保护蜜蜂免受害虫和病原体侵害的细菌

2020-11-06 476细菌

来自德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家在《科学》杂志上报告说,他们已经开发出一种新的策略,即保护蜜蜂免受害虫和病原体侵害的细菌。

美国越来越多的蜜蜂蜂群出现了成蜂减少的现象。根据一项全国性的调查,去年冬天养蜂人的蜜蜂蜂群损失了近40%,这是自13年前开始调查以来报告的最高比率。

保护蜜蜂免受害虫和病原体侵害的细菌

工程化的细菌生活在蜜蜂的内脏中,就像生物工厂一样,抽出药物保护蜜蜂,防止蜂群崩溃的两个主要原因。Varroa螨虫和畸形翼病毒。研究人员认为,他们的方法有一天可以扩展到农业用途,因为工程细菌很容易生长,接种蜜蜂是直接的,工程细菌不太可能传播到蜜蜂之外。

"这对蜜蜂的健康有直接的影响,"综合生物学教授、该研究的主要研究者南希-莫兰说。

"这是第一次有人通过对蜜蜂的微生物组进行基因工程来改善蜜蜂的健康状况,"该研究的研究生和第一作者Sean Leonard补充道。

曲霉螨和畸形翼病毒经常一起出现;由于螨虫以蜜蜂为食,它们可以传播病毒,同时也削弱了蜜蜂的实力,使它们更容易受到环境中病原体的影响。

研究内容

保护蜜蜂免受害虫和病原体侵害的细菌,为了解决每个问题,该团队设计了一株细菌来针对病毒,另一株细菌则针对螨虫。与对照组蜜蜂相比,用针对病毒的菌株处理的蜜蜂,存活到第10天的可能性高出36.5%。同时,用针对螨虫的菌株处理过的另一组蜜蜂喂养的曲霉螨,到第10天死亡的可能性比喂养对照蜜蜂的螨虫高70%左右。

据美国养蜂联合会统计,蜜蜂每年为美国农作物生产价值贡献近200亿美元,在全球粮食生产中发挥着巨大作用。如果没有蜜蜂,从杏仁、浆果到西兰花等几十种农作物,要么消失,要么大大减少粮食产量。

和人类一样,蜜蜂的内脏中也有一个由细菌组成的生态系统,称为微生物组,同时还有一种名为RNA干扰(RNAi)的抗病毒防御机制,可以帮助人体对抗某些病毒,称为RNA病毒。当RNA病毒被引入时,它会产生一种被称为双链RNA的分子,健康的细胞可以检测到这种分子,从而引发RNAi免疫反应。

"你通常只有在RNA病毒复制时才会有这些分子的迹象,"莫兰说。"这是一个信号,表明这可能是一个邪恶的东西,你应该攻击它。"

为了在蜜蜂中促进对病毒的有益RNAi反应--并在螨虫中触发致命的RNAi反应--该团队在实验室环境中向数百只蜜蜂引入改性细菌。向蜜蜂喷洒含有细菌的糖水溶液,蜜蜂相互梳理并摄取溶液。研究小组发现,给年轻的工蜂接种工程菌,会使蜜蜂的免疫系统得到初步的保护,以抵御畸形翼病毒(这是一种RNA病毒),并使螨虫自身的免疫系统对抗并最终杀死它们。

进一步研究

虽然实验是在基因工程使用的严格的生物隔离协议下进行的,但Moran表示,即使没有这种协议,工程细菌逃到野外并感染其他昆虫--从而赋予某种抗虫或抗病原体的超能力--的风险也非常低。所使用的细菌类型是高度专业化的,可以生活在蜜蜂的肠道内,在肠道外不能长期生存,并且对一种只打击蜜蜂的病毒有保护作用。不过,还需要进一步的研究来确定这些处理方法在农业环境中的有效性和安全性。

这种方法的另一个好处是,研究人员可以将其作为研究蜜蜂遗传学的工具。工程菌可以敲除特定的蜜蜂基因,从而能够深入了解蜜蜂基因组的运作,并可能实现新的育种策略,以生产更强大的蜂群。

引用

University of Texas at Austin. "Bacteria engineered to protect bees from pests and pathogens." ScienceDaily. ScienceDaily, 30 January 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200130144335.htm.

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