Včelí úly mohou ukládat stopy na mikrobiom města

Odpad včel z jejich úlů by mohl poskytnout cenný pohled na veřejné zdraví našich měst. Ve studii zveřejněné tento týden v časopise Environmentální mikrobiom, Vědci sdíleli novou metodu sběru mikrobiálních informací z prostředí pomocí trosek včel. Identifikace choroboplodných zárodků ve městě dává výzkumníkům představu o rozmanitosti městského mikrobiomu, což by mohlo vést k lepším zdravotním výsledkům. Tato technika může také pomoci při sledování bakterií a virů způsobujících onemocnění mezi včelami a lidmi.

I když mikroorganismy nevidíme, hrají zásadní roli v zákulisí při utváření našeho přežití. Například mikrobi v lidských střevech podporují trávení, pomáhají udržovat náš imunitní systém zdravý a jsou první linií obrany před „špatnými“ bakteriemi, které způsobují otravu jídlem a další infekce. Typicky, čím rozmanitější je mikrobiom člověka, tím lepší je jeho zdraví a pohoda. Jedním ze způsobů, jak zvýšit uvedenou rozmanitost, je interakce s vnějším okolím.

[Related: A link to depression might be in your gut bacteria]

„Hodně [microbes] jsou prospěšné pro lidské zdraví,“ říká hlavní autorka studie Elizabeth Hénaffová, odborná asistentka v centru pro urbanistiku a pokrok na New York University. „Cílem této studie je porozumět celé šíři diverzity mikrobiomů a těch, se kterými komunikujeme v městském prostředí.“

Hénaff a její kolegové věděli, že chtějí vytvořit mikrobiální mapy různých měst, aby získali lepší představu o rozmanitosti v každé oblasti. Nebyli si však jisti, jaký je nejlepší způsob, jak se posunout vpřed. Jedním z nápadů bylo provést výtěr z nosu, ale bylo by nepraktické provést výtěr všem v široké a různorodé oblasti. Městské mikrobiomy se také mohou lišit blok od bloku, což vyžaduje rozsáhlé výtěry. Další možností bylo sledování odpadních vod, ale výzkumníci se chtěli podívat na vše, s čím přišli obyvatelé měst do styku – nejen na to, co strávili. Pak přišel Aha moment: mohli by studovat včelí úly.

Protože včely neustále interagují s prostředím, když hledají nektar, a když se vracejí do úlu, často si ze svých cest přenášejí některé bakterie, houby a další mikroorganismy. „Jak včely hledají potravu, procházejí všemi těmito mikrobiálními mračny souvisejícími s jinými aspekty zastavěného prostředí,“ vysvětluje Hénaff. „Prošli mikrobiální mrak rybníka, vodní plochu a skupiny lidských bytostí, pokud se náhodou ocitli ve stejném parku, kam jdou.“

Vědci použili techniku ​​zvanou metagenomické sekvenování ke studiu všech genů nalezených v jediném vzorku životního prostředí. To jim umožnilo porovnat geny s různými mikrobiálními druhy souvisejícími se zdravím úlu a následně zjistit zdravotní stav včel. Nejprve ale museli vymyslet, jaký vzorek by se měl z úlu odebrat.

V pilotním projektu v Brooklynu v New Yorku vědci spolupracovali s místními včelaři. Odebrali tampony medu, propolisu (materiál podobný pryskyřici používaný k pokrytí vnitřku úlů), trosek a mrtvol včel – čehokoli, co by mohlo poskytnout nejvíce informací o mikroorganismech.

Následně zjistili, že mikroby nalezené v medu a propolisu jsou podobné napříč úly. „Včely jsou opravdu dobré v ovládání mikrobiálního prostředí svých vlastních úlů,“ dodává Hénaff. Jediným materiálem, který se úl od úlu lišil, byly zbytky, které zůstaly na dně úlu, a ty se staly zdrojem, který shromáždili v další sérii experimentů.

Pro profilování městských mikrobiomů tým odebral vzorky trosek ze 17 ošetřovaných úlů ze čtyř měst po celém světě: Sydney a Melbourne v Austrálii, Tokiu a Benátkách. DNA extrahovaná ze včelích trosek obsahovala materiál z různých zdrojů, včetně rostlin, savců, hmyzu, bakterií a hub v této oblasti.

Každé město neslo jedinečný mikrobiální profil, který poskytl snímek toho, jak tam vypadá život. Jediný benátský úl použitý ve studii byl naplněn dřevokaznými houbami. Hénaff říká, že zjištění dává smysl, protože většina budov je postavena na ponořených dřevěných pilířích. V Austrálii měly dva melbournské úly velké množství eukalyptové DNA, zatímco Sydneyovy odhalily vysoké hladiny bakterie tzv. Gordonia polyisoprenivorans, který rozbíjí gumu. Tucet tokijských úlů vykazovalo genetické náznaky lotosu a divoké sóji – běžné rostliny vyskytující se ve východní Asii. Tam byly také vysoké hladiny sójové omáčky fermentující kvasnice tzv Zygosaccharomyces rouxii.

„To pro mě bylo nejzajímavější [the results] nepřipadalo mi to jako nesouvislá metrika od všech ostatních věcí, které víme o těchto městech a jejich kultuře, ale ve skutečnosti mi to připadalo jako dílek skládačky, o kterém jsme nevěděli, že zapadá do našeho obecného chápání těchto měst,“ říká Hénaff.

Trosky byly také užitečné při identifikaci mikrobů podílejících se na zdraví včel. Tým našel tři mikrobiální druhy plodin včel –Lactobacillus kunkeii, Saccharibakter sp. AM169a mrcha frishella– spolu s pěti druhy souvisejícími se zdravím střev hmyzu. Ve městech byly také identifikovány tři patogeny včel.

Dále studie identifikovala lidské patogeny, které by včely mohly zachytit, když se odvážily ven. Vědci se zaměřili na informace o úlech shromážděné v Tokiu, protože mělo více úlů než ostatní města, a tak mělo více dat pro sekvenování DNA. Zjistili dvě bakterie: jednu, která by mohla způsobit bacilární úplavici, a druhou zapojenou do horečky z kočičího škrábnutí. Pak vzali patogen za horečkou z kočičího škrábnutí, rickettsia felisa rekonstruoval genom. To jim umožnilo nejen potvrdit, že se tento druh nachází ve městě, ale že má molekuly spojené s bakteriemi, které mu umožňují šířit nemoci.

[Related: 5 ways to keep bees buzzing that don’t require a hive]

Profilování mikrobiomu různých měst může být dalším nástrojem pro detekci potenciálně škodlivých patogenů u lidí, říká Hénaff. Mohlo by to také otevřít nové způsoby průzkumu vzdušných patogenů – o rostoucí zájem od nedávného příchodu SARS-CoV-2.

Jay Evans, výzkumný entomolog na americkém ministerstvu zemědělství, který se studie nezúčastnil, říká, že nový přístup je „v pořádku“ a může pomoci identifikovat alespoň mikroorganismy nalezené v městském květinovém prostředí. Vyjádřil však výhrady k nadhodnocování některých výsledků. Evans poznamenává, že o jednom z algoritmů mapování genomu druhů použitých ve studii je známo, že je „trochu chamtivý“ a odpovídá nejlepšímu mikroorganismu, který je v současnosti k dispozici. To naznačuje, že některé genetické shody s bakteriemi nemusí být ve skutečnosti správné a že k potvrzení jejich přítomnosti by byly zapotřebí další testy. Protože včely mohou sebrat neživé stopaře, jako jsou pesticidy, Evans také říká, že by bylo hezké, aby výzkumníci porovnali tyto biologické výsledky se studiemi specifickými pro pesticidy a s tím, jak to ovlivňuje úlové mikrobiomy.