislosti od prírodného peľu.
Metodika
Profilovanie sterolov vo včelách a peli.
Vedci najskôr kvantifikovali steroly v peli, robotniciach a kuklách pomocou hmotnostnej spektrometrie. Zistili, že kuklové tkanivá (najmä u robotníc a matiek) akumulovali konkrétne steroly: 24-metylén-cholesterol (24-MC), sitosterol (SITO), kampesterol (CAMP) a cholesterol (CHOL). Steroly 24-MC a CHOL tvorili väčšinu profilu, zásadnú pre vývoj plodu.
Genetické inžinierstvo kvasiniek
Tím geneticky upravil kvasinku *Yarrowia lipolytica* na produkciu sterolov relevantných pre včely. Zo základného kmeňa produkujúceho 24-MC pridali ďalšie gény:
* gén Δ24(28)-sterol reduktázy (SSR1) zo zemiaka pre produkciu kampesterolu,
* gén C-28 sterol metyltransferázy (SMT) z *Chenopodium quinoa* pre produkciu etyl-sterolov.
Tak vznikol „štvor-sterolový“ kmeň kvasinky produkujúci malé, no významné množstvá všetkých kľúčových sterolov prítomných vo včelích tkanivách.
Formulácia diéty a pokusy
Biomasa kvasiniek bola vysušená a zakomponovaná do umelých včelích diét (20 % hmotnostne) s pridaním bielkovín, tukov, vitamínov a minerálov. Testovali sa štyri diéty:
1. zmiešaný sterolový kmeň (MxSt),
2. kmeň TET (Tet) – produkujúci prevažne sitosterol,
3. kmeň W29 (WT),
4. kontrolná diéta bez kvasiniek.
Všetky diéty boli doplnené o fytosteroly na vyrovnanie obsahu sterolov prírodného peľu. Polopolné pokusy trvali tri mesiace a sledovali plodovanie, veľkosť včelstiev a spotrebu potravy, vrátane obdobia horúčav, keď počet včiel dočasne klesol.
Výsledky
Obsah sterolov vo včelích tkanivách
Analýza potvrdila prítomnosť kľúčových sterolov (24-MC, sitosterol, kampesterol, cholesterol) – najviac v kuklách, ktoré akumulovali niekoľkonásobne viac než dospelé včely.
Produkcia sterolov kvasinkami
Upravené kvasinky úspešne produkovali požadované steroly:
* „dvoj-sterolový“ kmeň – prevažne 24-MC a CAMP,
* „štvor-sterolový“ kmeň – aj sitosterol a etyl-steroly.
Vplyv diét na plodovanie
Včelstvá kŕmené MxSt diétou vykazovali významne vyššie plodovanie oproti kontrolám, a to aj počas horúčav. Po doplnení dojčiacich včiel pokračovali v plodovaní dlhšie než ostatné skupiny.
Naopak, kontrolné včelstvá alebo včelstvá na diétach bez týchto sterolov mali výrazne obmedzené plodovanie.
Selektívne obohacovanie sterolov
Larvy a plod selektívne prenášali 24-MC a cholesterol z potravy do tkanív, čo ukázalo, že včely majú mechanizmy na obohacovanie larválneho mliečka o esenciálne steroly.
Diskusia
Štúdia prináša dôkazy, že steroly v potrave sú kľúčové pre plodovanie a zdravie včelstva. Prirodzená variabilita peľu vedie k výživovým medzerám, ktoré môžu brzdiť rozvoj kolónie.
Geneticky upravené kvasinky, produkčné na spektrum sterolov, poskytujú plnohodnotný doplnok potravy. Takto vytvorené diéty podporovali plodovanie na úrovni porovnateľnej s prírodnými podmienkami – dokonca aj počas nedostatku kvetov.
Výhody prístupu:
* znižuje závislosť od prírodného peľu,
* prináša škálovateľný a konzistentný zdroj kľúčových živín,
* podporuje zdravie kolónií počas stresových období, čím môže znížiť straty.
Záver a dôsledky
Výskum dokazuje, že geneticky upravené kvasinky môžu vyriešiť zásadné nutričné nedostatky včiel. Tento prístup môže zásadne zmeniť manažment včelej výživy, posilniť odolnosť opeľovačov a prispieť k potravinovej bezpečnosti.
Metodika zároveň ukazuje potenciál biotechnologických riešení aj pre iné populácie hmyzu a ako nástroj na zmiernenie poklesu opeľovačov.