Британские и датские ученые разработали пищевую добавку, которая может полностью заменить пыльцу в рационе пчел. В процессе создания им удалось обучить дрожжи на выработку стеролов, являющихся важными компонентами питания этих насекомых.
Пчелы играют ключевую роль в опылении растений на нашей планете: без них многие виды не смогут размножаться, что может привести к разрушению экосистем. Пыльца является основным источником питания для пчел и содержит липиды, в частности стеролы (стерины), которые необходимы для нормального функционирования их организма.
Из-за дефицита естественной пыльцы пчеловодам приходится использовать искусственные заменители. Эти добавки изготавливаются из белковой муки, сахаров и масел, однако они не содержат стеринов, необходимых пчелам. Недостаток питательных веществ негативно влияет на здоровье отдельных особей и пчелиных семей.
Ученые смогли модифицировать гены дрожжей Yarrowia lipolytica так, чтобы они стали синтезировать нужную насекомым смесь из шести стеринов. Эти дрожжи включили в состав кормов для пчелиных семей, находившихся в закрытых теплицах.
Пчелы, получавшие новую подкормку, показали увеличение количества личинок, достигших стадии куколки, в 15 раз по сравнению с семьями, находившимися на контрольных диетах. При этом, эти семьи продолжали выращивать расплод до завершения эксперимента, в то время как пчелы, получавшие диету с недостатком стеринов, прекратили размножение через 90 дней. Результаты опубликованы в журнале Nature.
«Поскольку большинство пыльцевых стеринов, необходимых пчелам, не удается получить в промышленных масштабах, разработка эффективной замены пыльце ранее была невозможна», — заявила первый автор исследования профессор Джеральдин Райт ( Geraldine Wright) из Оксфордского университета (Великобритания).
Ранее не было установлено, какие конкретно стерины, содержащиеся в пыльце, играют ключевую роль в поддержании здоровья пчел. Биологи проанализировали состав тканей куколок и взрослых особей. Для этого им пришлось кропотливо вскрывать и отделять кишечник пчел-кормилиц. Они выявили шесть основных стеринов: 24-метиленхолестерол, кампестерол, изофукостерол, бета-ситостерол, холестерин и десмостерол.
Для изготовления указанных веществ ученые изменили геном дрожжей Yarrowia lipolytica с помощью технологии CRISPR-Cas9. Ученые остановили свой выбор на этих грибах, поскольку они отличаются высоким содержанием жиров, безопасны для употребления и пригодны для промышленного производства. Модифицированные дрожжи культивировались в биореакторах, после чего их высушили в порошок и предложили пчелам в качестве корма. Исследования по питанию продолжались в течение трех месяцев.
Анализ показал, что состав стеринов у личинок, получавших обогащенный корм, был идентичен составу стеринов у пчел, питающихся натуральной пыльцой. Это свидетельствует о том, что передается только наиболее значимые биологически соединения.
«Мы зависим от медоносных пчел для опыления примерно трети всей производимой на Земле пищи, однако они подвержены различным угрозам. Правильное питание укрепляет их здоровье, а более качественные заменители корма способны существенно улучшить их состояние. Разработанное нами решение обладает значительным потенциалом для повышения выживаемости пчелиных семей и, как следствие, устойчивости пчеловодства», — заявила Даниэль Дауни ( Danielle Downey), директор исследовательской некоммерческой организации Project Apis m.
Первоначальные результаты вселяют оптимизм, однако для оценки долгосрочного воздействия на здоровье пчел и эффективности опыления требуются обширные полевые исследования. Ожидается, что данная добавка станет доступна фермерам в течение двух лет. Кроме того, эту технологию можно будет применять при разработке диетических добавок для других опылителей или насекомых, что откроет новые возможности для устойчивого сельского хозяйства.