Jak zamezit přenosu nemocí mezi včelami: Důležitost prostorového a časového oddělení zdrojů

Včely, jako klíčoví opylovači, jsou neustále vystaveny riziku kontaktu s patogeny a chorobami, které mohou ohrozit nejen jejich zdraví, ale i efektivitu opylování. K tomu, aby se minimalizovalo riziko nákazy a přenosu nemocí mezi včelami, je nezbytné porozumět, jak různé chování včel a ekologické faktory ovlivňují tento proces. Oddělování zdrojů potravy prostorově nebo časově může hrát klíčovou roli v prevenci šíření patogenů, a to nejen mezi jednotlivými včelami, ale i mezi různými druhy, které sdílejí stejný prostředí.

Autogrooming, tedy samočištění včel, je specifickým způsobem, jak se včely nejen zbavují nečistot a pylu, ale také odstraní vnější parazity, jako jsou klíčivky. Tento proces je důležitý jak pro včely sociální, tak pro samotářské druhy, a pomáhá omezit šíření chorob, které by mohly zůstat na těle včely nebo na jejích pylových a nektarových sběračských strukturách. Nestingové chování také ovlivňuje přenos patogenů, protože sdílené hnízdiště včel může vést k vyšší míře kontaktu mezi jednotlivými jedinci, což může usnadnit šíření patogenů.

Hygienické chování, které se vyskytuje u sociálních včel, jako jsou včely medonosné a čmeláci, se projevuje nejen na úrovni jednotlivce, ale i na úrovni celého společenství. Včely jsou schopny detekovat infikované jedince, obětovat je, odstranit mrtvá těla nebo vyloučit parazitované dospělé jedince z hnízda. Tento proces oběti je považován za adaptaci, která snižuje riziko přenosu patogenů na ostatní členy kolonie. U některých druhů včel byly pozorovány také chování související s inspekcí a zapečetěním hnízdních buněk, pokud byly infikovány parazity nebo patogeny. Tyto včely se mohou rozhodnout "pohřbít" larev nebo vajíček, které vykazují známky kontaminace, čímž minimalizují šíření patogenů v koloniích.

Důležitým ekologickým faktorem, který ovlivňuje šíření patogenů mezi včelami, jsou také podmínky prostředí, jako jsou teplota, vlhkost a povětrnostní podmínky. Patogeny jsou citlivé na změny těchto faktorů, což ovlivňuje jejich schopnost přežít a přenášet se. Například spory mikrosporidií, jako je N. ceranae, mohou přežívat extrémní teploty až do 60 °C a odolávají vysychání, což jim umožňuje zůstat infekčními na pylu a jiných površích. Naopak spory N. apis ztrácejí svou infekčnost při vystavení UV záření nebo vyšším teplotám, což naznačuje, že vystavení slunečnímu záření může snižovat jejich přenositelnost.

Různé biotické a abiotické faktory také ovlivňují interakce mezi včelami a patogeny. Změny v chemii květů, které jsou ovlivněny například kvalitou půdy nebo přítomností mykorhizních hub, mohou změnit jak množství, tak složení nektaru a pylu, což může mít přímý vliv na šíření nemocí. Výskyt patogenů v populacích včel může být ovlivněn sezónními změnami a změnami klimatu, protože různé druhy včel jsou aktivní v různých obdobích a dostupnost květů se mění v závislosti na ročním období. Tím pádem mohou včely, které se líhnou v obdobích vysoké incidence nemocí, častěji přijít do kontaktu s patogeny, což může vést k vyšší míře přenosu.

Pohyb infikovaných včel mezi různými stanovišti, například při transportu včel pro opylování plodin, může být dalším důležitým faktorem pro šíření patogenů. Včely se mohou přenášet nejen přirozeným rozptylem, ale také lidskými aktivitami, což zvyšuje riziko přenosu nemocí mezi různými prostředími a druhy. Zajímavé je, že vysoká diverzita hostitelů ve společenství včel může ve skutečnosti snížit prevalenci nemocí díky efektu ředění, kdy větší rozmanitost druhů a interakcí mezi nimi vede k nižší koncentraci patogenů. Tento efekt může být umocněn zvýšenou hustotou květů, která ve některých případech rovněž vede k snížení přenosu.

Jak extrahovat DNA z včel: metody, amplifikace a analýza

Pufr, který se používá v této metodě, je vylepšená verze původního pufru, který vyvinuli Gilbert et al. (2007) pro brouky. Tento pufr obsahuje 5 mM CaCl2, 2% sodného dodecylsulfátu (SDS), 65 mM dithiothreitolu (DTT), 450 µg/ml proteinázy K, 150 mM Tris pufru při pH 8 a 100 mM NaCl. Tento postup je poměrně jednoduchý, avšak velmi účinný a šetrný. Celý proces zahrnuje několik kroků, počínaje odstraněním lokalizačních a identifikačních štítků z připnuté včely, následným použitím sterilního mikrobiologického tampónu namočeného do trávicího pufru, a konče inkubací vzorku při mírně zvýšené teplotě (56 °C). Po inkubaci je zajištěno zastavení procesu trávení pomocí 100% etanolu, což umožňuje minimalizovat jakékoliv škody na vzorcích.

Tato metoda je šetrná, protože nevyžaduje odstranění entomologické pinety, což je obvykle krok, který by mohl poškodit vzorek a tím ztížit následnou analýzu. Po extrakci DNA je možné použít různé standardní metody pro analýzu DNA, jako je fenol-chloroformový protokol, metoda Chelex nebo komerčně dostupné soupravy. Analýza kvality a integrity DNA je samozřejmým krokem pro ověření úspěšnosti extrakce. I když získané sekvence byly kratší než 500 bp, rozmanitost sekvencí byla dostatečná pro taxonomické určení po porovnání s online databázemi.

Nicméně, jak ukazuje výzkum Cilia et al. (2022), některé druhy včel, jako je Ceratina cucurbitina, neprodukovaly žádné DNA vzorky. To je pravděpodobně způsobeno malými rozměry a křehkostí tohoto druhu, kdy mikrobiologický tampón byl použity příliš jemně a nevedl k požadovanému výsledku. Tato skutečnost ukazuje na důležitost přizpůsobení metodiky pro každý konkrétní druh a potřebu dalšího výzkumu pro efektivní extrakci DNA z malých nebo méně chlupatých druhů včel.

Po amplifikaci následuje sekvenační analýza, která je klíčová pro identifikaci sekvencí zkoumaného vzorku. I když nové sekvenační technologie existují, Sangerovo sekvenování stále zůstává jedním z nejpoužívanějších a nejdostupnějších způsobů analýzy DNA. Tento proces je založen na opakování replikace DNA, při které vznikají různé kopie amplifikovaných fragmentů. Sekvence těchto fragmentů jsou následně porovnávány s databázemi, aby bylo možné provést taxonomickou identifikaci.

Při PCR amplifikaci je důležité správně zvolit koncentrace reagencií, cykly teploty a počet cyklů v termocykleru. Pokud dojde k problémům, jako jsou kontaminace nebo slabá amplifikace, je možné použít několik technik k nápravě, jako je zvýšení množství DNA, přidání albuminu, úprava teploty anelování nebo zvýšení počtu cyklů. Kvalitní amplifikát je následně ověřován pomocí elektroforézy, kde lze zjistit, zda byla amplifikace úspěšná, zda vzorek nebyl kontaminován a jak intenzivní je výsledný produkt.

Ačkoli standardní primery pro amplifikaci DNA mají svůj význam, je důležité si uvědomit, že v závislosti na druhu mohou být pro dosažení optimálních výsledků nezbytné specifické úpravy metodiky. Pro některé druhy, jako jsou včely rodu Andrena, je dokonce třeba navrhnout nové primery, které budou schopny efektivně amplifikovat potřebné fragmenty DNA. S rostoucí množství specifických primerů pro různé taxonomické skupiny se stává výběr správné sady primerů stále sofistikovanější, což umožňuje přesnější identifikaci včelích druhů na základě jejich genetické informace.

Jaké jsou možnosti detekce včel pomocí metabarcodingu a eDNA analýz v ekologických studiích?

V posledních letech se metody molekulárního monitorování přírody, jako je metabarcoding a analýza eDNA, staly silnými nástroji pro studium biodiverzity. V rámci těchto metod je možné detekovat genetické stopy organismů v prostředí, což umožňuje získat informace o přítomnosti druhů, které jsou jinak těžko detekovatelné tradičními metodami. V případě včel, a zejména včel opylovačů, se ukazuje, že tyto technologie mají velký potenciál, ale zároveň čelí několika technickým výzvám.

Jedním z nejzajímavějších přístupů je využití aerosolu k sběru vzorků eDNA, což je metoda, která zachycuje genetický materiál z mikroorganismů a organismů, které jsou v přímém kontaktu s ovzduším. Studie, které se zaměřily na tuto metodu, ukázaly, že s použitím markera COI (cytochrom c oxidázy I), který je běžně používaný v metabarcodingu, se podařilo detekovat DNA až 12 různých řádů hmyzu. Přestože byly nejběžnějšími skupinami Diptera, Lepidoptera, Coleoptera a Hymenoptera, eDNA nedokázala zachytit většinu druhů cílených opylovačů, jako jsou včely. Výsledky ukázaly, že metody eDNA jsou mnohem efektivnější pro detekci širších skupin bezobratlých než pro specifické druhy opylovačů. To naznačuje, že ačkoli tato metoda má velký potenciál, její optimalizace pro detekci konkrétních druhů je stále v plenkách.

Dalším slibným přístupem je odběr eDNA z květin, které byly opylovány hmyzem. V tomto případě se ukázalo, že použití mitochondriálních markerů 16S a COI dokáže odhalit DNA od více než 135 druhů arthropodů, včetně opylovačů, predátorů, parazitů a různých fytofágů. Například včela červenonohá (Bombus lapidarius) byla detekována v květech rodu Centaurea, což naznačuje, že květiny mohou sloužit jako cenný materiál pro detekci opylovačů v přírodních podmínkách. Tento přístup má výhodu v tom, že může zachytit nejen včely, ale i široké spektrum dalších druhů hmyzu, které se podílejí na opylování rostlin.

V nedávné studii s využitím mikrofluidní technologie, která umožňuje kombinovat různé markery v rámci jednoho eDNA metabarcodingu, se podařilo detekovat specifické druhy včel v květech, do nichž se opakovaně vracely během delších časových úseků. Tento přístup, ačkoli ještě vyžaduje optimalizaci, naznačuje, že eDNA v květinách může být citlivá na četnost návštěv opylovačů a tudíž na množství DNA, které se v květinách akumuluje. Díky tomu je možné detekovat druhy včel pouze po opakovaných návštěvách, což je zajímavé z hlediska sledování dlouhodobých změn v opylovacích sítích.

V současnosti není možné považovat metody DNA metabarcodingu za plně zralé, zejména pokud jde o detekci včelích druhů v přírodních podmínkách. Jedním z hlavních problémů je stále nedostatečná pokrytí referenčních databází pro určité regiony, například pro středomořskou faunu včel. Nicméně snahy o vytvoření robustních databází pokračují a jejich vývoj by měl brzy umožnit přesnější detekci a identifikaci druhů včel. Zároveň se ukazuje, že DNA techniky mají několik výhod oproti tradičním metodám, jako je standardizace, neinvazivnost, vysoká citlivost a nákladová efektivnost.

Pokud budou tyto metody dostatečně optimalizovány, mohou se stát klíčovým nástrojem pro monitoring biodiverzity a ochranu přírodních ekosystémů, přičemž přinesou nové možnosti pro efektivní sledování interakcí mezi rostlinami a jejich opylovači v reálném čase.