Пчелиные вакцины

Какие болезни лечат пчелиные ветеринары?

Заболевания пчёл разделяют на незаразные и заразные. Незаразные болезни обычно возникают по вине пчеловода. Например, падевый токсикоз развивается, когда пчёлы вместо цветочного нектара собрали падь (сладкие выделения насекомых) или медвяную росу (сладкая жидкость на листьях растений). Пчелиный организм не справляется с такой пищей, начинается несварение, и пчёлы гибнут. Задача пчеловода — проверять соты после жарких и засушливых периодов, когда выделяются падь и медвяная роса. При появлении в улье падевого мёда нужно тут же его откачать и заменить на качественный мёд или сироп.

Пчела, замёрзшая зимой. © chacallot (CC BY-SA 3.0)

Заразные болезни пчёл всегда имеют возбудителя. Инфекционные формы развиваются из-за бактерий (бактериозы), вирусов (вирозы) или грибов (микозы). Инвазионные — следствие заражения простейшими (одноклеточными организмами), клещами или гельминтами.

Вот с чем приходится бороться пчёлам, пчеловодам и учёным:

• Варроатоз, клещ варроа (Varroa destructor). Клещи питаются жировым телом пчелы, забирая питательные вещества и тем самым ослабляя пчёл. 

• Нозематоз, микроспоридия рода нозема (Nosema). Поражает кишечник, из-за чего пчёлы слабеют и теряют работоспособность. К весне зараженные пчёлы погибают.

• Болезнь деформации крыла, РНК-вирус. Вызывает деформацию крыльев, вздутие живота, паралич и быструю смерть. Вирус приводит к тяжёлым последствиям, лишь когда поражает куколки пчёл через клещей варроа. Если вирус попадает во взрослую пчелу, он обычно не мешает её жизнедеятельности.

• Гнилец, бактерии разных родов и видов. Приводит к гниению расплода, то есть промежуточных стадий развития пчелы от яйца до взрослого насекомого.

Болезни пчёл и их возбудителей изучают ветеринары, которые называются апипатологами. Апипатологи придумывают методы профилактики и лечения пчелиных семей.

Самка (слева) и самец дикой одиночной пчелы в лаборатории. © Fred Miller/UA System Division of Agriculture (CC BY 2.0) 

Клещ варроа, главный суперзлодей

Этот клещ наносит вред пчелиным семьям сильнее, чем все остальные болезни.

В природе варроа живёт на полудикой аборигенной китайской восковой пчеле (Apis cerana), обитающей в Восточной Азии, в том числе в российском Приморье. Эти пчёлы приспособились вычищать вредителя из сот и друг с друга, поэтому он не наносит большого вреда их семействам. К сожалению, в 1950-х годах клещ «перепрыгнул» на обычных домашних медоносных пчёл (Apis mellifera), которые не умеют от него защищаться.

Клеща приходится травить химией. Без регулярной обработки от варроа большинство пчелиных семейств в умеренном климате погибает через два-три года, потому что неизбежно заражается паразитом.

Слабости химии

Пчеловоды борются с клещом варроа химическими средствами-акарицидами (от лат. acari, «клещи», и -cida, «убийца»). Эти вещества влияют на нервную систему клещей, вызывая паралич и смерть.

Акарициды быстро дают эффект, но со временем накапливаются в воске, а оттуда попадают и в мёд. При высокой концентрации они начинают наносить вред расплоду и ослаблять иммунную систему взрослых особей. Что ещё хуже, варроа начали вырабатывать устойчивость к некоторым акарицидам.

С клещом борются и иначе, например удаляют заражённые соты вручную. Или пытаются заселить ульи хищниками, которые убивали бы клещей. Но хищники иногда атакуют и пчёл. Эффективность метода изучена недостаточно.

Пчеловод манипулирует дном улья. © Skandar Zarrad (CC BY-SA 4.0) 

Нужен новый подход к борьбе с клещами, точный, экологичный и безопасный для пчёл. Так родилась идея атаковать варроа на генетическом уровне.

Молекулярные технологии

У клещей варроа, как и у всех клеточных организмов, есть ДНК, молекула — носитель генетической информации. Информация с ДНК копируется на молекулы другой, похожей молекулы — матричной РНК (мРНК). Уже по мРНК синтезируются белки, из которых строится весь организм. Чтобы погубить клеща варроа, можно атаковать процесс создания мРНК, а можно подавить работу готовой мРНК. По второму сценарию действует механизм РНК-интерференции.

РНК-интерференция, RNAi — естественный биологический механизм управления активностью генов. Он работает так: клетки синтезируют небольшие вспомогательные РНК (двухцепочечные РНК, dsRNA). Вспомогательные РНК расщепляются на малые интерферирующие РНК (siRNA), которые связываются с конкретной матричной РНК. После этого она разрезается. Это приводит к гибели клеток и организма.

Получается, чтобы разрушить мРНК в клетках клеща, нужно подсадить в него искусственные dsRNA.

Сироп и бактерии с молекулярной «вакциной»

Учёные придумали несколько вариантов доставки искусственных dsRNA внутрь пчёл: инъекциями, через сироп или пыльцу, а также с помощью кишечных бактерий. Метод инъекций подходит для лабораторных исследований, но не для вакцинации многотысячных колоний пчёл. Разберём подробнее доставку dsRNA через пищу и бактерий.

Чтобы изготовить «сладкую прививку», искусственные dsRNA подмешивают в сироп или другую пищу, которую пчёлы охотно едят. Из пищеварительного тракта насекомого dsRNA распространяется по организму, попадает в гемолимфу («кровь») и жировое тело, а оттуда — в организм клеща варроа. Для пчёл эти dsRNA не представляют опасности, они специально спроектированы так, чтобы соединяться с конкретными мРНК паразитов.

Такие препараты уже есть: в 2025 году появился сироп, содержащий dsRNA, которые разрушают синтез белка кальмодулина. Он необходим клещам для создания потомства и других процессов.

Эффективность «прививки сиропом» зависит от множества факторов: стабильности dsRNA в составе пищи, демографии колонии, пищевого поведения пчёл. Невозможно проконтролировать, сколько времени лекарство пролежит в улье и какую порцию съест каждая пчела.

Существенное ограничение метода «сиропа» — дорогостоящее и сложное лабораторное производство dsRNA.

Но можно использовать бактерии.

Каждая бактерия — это маленький химический завод. Она может производить что угодно, в том числе dsRNA, стоит лишь передать ей нужный генетический рецепт. Для защиты пчёл учёные экспериментируют с бактерией Snodgrassella alvi, которая в норме обитает в кишечнике насекомого.

Исследователи уже попробовали внедрить в S.alvi инструкции против клещей варроа, микроспоридий нозема и вируса деформации крыла. Чаще учёные «обучали» бактерии лишь одному рецепту dsRNA, но в одном эксперименте S. alvi изменили его под комплексную защиту от варроа и нозема. Модифицированные бактерии «подсаживали» пчёлам через пищу. Все эксперименты прошли успешно: клещи чаще умирали, а пчёлы чаще выживали при заражении ноземой или вирусом. Более того, пчёлы передали усовершенствованные бактерии другим особям колонии.

РНК-интерференция и модифицированные бактерии позволяют атаковать возбудителей, не затрагивая пчёл. Однако лабораторная разработка новых подходов — лишь первый шаг. Мы пока не знаем, как может повлиять на пчёл длительная генетическая терапия. Могут ли dsRNA ошибочно повреждать гены пчёл? Сумеет ли клещ эволюционировать и стать устойчивым к препаратам? Таких данных пока не накоплено.