By USTIN, Texas — Forskare från University of Texas i Austin rapporterar i tidskriften Science att de har utvecklat en ny strategi för att skydda honungsbin från en dödlig trend som kallas koloni kollaps: genetiskt modifierade stammar av bakterier.
Ett ökande antal honungsbikolonier i USA har sett minskat sina vuxna bin. Enligt en nationell undersökning förlorade biodlarna nästan 40% av sina honungsbikolonier förra vintern, vilket är den högsta andelen som rapporterats sedan undersökningen inleddes för 13 år sedan.
De konstruerade bakterierna lever i inälvorna av honungsbin och fungerar som biologiska fabriker och pumpar ut läkemedel som skyddar bina mot två huvudorsaker till kolonikollaps: Varroa kvalster och deformerade vingvirus. Forskarna tror att deras metod en dag kan skala upp för användning inom jordbruket eftersom de konstruerade bakterierna är lätta att odla, inokulera bina är enkelt och de konstruerade bakterierna är osannolikt att sprida sig bortom bin.
”Det har direkta konsekvenser för bihälsa”, säger Nancy Moran, professor i integrativ biologi och den primära prövaren på studien.
”Detta är första gången någon har förbättrat hälsan hos bin genom genteknik deras mikrobiom”, tillade Sean Leonard, en doktorand och förste författare till studien.
Varroakvalster och deformerade vingvirus samlas ofta; eftersom kvalsterna livnär sig på bin kan de sprida viruset, samtidigt som de försvagar bina och gör dem mer sårbara för patogener i miljön.
För att ta itu med varje problem skapade teamet en stam av bakterier för att rikta viruset och en annan för kvalsterna. Jämfört med kontrollbin var de bin som behandlades med bakteriestammen riktade mot viruset 36,5% större risk att överleva till dag 10. Under tiden var varroakvalster som livnär sig på en annan uppsättning bin som behandlades med den mite-riktade bakteriestammen ungefär 70% mer sannolikt att dö på dag 10 än kvalster som livnär sig på kontrollbin.
Bee överlevnad och kvalster dödlighet
Jämfört med kontrollbin var de bin som behandlades med bakteriestammen riktade mot det deformerade vingviruset 36,5% större risk att överleva till dag 10. Under tiden var varroakvalster som livnär sig på en annan uppsättning bin som behandlades med den mite-riktade bakteriestammen ungefär 70% mer sannolikt att dö på dag 10 än kvalster som livnär sig på kontrollbin. Kredit: University of Texas i Austin.
Enligt det amerikanska biodlingsförbundet bidrar honungsbin med nästan 20 miljarder dollar varje år till värdet av den amerikanska odlingsproduktionen, och de spelar en enorm roll i den globala livsmedelsproduktionen. Utan honungsbin skulle dussintals grödor, från mandlar till bär till broccoli, antingen försvinna eller producera betydligt mindre mat.
Liksom människor har honungsbin ett ekosystem av bakterier i sina tarmar som kallas ett mikrobiom och även en antiviral försvarsmekanism som kallas RNA-interferens (RNAi) som hjälper kroppen att bekämpa vissa virus, som kallas RNA-virus. När ett RNA-virus introduceras, producerar det molekyler som kallas dubbelsträngade RNA som en frisk cell upptäcker, vilket utlöser ett RNAI immunsvar.
”Du brukar bara få tecken på dessa molekyler när ett RNA-virus replikerar,” Moran sagt. ”Det är en signal om att detta kan vara en ond sak och du bör attackera den.”
För att främja ett användbart RNAI svar på virus i bin — och utlösa ett dödligt RNAI svar på kvalster — introducerade teamet modifierade bakterier till hundratals bin i en laboratoriemiljö. Sprayas med en sockervattenlösning innehållande bakterierna, bina preparerade varandra och intog lösningen. Teamet fann att inokulering av unga arbetare bin med de konstruerade bakterierna ledde till att binas immunsystem primas för att skydda dem mot deformerade vingar virus, som är ett RNA-virus, och orsakade kvalsternas eget immunsystem att kämpa mot och slutligen döda dem.
Medan experimenten inträffade under strikta bioinneslutning protokoll som används med genteknik, Moran sade, även frånvarande sådana protokoll, risken för att de konstruerade bakterierna flyr in i naturen och infektera andra insekter — och därmed ge vissa anti-pest eller anti-patogen superkrafter — är mycket låg. Den typ av bakterier som används är mycket specialiserade för att leva i bitarmen, kan inte överleva länge utanför den och är skyddande för ett virus som bara slår till bin. Fortfarande kommer ytterligare forskning att behövas för att fastställa effektiviteten och säkerheten hos behandlingarna i jordbruksmiljöer.
En annan fördel med tillvägagångssättet är att forskare använder det som ett verktyg för att studera bigenetik. Den konstrueradebakterier kan slå ner specifika bigener, möjliggöra insikter i hur bigenomet fungerar, och möjligen möjliggöra nya avelsstrategier för att producera mer robusta bikolonier.
Den andra överordnade författaren är docent Jeffrey Barrick. Andra medförfattare är professor Andy Ellington, docent Bryan Davies, forskarassistent Eli Powell, tidigare postdoktor Jiri Perutka, postdoktor Peng Geng, grundutbildningen Luke Heckmann och forskarassistent Richard D. Horak.
Moran, vars enastående karriär nyligen profilerades i Science magazine, har Warren J. och Viola Mae Raymer Chair. Finansiering för denna forskning tillhandahölls av National Institutes of Health och Defense Advanced Research Projects Agency.
