Forsker rapporterer nøglekomponenter i honningbiens antivirale forsvar

En honningbiforsker, der fik sin doktorgrad ved Montana State University i juli, fik publiceret sin afhandling i et videnskabeligt tidsskrift i samme måned.

Laura Brutscher, som fik sin doktorgrad i Institut for Mikrobiologi og Immunologi i MSU's College of Agriculture og College of Letters and Science, offentliggjorde sin undersøgelse af de mekanismer honningbier bruger til at bekæmpe vira i Videnskabelige rapporter .

"Dette projekt har krævet meget tålmodighed, tid og udholdenhed, så det er personligt bekræftende at vide, at mit arbejde er blevet accepteret af det videnskabelige samfund, " sagde Brutscher.

Brutscher var medforfatter til hendes papir, "Virus- og dsRNA-udløste transkriptionsresponser afslører nøglekomponenter i honningbiens antivirale forsvar, " med sin doktorgradsrådgiver Michelle Flenniken, adjunkt ved MSU's Institut for Plantevidenskab og Plantepatologi, og Katie Daughenbaugh, en forskningsmedarbejder i Flenniken-laboratoriet.

Papiret beskriver, hvordan Brutscher testede honningbier for at bestemme de gener, der er involveret i at forsvare honningbier mod vira.

I laboratoriet, Brutscher inficerede mere end 500 honningbier med en modelvirus for at bestemme, hvilke gener der aktiveres som reaktion på virusinfektion og for at undersøge dobbeltstrenget RNA's rolle i at stimulere honningbiernes antivirale forsvar. Dobbeltstrenget RNA, eller dsRNA, er et molekyle, som virus genererer under infektion.

Eksperimentet afslørede, at bier behandlet med dsRNA var bedre rustet til at bekæmpe virussen end dem, der ikke var, sagde Brutscher. Det indikerede også, at dsRNA antivirale responser hos honningbier omfatter både en respons, der er afhængig af den specifikke sekvens af dsRNA'et og en mere generel, ikke-sekvensspecifik respons.

"Vi forventede, at virussekvensspecifikt dsRNA ville reducere virusinfektion via en almindelig insektantiviral mekanisme kaldet RNA-interferens, " sagde Flenniken. "Desuden vi udvidede tidligere arbejde, der afslørede, at honningbiens antivirale forsvar også medieres af ikke-sekvensspecifikt dsRNA. Denne mere 'generelle' antivirale forsvarsmekanisme er mindre velkarakteriseret og meget interessant, da honningbier lever i kolonier, som omfatter over 40, 000 individer, der bor i umiddelbar nærhed - en ideel ramme for virusoverførsel."

Ved at bruge næste generations RNA-sekventering, Brutscher bestemte, hvilke gener der blev tændt under forskellige forhold. Hundredvis af gener blev aktiveret, men Brutscher fokuserede på rollen af ​​to gener, der kan være nøglen til honningbiers antivirale forsvar.

"Hvis disse gener viser sig at være vigtige for honningbier for at afværge alle vira, så kunne vi selektivt avle kolonier, der har større ekspression af disse gener, " sagde Flenniken.

Men meget mere forskning vil være påkrævet, før ekspressionen af ​​disse gener inkorporeres som et af mange kriterier, der er vigtige for selektive honningbiavlsprogrammer, for eksempel honningproduktion, mildhed og varroa-mide-resistens.

Brutscher, som voksede op på en mejerigård i Little Falls, Minnesota, var altid fascineret af de forvaltede honningbier og vilde bier, der bestøvede hendes families solsikkemarker. Efter at have modtaget en bachelorgrad i biologi i 2012 fra Concordia College i Moorhead, Minnesota, hun kom til MSU gennem dets Molecular BioSciences-program for at forfølge en doktorgrad i mikrobiologi og immunologi. Interesseret i vært-patogen interaktioner, Brutscher var fascineret af Flennikens forskning efter at have set hende holde et oplæg om det.

Brutscher kom til Flennikens laboratorium i 2013 og modtog samme år et Project Apis m.-Costco Fellowship, som gav hende $50, 000 årligt i tre år for at forske i honningbier og de patogener, der inficerer dem. Ud over at publicere sin forskning i Scientific Reports, Brutscher har også skrevet tre førsteforfatteranmeldelser og været medforfatter til tre artikler.

Flenniken, der er meddirektør for Pollinator Health Center på MSU, som blev etableret sidste år, nævnte forskere har bestemt, hvilke patogener, der mest korrelerer med dårligt kolonisundhed og kolonitab i særlige undersøgelser, men ingen har identificeret et bestemt patogen, der er ansvarlig for kolonidødsfald. Det er fordi der sandsynligvis er flere faktorer, der bidrager til problemet, inklusive patogener, eksponering for pesticider, og mangel på kvalitetsfoder og levesteder.

Hun nævner flere grunde til, at honningbiernes sundhed er vigtig.

Tab af bikolonier har været en stor bekymring i USA siden 2006 med tab på gennemsnitligt 33 procent årligt - næsten tre gange den tidligere historiske tabsrate. På andenpladsen nationalt i honningproduktion, Montana er omkring 150, 000 honningbikolonier gav 15 millioner pund honning til en værdi af mere end $31 millioner i 2013.

At undersøge faktorer, der påvirker honningbiernes sundhed, gælder også for menneskers og miljøets sundhed, sagde Flenniken. Bier bestøver mere end 180 landbrugsafgrøder, herunder nogle af vores sundeste fødekilder såsom frugt, nødder og grøntsager.

Hvad angår Brutscher, hun er beskeden i sit arbejde.

"Vores metoder til at injicere bier med virus er blevet brugt i mange andre organismer, " sagde hun. "Der er adskillige biforskere, der arbejder med alle mulige faktorer relateret til tab af kolonier ud over virusinfektioner - f.eks. eksponering for pesticider, dronning bi reproduktive sundhed, og ernæring – det er et mangefacetteret problem."

Ultimativt, Brutscher sagde, hun håber, at hendes opdagelser kan vise sig nyttige til fremtidige undersøgelser.

"Vi laver grundlæggende arbejde, der kan føre til mere anvendt forskning, der kan bruges i biavlspraksis, " sagde hun. "Vi håber, at vores arbejde i sidste ende vil bidrage til at reducere kolonitab."

Forsker i øjeblikket i Flennikens laboratorium, Brutscher begynder en postdoc-stilling i januar ved University of California Davis, hvor hun også vil forfølge honningbiforskning.