Dekonstruktion af superfooden, der bestemmer honningbiernes hierarki

Alle bilarver spiser royal gelé, når de er nye, men kun fremtidige dronninger fortsætter med at spise det. For at finde ud af hvorfor, forskere i Østrig ser nærmere på de molekylære ingredienser i den smarte billetpris.

Katharina Paschingers far, en konserveringskemiker i Wien, var en hengiven biavler. Paschinger husker med glæde, at han ville bringe royal gelé, en vigtig føde for bi-larver, som gave ved besøg hos sin mormor. "Han ville give det til min bedstemor og fortælle hende, at det var for langt liv og skønhed, " sagde Paschinger. "Og faktisk, hun levede til at være 98."

Royal gelé antages at have sundhedsmæssige fordele, selvom de medicinske beviser er sparsomme (og læger advarer om, at nogle mennesker har alvorlige allergiske reaktioner). En ting, som stoffet helt sikkert gør, er at fremme kasteudvikling hos honningbier, får genetisk identiske larver til at udvikle sig til meget forskellige voksne. Alle bi-larver spiser royal gelé udskilt af arbejderbier i de første par dage af livet, men de udvalgte til at være dronninger fortsætter med at spise det, indtil de forpupper sig og videre, hvorimod de, der bliver arbejdere, skifter til honning og pollen. Biologer mener, at molekylære signaler i kongelig gelé driver larvebier til at udvikle sig til dronninger, men detaljerne i den signalering – herunder hvilket molekyle der er vigtigst, og hvordan det genkendes – er endnu ikke klarlagt.

Spørgsmål i den retning bragte Katharina Paschinger, en kemiker, at gense royal gelé i år i forskning offentliggjort i tidsskriftet Molekylær og cellulær proteomik . Paschinger og kolleger i Iain Wilsons laboratorium ved University of Natural Resources and Life Sciences i Wien fokuserer på glykoproteiner, proteiner, som en kæde af sukkermolekyler er knyttet til. Disse sukkerkæder, kaldet glykaner, kan dramatisk påvirke proteiners bindings- og signaleringsaktiviteter.

Tidligere undersøgelser af royal geléglykoproteiner havde for det meste fundet klasser af glycaner kendt som oligomannosidiske og enkle hybrider. Da disse ikke indeholder særlige genkendelseselementer, de kunne ikke forklare den enestående effekt af kongelig gelé på larvernes skæbne. Men Paschinger, hendes kolleger og nogle andre forskere begyndte for nylig at finde mere komplekse glycanstrukturer i flere insektarter, såsom myg og møl. Deres data, Paschinger sagde, udfordrede "en virkelig langvarig tro på, at insekter kun syntetiserer oligomannosidiske glycaner. Du ser disse udsagn overalt. Det er et mareridt at læse sådanne forenklinger."

Diversiteten i andre insekters glykaner var en grund til at mistænke, at kongelige geléglykoproteiner også havde skjult dybde. Royal gelé, tilgængelig i løs vægt i helsekostbutikker, var en god kandidat til en kombineret glykomisk og glykoproteomisk analyse, sagde første forfatter Alba Hykollari. "Hvis du har en prøve, og du vil starte med glycomics, det første spørgsmål er, hvor meget du har, og hvor rent er det. Vi var ret heldige:Vi fik en masse royal gelé, og det var meget rent."

For at bestemme strukturen af ​​glykanerne i royal gelé, Hykollari brugte enzymer til at isolere glycanerne fra proteiner og tilføjede kemiske mærker. Hun adskilte de mærkede glykaner ved hjælp af væskekromatografi og analyserede dem ved hjælp af et massespektrometer, et instrument, der bryder molekyler i mindre stykker og adskiller dem efter størrelse og ladning.

Paschinger analyserede dataene for at drage konklusioner om glycanstrukturer. Først, hun sammenlignede fragmenteringsmønstre med precursormolekyler, drage konklusioner om glykanernes strukturer ud fra, hvordan de brød fra hinanden. Derefter, hun foreslog specifikke kemiske eller enzymatiske behandlinger for at teste disse hypoteser.

Fordi glycaner er modulære kæder, ligesom lego, afbrydelse af en enhed ad gangen kan give en god idé om, hvordan det hele hænger sammen. For eksempel, fosfoethanolamin, en underenhed holdet observerede i royal gelé, blokerer fordøjelsen af ​​nogle enzymer, men det kan fjernes ved hjælp af flussyre. Hvis glycanfragmenter af en bestemt masse dukkede op efter behandling med flussyre, det var en anelse om, at phosphoethanolamin var til stede.

"Jeg vil sige, at N-glykomet af royal gelé absolut var undervurderet, " sagde Hykollari. Af de omkring 100 glycanstrukturer, holdet definerede, mange var ikke blevet observeret før hos bier. Deres laboratoriums eksklusive fokus på glykanbiokemi og deres ekstremt følsomme massespektrometer hjalp forskerholdet med at bestemme identiteten af ​​knappe glykaner, sagde Hykollari. "Vi har arbejdet (på glycaner) i mange år, så jeg vil sige, at vores arbejdsgang er optimeret."

At kende disse strukturer kan hjælpe fremtidige forskere med at forstå aktiviteten af ​​glykosylerede proteiner i kongelig gelé - enten hvordan de betegner larvebier som fremtidige dronninger, eller hvordan de udløser allergiske alarmer i det menneskelige immunsystem. For eksempel, sagde Paschinger, en forsker kunne syntetisere en glycan fra kongelig gelé for at se, hvordan den interagerer med signalproteiner i larven. Deres egne planer fremadrettet er at tackle glykomet fra en anden art. "Vores drivkraft er at forstå glycoevolution, " sagde Paschinger. "Men meget ofte er vi også drevet af elementet af udfordring."

Forskerholdet dedikerede deres manuskript til Paschingers far, kemikeren-biavleren. "Jeg er sikker på, at han ville have været meget glad for at se noget videnskabeligt komme ud af hans biavlshobby, "sagde Paschinger.