Бджола медоносна (Apis mellifera) як об’єкт біологічних досліджень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Чернівецький національний університет

імені Юрія Федьковича

Інститут біології, хімії та біоресурсів

Кафедра молекулярної генетики та біотехнології

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

на тему: Бджола медоносна (Apis mellifera) як об'єкт біологічних досліджень

Студента ІІ курсу 207 групи

напряму підготовки біотехнологія 6.051401

Чунківського Є.О.

Керівник к.б.н., доц. кафедри молекулярної генетики та біотехнології Язловицька Л.С

Чернівці-2014

Зміст

Вступ

1. Проблема «синдрому колапсу колонії»

2. Імунна системи Apis Mellifera

2.1 Характеристика імунної системи бджоли

2.2 Антиоксидантна система як фактор формування імунітету бджоли

3. Онтогенетичні аспекти функціонування антиоксидантної системи у Apis Mellifera

Узагальнення

Список використаних джерел літератури

Вступ

Актуальність теми. Бджола Медоносна (Apis Mellifera) з давніх пір одомашнена і розселена людиною практично по всій землі. Бджолина колонія представляє єдиний біологічний організм, всі члени якого не можуть існувати окремо один від одного [7]. Останнім часом в силу різних причин відбувається масова загибель бджіл, яка в окремих країнах набуває катастрофічних масштабів, маючи достатньо серйозні наслідки не тільки для екосистеми планети, але для продовольчої та економічної безпеки країн.

«Синдром колапсу колоній» (Colony Collapse Disorder - CCD) - втрати особин під час зимівлі і ослаблення бджолиних сімей спостерігаються на багатьох пасіках, що призвело до серйозної ситуації в бджільництві в цілому.

Найбільш поширена на сьогодні гіпотеза масової загибелі бджолиних сімей - застосування нового покоління пестицидів для захисту рослин, які викликають збільшення утворення активних форм кисню (АФК) у організмі, що в свою чергу викликає оксидативний стресс, імунодефіцит і по невідомих причинам бджолині особи втрачають орієнтацію чи мотивацію своєї природної поведінки [15].

Особливості бджолиного еволюційного розвитку визначили особливу роль оксидативного стресу і молекулярних механізмів його регулювання в процесах пов'язаних із збереженням гомеостазу фізичної особи та бджолиної сім'ї. Як правило АФК виробляються безперервно і помірно в клітинах. Клітина нейтралізує їх за допомогою антиоксидантної системи і замінює пошкоджені молекули.

Перевищення рівня АФК порушує захисні можливості клітини, що може викликати серйозні пошкодження, навіть смерть клітини [16]. Окисидативний стрес є постійною причиною або важливою складовою багатьох проблем для організму.

Проте оксидативний стрес активно використовується організмом комахи, як захисний механізм для нейтралізації ксенобіотиків та боротьбі з патогенами в процесах морфогенезу та регулювання тривалості життя.

Мабуть основною причиною, чому антиоксидантні ферменти бджоли привертають велику увагу, то це із-за їхнього впливу, що забезпечує довговічність королеви у порівнянні з робочими бджолами.

бджола імунний антиоксидантний онтогенетичний

1. Проблема «синдрому колапсу колонії»

«Через чотири роки після того, як зникне остання бджола, зникне і людство». Ці слова, сказані колись Альбертом Ейнштейном, в останні роки стали актуальними, як ніколи. Глобальне зникнення бджіл набуває катастрофічних масштабів, маючи доволі серйозні наслідки не лише для екосистеми планети, але й для продовольчої безпеки та світової економіки.

«Cиндром колапсу колонії» (colony collapse disoeder) є загадковий феномен, в якому дорослі робочі бджоли раптом відмовляються від своїх вуликів, залишаючи харчі, виводок, королеву і це різко призводить до ослаблення бджолиних сімей, що спостерігається і досі на багатьох пасіках.

Йому останнім часом приділяють багато уваги через кризу запилення рослин бджолами, що призводить до великих втрат для світового сільського господарства та медицини.

Вперше термін застосували в США для позначення явища, коли вулики зовні з нормальними в кінці сезону сім'ями, восени раптом опиняються без бджіл. При цьому загиблих бджіл немає ні на дні вулика, ні навколо нього. Залишаються недоторканими медові запаси з невеликим числом бджіл і маткою, які приречені на загибель.

Багато дослідників в усьому світі погоджуються, що існує ряд факторів, які можуть негативно впливати на бджіл: нове покоління пестицидів, накопичення у воску залишків препаратів, які застосовують проти Вароатоза, невідомі віруси, погіршення біорізноманіття, невеликий набір пилку, нові захворювання, стрес, викликаний зміною погоди, міграцією бджолиних сімей, поганим харчуванням, електромагнітні випромінювання (особливо радіостанцій, ТВ, мобільних телефонів та інших приладів), вплив генетично модифікованих рослин.

Зазначені причини колапсу бджіл у більшості випадків є гіпотетичними, суперечними [18]. Але ця проблема залишається надзвичайно актуальною і потребує вирішення. Якщо СКК не буде вирішений досить швидко, то він може істотно вплинути на світову харчову промисловості. Причини СКК наразі залишаються не відомі.

Одна із вище перерахованих гіпотез схиляється до того, що СКК виникає із-за хронічного впливу на бджіл пестицидів на основі біогенних амінів (неонікотиноїди і формамідіни). На користь цієї версії говорять деякі факти. У китайській провінції Сичуань, регіон Хань Юань, неконтрольоване використання пестицидів на початку 80-х років ХХ століття призвело до знищення бджіл і загибелі рослин, що ними запилюються.

Американські вчені встановили, що застосовуваний новий пестицид - імідоклопрідом, який міститься в достатніх кількостях в пилку соняшнику та інших сільськогосподарських культур [2] порушує холінергічні сигналізації нейронів і виробляє надмірно активні форми кисню (АФК) та реактивний азоту (RNS), які реагують з макромолекулами і заважають мітохондріальному дихальному ланцюгу і мітохондріальному метаболізму Ca2+, що викликає дефіцит енергії для нейронів. Оксидативний стрес погіршує когнітивну поведінку, в тому числі і пам'ять, що впливає на орієнтацію і навігації здібності бджіл, тому вони не в змозі повернутися в свої вулики [15].

Через 6 тижнів вулики, які змушені були харчуватися їжею з пестицидами, були легші ніж інші. Це дало припущення, що робочі бджоли приносили менше їжі у вулик. Але найсерйознішим був вплив на кількість маток. У кожному вулику, бджоли якого отримували нормальне харчування, на світ з'являлося в середньому 14 маток, а бджоли, що харчувалися їжею з пестицидами пестицидами, могли призвести тільки 2 матки [2].

Точно не відомо наскільки виправданий прогноз Ейнштейна. За заявами американських експертів, якщо бджоли зникатимуть з тією ж швидкістю, то вони просто перестануть існувати до 2035 року. Звичайно, повністю продукти харчування не зникнуть, оскільки такі культури, як пшениця, жито, рис запилюються вітром. Проте важко спрогнозувати, які наслідки для організму людини матимуть відсутність мікроелементів, що надходять до нас з овочів та фруктів, і якими врешті решт можуть бути екологічні наслідки зникнення рослин, що запилюються бджолою.

2. Імунна системи Apis Mellifera

Імунітет (immunitas - лат. вільний, захищений) у Apis Mellifera являє собою комплекс захисних реакцій організму проти дії збудників інфекційного захворювання чи токсичного впливу і пов'язаний із проявом комплексу фізіологічних захисних реакцій, які забезпечують постійність внутрішнього середовища організму [5].

2.1 Характеристика імунної системи бджоли

Імунітет медоносних бджіл забезпечує стійкість бджолиної сім'ї до дії патогенів. У формуванні імунітету приймає участь весь організм бджіл, як цілісна система, в якій всі захисні механізми організму взаємопов'язані [9]. У бджіл, як у суспільних комах, існує тісний зв'язок стійкості окремих особин зі стійкістю всієї бджолиної сім'ї [5, 1].

Стає очевидним, що імунна система бджіл в даний час стала надзвичайно вразливою, у зв'язку з цим пошук механізмів активації захисних систем медоносної бджоли є досить актуальним. Захисні реакції медоносної бджоли включають як клітинні, так і гуморальні реакції, що об'єднують безліч взаємопов'язаних систем, в тому числі антибактеріальні пептиди, гемаглютиніни, фенолоксидазну і антиоксидантну системи (АОС) [7]. У бджоли, як і в більшості тварин розрізняють імунітет вроджений і набутий. Перший існує з момента виникнення організму і передається спадково разом з іншими морфологічними і фізіологічними ознаками. Набутий імунітет створюється в результаті природного перехворювання відповідною інфекційною хворобою або шляхом імунізації специфічними біопрепаратами.

Вроджений імунітет у комах є основним фактором захисту, що відміну від набутого характеризується універсальністю захисту проти впливу багатьох шкідливих факторів. Але вроджений імунітет не є абсолютним, а відносний і зберігається до певної межі: при погіршенні зовнішніх умов (годівля, утримання, стан довкілля) і наявності великої кількості збудника інфекції організм хворіє [5, 9]. Вроджений імунітет забезпечується зовнішніми і внутрішніми захисними механізмами.

До зовнішніх захисних механізмів відносяться покриви комах як дорослих, так і личинок. Покриви бджіл виділяють речовини, яким властива антибіотична активність проти різноманітних мікроорганізмів. Кутикула, як основа зовнішніх захисних механізмів бджіл, побудована з кутикуліну та ендокутикули. Ендокутикула включає в собі хітин і нерозчинні білкові речовини, що суттєво впливає на функцію зовнішнього захисту організму бджіл. Верхній шар ендокутикули екзокутикола забезпечує твердість кутикули і протистоїть різноманітним біологічним впливам і захищає тіло комах від різних мікроорганізмів. Пошкодження кутикули відкриває ворота інфекції, сприяє проникненню мікроорганізмів у внутрішні тканини комах.

До факторів, які сприяють прояву вродженого імунітету бджіл, слід віднести також їх «гігієнічну поведінку», яка визначає загальну стійкість бджолиних сімей. Гігієнічна поведінка -- це вроджена й еволюційно закріплена захисна реакція, яка визначає неспецифічну резистентність бджіл до захворювання. Це механізм, при якому бджоли проявляють здатність розрізняти чарунки із зараженими личинками, розпечатують їх та викидають, що тим самим скорочує ріст чисельності збудника у гнізді та збільшує стійкість сім'ї до захворювання [3].

Не менш важливе значення у медоносних бджіл має віковий імунітет. Залежно від фази і віку розвитку різко змінюється стійкість організму до різних мікроорганізмів. Яйце, відкладене маткою, стійке до різноманітних збудників внаслідок його доброї захищеності хітиновою оболонкою. Впродовж перших 3 днів життя личинки, як правило, не хворіють. Це пов'язано з тим, що маточному молочку, яким їх годують бджоли, характерна висока бактерицидна активність

До внутрішніх захисних механізмів відносять формені елементи гемолімфи і жирового тіла, а також антимікробні властивості плазми, рідин і тканин організму комах. Захисні властивості клітин формених елементів називають клітинним (целюлярним) імунітетом, а захисні властивості рідин -- гуморальним імунітетом

Кровообіг у комах, зокрема у бджіл, здійснюється незамкнутою системою (рис. 1). Системно циркулююча в їх організмі рідина називається гемолімфою. Кількість гемолімфи в тілі бджіл варіює: у заплідненої матки - 2,3 мг; у яйцекладної матки - 3,8 мг.; у трутня - 10,6 мг.; у робочої бджоли - 2,7-7,2 мг [5, 9].

Рис. 1. Циркуляція гемолімфи: 1 -- аорта; 2 -- п'ятикамерне серце;

3 -- спинна діафрагма; 4 -- черевна діафрагма (стрілками показано напрям руху гемолімфи)

Всі гемоцити, які зустрічаються у бджіл, поділяються на п'ять класів: плазмоцити, німфоцити, сферулоцити, еноцитоїди і платоцити. Класи поділяються на більш дрібні категорії -- стадії, які служать стадіями розвитку гемоцитів від молодих форм до зрілих. Гемоцити приймають участь у обміні між тканинами, виконуючи трофічну функцію. Ці клітини відіграють формоутворюючу роль, виділяючи речовини, які сприяють утворенню нових тканин або безпосередньо диференціюються в інші типи клітин. Склад гемоцитів не постійний і змінюється залежно від віку та стану бджіл, від сезону року, мікрофлори і від дії лікарських засобів [8].

Гемолімфі також характерна здатність здатність лізувати, вбивати або пригнічувати розвиток мікроорганізмів. Цю функцію виконують антитіла, які знезаражують антигени. У бджіл із антитіл виявляють преципітини, антитоксини і комплементзв'язуючі антитіла. Комахи мають рухливі і нерухливі клітини, що поглинають бактерії або будь-які частинки. У бджіл таку здатність мають гемоцити і клітини жирового тіла, але не всі гемоцити однаково активні [9]. Також відомо, що захист комах проти патогенних мікроорганізмів респіраторний вибухом фагоцитів, який є джерелом формування в НАДФH оксидазній реакції О*, викликаючи каскадний механізм генерації АФК.

Останній виявляє бактерицидну активність і є частиною цитотоксичного арсеналу гуморальної імунної системи бджіл. АФК генеруються в комах гемоцитами за участю декількох ферментних систем фенолоксидази (POS), дихальним каскадом і комплексом дегідрогеназ [21]. Комахи мають відкриту систему кровообігу гемолімфи, тому вільний потік АФК в організмі може привести не тільки до знищення чужорідного агента, але також може бути дуже небезпечно для організму комахи. Одночасне функціонування систем, що продукують і нейтралізують АФК дозволяє, з одного боку зупинити розвиток інфекції і з іншого боку запобігти організм комах від загальної інтоксикації. Якщо фагоцитоз порушується, то мікроорганізми дуже швидко розмножуються і викликають загибель комах.

2.2 Антиоксидантна система як фактор формування імунітету бджоли

У плазмі і формених елементах містяться гістамін, гормони і наступні ферменти: амілаза, сахараза, мальтаза, протеаза, ліпаза, пероксидаза, каталаза, редуктаза. Останні три мають істотне значення в процесах імунної відповіді комах і входять до антиоксидантної системи. Вони нейтралізують і елімінують як вторинні продукти метаболізму патогенних мікроорганізмів, так і безпосередньо продукти життєдіяльності власних клітин, які можуть утворюватися при виникненні та перебігу ряду захворювань

АФК в якості побічних продуктів аеробного метаболізму безперервно формуються в клітинах бджіл у нормальних фізіологічних умовах, і вони вимагають постійного моніторингу антиоксидантної системи [20].

У результаті окисно-відновних реакцій в організмі бджоли, як і в інших живих організмах постійно проходить генерація активних форм кисню: супероксид (О*), перекис водню (H2O2), гідроксильний радикал (HO*-), перекис ліпідів (LOOH), гіпохлоритна кислота (HOCl) та інші, які відіграють важливу роль у багатьох фізіологічних і біохімічних процесах: регуляції тонусу судин, клітинній проліферації, синтезі простагландинів, передачі сигналів від міжклітинних сигнальних молекул на регуляторні системи.

Будь-яка стресова реакція організму в нормі супроводжується короткочасним збільшенням кількості АФК. Це зумовлено адаптацією організму до екстремальних умов, за яких АФК відіграють роль вторинних мессенджерів, беручи участь у сигнальній трансдукції та активації факторів транскрипції відповідних генів, зокрема тих, що кодують ферменти антиоксидантої системи [6].

В випадках коли швидкість утворення АФК переважає над швидкістю їх детоксикації відбувається пошкодження клітин. При вираженому або тривалому стресі концентрація АФК у клітині може підвищуватися і починаючи з певного порогового рівня цих сполук, мобілізація захисних систем клітини слабшає і активуються процеси, які спричиняють апоптоз або некроз.

Захист організму бджоли від деструктивної дії АФК забезпечує антиоксидантна система (АОС). У процесі еволюції аеробного організму, комплексні антиоксидантні системи, в тому числі ферментативних і неферментний компонентів, були створені, щоб запобігти окислювальному пошкодженню [16]. До ферментативних відносяться первинні і вторинні антиоксидантні ферменти, які впливають на молекули АФК прямо або побічно.

Захист від руйнівної дії АФК спочатку забезпечується трьома групами первинних антиоксидантних ферментів шляхом прямої дії.

Супероксиддисмутаза (SOD) перетворює радикал (О*) супероксид аніону - на пероксид водню (Н2О2), який потім нейтралізує каталаза.

О* + О* + 2Н+ 1 О2 + Н2О2

У результаті цієї реакції утворюється пероксид водню, здатний інактивувати SOD [12]. Тому SOD локалізована і функціонує звичайно разом з каталазою, яка розкладає Н2О2. Супероксиддисмутаза є першою лінією захисту організму проти вільних радикалів кисню. SOD разом з каталазою мають сильні антиоксидантні властивості. Але каталаза не така ефективна при знешкоджені H2O2 в порівняні з аскорбатпероксидазою (APOX), яка служить краще в детоксикації H2O2 [11].

Пероксидази каталізують подібні реакції, в яких Н2О2 перетворюється на Н2О з використанням тіоредоксина (TRX), глутатіону (GSH) або аскорбату в якості донора електронів. Вважалось, що аскорбатпероксидаза була відсутня в організмі Apis Mellifera, але нещодавні дослідження підтвердили наявність цього фермента в організмі комахи.

Вперше APOX у комах була знайдена у личинок Helicoverpa Zea. Так як комахи мабуть не мають GPX і каталаза не така ефективна при знешкоджені H2O2, тому цей фермент мабуть може відігравати важливу роль у детоксикацыъ H2O2 в комах і відповідно у бджіл. Так як APOX була знайдена в жирових тканинах тіла комах, вважаться, що вона може бути важливим ферментом у детоксикації ліпідних пероксидів у комах [17].

APOX комах має ширшу специфічність до донорів електронів, ніж APOX рослин і також вона стійкіша до дії багатьох відомих інгібіторів APOX рослин, припускаючи, що фермент комах має інший активний центр.

Відомо, що APOX бджолиного організму була виявленна у гібридів утворених схрещуванням єгипетської породи Egyptian із західноєвропейською породою Carniolan. Зразки були взяті з факультету сільськогосподарської пасіки, Асьютського університету (Асьют, Єгипет) [10].

Вже відомо що CAT неефективна при розщеплені H2O2, тому комахи можуть використовувати іншу стратегію для підтримання безпесного рівня перекису, як раз APOX краще виконую цю роль. Вона хоч знаходиться в організмі в не великих концентраціяї, порівняно з СAT і конкурує з нею за розщеплення H2O2, але все ж APOX може компенсувати каталазу у випадках пов'язаних із зниженням її концентрації.

APOX також може мати інший ефект на пероксиди і гідропероксиди. Ферментативна активність APOX залежить не тільки від спорідненості до Н2О2, але також залежить від двох ліпофільних пероксидів - кумілгідропероксид і третбутилгідропероксид. На противагу цьому, коли оксидативний стрес зменшується, тобто коли зменшувались концентрації Н2О2, то і активність APOX теж знижується, паралельно збільшується активність SOD і не існує більше необхідності у ферментативній дії APOX.

Ключові компоненти системи антиоксидантного захисту зберігаються в організмах всіх еволюційних гілок, але є унікальні для адаптації окремих груп. У комах в порівнянні з хребетними та інших філогенетичними групами, гени, що кодують глутатіонредуктазу (GR) і глутатіонпероксидазу (GPX) відсутні. Їх функції виконують гомологічні гени, що кодують тіоредоксинредуктазу (TrxR) і тіоредоксинпероксидазну (ТРХ). Крім того, комахи мають гени, які кодують ферменти подібні пероксидазам - фосфоліпідгідропероксиди : глутатіон S-трансферази (GST) і гомолог ТРХ з GSH (GTPX).

Таким чином, група вторинних антиоксидантних ферментів в комах, діючих на АФК побічно включають TrxR, який працює з TRX і GSH, а також метіонінсульфоксидредуктази (MsrA і MsrB), які беруть участь у репарації білка для каталізування TRX-залежного перетворення метіонінсульфоксида до метіоніна [16].

Кодування повних геномів кількох видів комах дозволяє зробити попереднє порівняння. Було виявлено що, геном бджоли ?розвивався повільніше, ніж геноми дрозофіли і комара. У цьому випадку геном бджоли відносно генів, що беруть участь в циркадному ритмі, РНК-інтерференції і метилюванні ДНК дає більше схожості з геномами хребетних, ніж плодової мушки і комара. Також порівняно з Drosophila melanogaster і Anopheles gambiae, є менше генів представлених в геномі Apis Mellifer, пов'язаних з вродженим імунітетом, детоксикацією білків, і смаковими рецепторами але є багато генів пов'язаних з рецепторами пахучих речовин [14]. Таке велике розходження пояснюються відмінністю в історії життя та екологічною нішою між соціальними і відокремленими видів [13]. На сьогоднішній день відомо 39 генів, що кодують 10 груп антиоксидантних білків (Табл. 1) [16].

Таблиця 1 - Антиоксидантні білки бджоли медоносної

Антиоксидантні ферменти бджоли представляють особливий інтерес через їх потенційну участь в деяких біологічних характеристик королеви, особливо цікавить її довговічність у порівнянні з робочими бджолами [13]. Тривалість життя бджіл тісно пов'язана з функціонуванням вітеллогеніна. Особливістю довгоживучих бджіл є висока концентрація вітеллогеніна в гемолімфі, що позитивно впливає на клітинний імунітет, збереження цілісності білків і підвищення стійкості до оксидативного стресу [23, 24].

Вітеллогенін є попередник глікопротеїну яєчного жовтка, що бере участь у розвитку репродуктивних функцій самки комах і є поживною речовиною для бджолиного розплоду, який виконує антиоксидантну функцію в бджолиному організмі [24].

Антиоксидантні властивості вітеллогеніну обумовлені його здатністю зв'язувати Zn та приймати участь у окисному карбонілюванні при окисному стресі у бджіл. Відносно цих властивостей, вітеллогенін порівнюється з Cu/Zn-SOD і білком альбуміном.

Найвищий рівень вітеллогеніна зареєстрований в яєчниках маток, де він виконує свою основну функцію в розвитку ооцитів. Проте, високий рівень вмісту вітеллогеніна в тканинах королев, мабуть є одним з факторів їх довголіття (кілька років) в порівнянні з іншими кастами медоносної бджоли. Він синтезується в гіпофарінгеальних залозах робочих бджіл на стадії доглядальниці і присутній в їжі розплоду [23]. Рівень виробництва вітеллогеніна в робочих бджіл набагато нижчий, ніж у королев. Встановлено, що робочі бджоли можуть накопичувати вітеллогенін в рівні до 50-60% білка фракції гемолімфи через обмежений розплід і при цьому можуть жити протягом 6-10 місяців.

3. Онтогенетичні аспекти функціонування антиоксидантної системи у Apis Mellifera

Оксидативний стрес і молекулярні механізми антиоксидантного захисту бджіл викликали особливий інтерес до дослідження цих комах у зв'язку зі старінням і довгою тривалістю життя королев порівняно з іншими особами колоній. Згідно з радикальною теорією старіння, основною причиною старінння є накопичення АФК, що призводить до пошкодження ДНК, деградації мембранних білків, порушення сигнальних шляхів, і в кінцевому рахунку некрозу або апоптозу.

Онтогенез медоносної бджоли, яка є голометаболітна комаха, характеризується зміною етапів, які значно відрізняються за морфологією, фізіології та функціонування. Перехід від одного етапу до іншого забезпечується основних морфогенетичними перетвореннями, що відбуваються під час метаморфозу і супроводжується розвитком клітинних та гуморальних реакцій, характерних для протиінфекційної відповіді [19].

Зміна гормонального балансу в періоди метаморфозу личинок і лялечок, поява макрофагоцитів в гемолімфі, які беруть участь у процесах гістолізу, також супроводжуються аналогом окисного вибуху і індукції молекулярних механізмів його вгамування. Відповідно SOD, CAT і GST також беруть участь у захисті клітин від пошкодження.

У медоносних бджіл протягом перших 3-х днів ембріонального розвитку рівень тіоредоксину пероксидази і експресія GST значно збільшується, що побічно підтверджує припущення про те, що активне покоління АФК розвивається через високу потребу в кисні ембріону. Активність каталази досягає своїх максимальних значень в кишечнику запліднених маток, що пов'язано з їх більш активним живлення і значно більшою тривалістю життя [24]. Онтогенетичні зміни в діяльності імунної факторів медоносної бджоли знаходяться під гормональним контролем і може бути пов'язано з різною здатністю бджіл до антиінфекційного захисту на різних етапах розвитку.

У бджоли медоносної загальна кількість функціонально активних гемоцитів збільшується на личинковій і лялечковій стадіях розвитку, що підтверджує їх активну участь у морфогенетичних процесів. Під час дозрівання дорослих особин іммунокомпетенція гемоцитів зменшується незалежно від статі і кастового відношення бджіл [16]. Відносно низька стійкість до патогенної дії і коротка тривалість життя вигідно з точки зору життєздатності бджолиної сім'ї. Відповідно до "закону 40 днів", бджоли другого покоління (травень - червень) вирощують у великих кількостях на відносно поганому харчуванні для масової участі в медозборі.

Наприкінці основного медозбору існування зношених "безробітних" фуражирів стає нерентабельним для колонії. Вигнання трутнів з колонії відбувається на той же період. У період, коли робочі бджоли починають збереження фуражирів, інтенсивна загибель гемоцитів супроводжується збільшенням ювенільних гормонів і одночасним зниженням рівня вітеллогеніна [24]. Примітно, що активна клітинна проліферація супроводжується підвищенням рівня вітеллогеніна, починаючи в гемолімфі фуражирів, які змушені повернутися у вулик для подальшої роботи. В цілому, збільшення генерації АФК і підвищення антиоксидантного захисту пов'язано зі старінням і переходу робочих бджіл до нагулу. Політ фуражирів, як один з найбільш аеробних споживаних видів діяльності, викликає вироблення великої кількості АФК в грудних м'язових клітинах, і значне збільшення вмісту Cu/ZnSOD для нейтралізувати О* [25]. У середній кишці робочих бджіл активність каталази, GST і мікросомальної оксидази змішаної функцій збільшується зі старіння.

Метаболізм у бджолиних підвидів адаптований до умов в місці їх походження, так що одні й ті ж кліматичні умови по-різному впливають на біосинтез, стабільність та активність білків. Все це сприяє адаптації та збереженню екотипів. Таким чином, повинні бути вжиті заходи для вивчення і збереження видового різноманіття бджіл, щоб запобігти втраті цього багатого генетичного матеріалу, який настільки є цінним для біорізноманіття у світі.

Особливості кліматичних умов потенційно вплинули на бджолину поведінку, фізіологію і обмін речовин, а також на розвиток взаємодій між бджолою і патогенами. У зв'язку з цим, кишечник медоносної бджоли, який є одним з ключових моментів взаємодії бджіл у з навколишнім середовищем, представляючи великий інтерес. У першу чергу кишечник є основним органом травлення, де поживні речовини і токсини а також кишкові патогенні мікроорганізми вперше потрапляють. Кишечник медоносної бджоли в чомусь визначає стійкість до хвороб на рівні окремих осіб і колонії в цілому. Кишечник не випадково обраний як основний об'єкта для вивчення експресії генів різної природи в пошуках причин краху колоній [22].

Процес старіння корелюється з накопиченням карбонільованих білків у мозку фуражирів. Карбонілювання білків - введення карбонільних груп в білкові ланцюги шляхом прямого окислення або реакції з АФК є одним з основних окислювальних модифікацій білків, пов'язаних з біологічним старінням. Накопичення карбонільованих білків в не залежності від хронологічного віку у робочих бджіл з'являється в бджіл тільки після тривалої діяльності періоду заготівлі [24]. Таким чином, процеси біологічного старіння пов'язані не тільки з реальною тривалостю життя бджіл, але з їх поведінкою і функціями, які виконуються в колонії.

Антиоксидантні ферменти, також відіграють важливу роль у довговічності зародкових клітин. Сперма зберігається протягом тривалого періоду в сперматеках заплідненої самки, підтримання дихальної активності і таким чином ризикуючи отримання окисного ушкодження. Однак, сперма залишається життєздатною протягом багатьох місяців, що пояснюється високою активності антиоксидантних ферментів в репродуктивних тканинах бджіл. Таким чином, в жіночих сперматеках після запліднення, рівень транскрипції гена каталази і GST та активність цих ферментів значно збільшується [24].

Додаткова напруженість у бджолиному організмі відбувається протягом тривалого зимового сезону в умовах північної частини ареалу виду, наприклад в Росії або Україні, де безпілотний зимовий період триває 5-7 місяців. За цей час кишечник бджіл збирає від 20 до 70 мг неперетравлених залишків їжі. У цій ситуації баланс антиоксидантів особливо є важливим для виживання колонії. У першу чергу це відноситься до нейтралізації гнильних процесів в кишечнику. В іншому випадку, ці залишки виділяються бджоли усередині вулика і це може привести до спалаху нозематозу та інших захворювань [4].

Узагальнення

1. «Синдром колапсу колоній» (Colony Collapse Disorder) залишається актуальною проблемою, що потребує вирішення. Основною причину виникнення синдрому пов'язують із використанням у сільському господарсті пестицидів, що викликають накопиченням АФК у організмі і порушують сигналізації нейронів, що призводить до порушення поведінки і орієнтації робочих бджіл.

2. Імунітет медоносних бджіл забезпечує стійкість бджолиної сім'ї до дії патогенів. У формуванні імунітету приймає участь весь організм бджіл, як цілісна система, в якій всі захисні механізми організму взаємопов'язані

3. Речовини, що находяться у пилку і в нектарі потрапляючи в організм бджоли негативно впливають на організм, пов'язано це із їхньою здатністю утворювати АФК у організмі під час їх окиснення.

4. Для запобігання накопичення АФК у організмі, що викликають оксидативний стрес, в організмі бджоли функціонує одна із складова гуморального імунітету - антиоксиданта система, до якої входять ряд ферментів від активності яких залежить рівень АФК у організмі.

Список використаних джерел літератури

1. Артеменко Л. П. Иммунитет у пчел [Текст] / Л. П. Артеменко, Е. И. Скрыпник // Пчеловодство, 1984. -- № 11. -- С. 18-19.

2. Галатюк А. Е. Этиология и профилактика коллапса пчелиных семей [Текст] / Галатюк А. Е. // Мировое пчеловодство, 2014. - №4. - С. 1-3.

3. Глупов В. В. Некоторые аспекты иммунитета насекомых [Текст] / В. В. Глупов // Успехи современной биологии, 1992. -- Том 112, №1. -- С. 62-71.

4. Жеребкин М. В. Зимовка пчел [Текст] / Жеребкин М.В. - Москва : Россельхозиздат, 1979. - 151 с.

5. Иммунитет у пчел [Електронний ресурс]. - Режим доступу: URL : http://www.fly-cat.com/prakticheskoe-pchelovodstvo/bolezni-i-vrediteli-pchel./ Назва з екрану.

6. Колісник М. І. Активні форми кисню та їх роль у метаболізмі клітин [Текст] / Колісник М. І., Колісник Г. В., Нідзюлка Є., Влізло В. В. // Біологія тварин, 2009. - Том 11, № 1-2, 12-19 c.

7. Назмиев Б. К. Адаптивное действие хитизанов на биохимические механизмы Apis Mellifera L. : дис. ... кандидата біологічнихих наук : 03.01.04 / Назмиев Булат Кависович. - Уфа, 2005. - 142 с.

8. Поліщук В. П. Бджільництво [Текст] / В. П. Поліщук. -- Львів : Український пасічник, 2001. -- 293 с.

9. Федорук Р.С. Фактори формування імунітету медоносних бджіл [Текст] / Федорук Р. С., Ковальчук І. І., Гавраняк А. Р. // Біологія тварин, 2009. Том 11, №1. - С.82-89.

10. Ahmad M. The protective strategy of antioxidant enzymes against hydrogen peroxide in honey bee, Apis mellifera during two different seasons [Текст] / Ahmad M. Mohamed M. Abdel-Aal A. Abdel-Aal, Ayman A. M. El-Sonbaty // Journal of Biology and Earth Sciences, 2012. - №2. - С. 93-95.

11. Baskin I. Oxidants, antioxidants and free radicals [Текст] / Baskin I., Salem H. // Taylor and Francis, 1997. - C. 341-359.

12. Boveris A. Superoxyde dismutase [Текст] / Boveris A. // Ed by L.V. Oberley - CRS Press, Boca Raton, 1983. - Розд. 2. - С. 15-30.

13. Corona M. Genes of the antioxidant system of the honey bee: annotation and phylogeny [Текст] / Corona M., Robinson G. E // Insect Molecular Biology, 2006. - №15(5). - С. 687-701.

14. Droge W. Oxidative stress and aging [Текст] / Droge W. // Adv Exp Med Biol. - 2003. - С. 191-200.

15. Farooqui T. A potential link among biogenic amines-based pesticides, learning and memory, and colony collapse disorder: A unique hypothesis [Текст] / Farooqui T. // Elsevier. - 2012. - С. 1-2.

16. Farooqui T. Oxidative stress in vertebrates and invertebrates // Molecular Mechanisms of Antioxidant Protective Processes in Honeybee Apis mellifera / Farooqui T. Farooqui A. A. - К. : Wiley-Blackwell, 2012. - Розд.20. - 279-289 с.

17. Felton G. W. Antioxidant Systems in insects [Текст] / Felton G. W., Summers C. B. // Archives of Insect Biochemistry and Physiology, 1995. - №29. - C. 187-197.

18. Gifford С. Colony Collapse Disorder the vanishing Honeybee (Apis Mellifera) [Текст] / Gifford С. // Un. of Colorado at Boulder, 2010. - С. 1- 2

19. Le Conte Y. Climate change: impact on honey bee populations and diseases [Текст] / Le Conte Y, Navajas M. // Revue Sci Technique, 2008. - №27(2). - С. 499-510.

20. Menshchikova E. B, Oxidative Stress: Prooxidants and Antioxidants [Текст] / Menshchikova E. B., Lankin V. Z., Zenkov N. K. // Journal of Cancer Research and Therapeutics, 2006. - C. 47-53.

21. Nappi A. J. Melanogenesis and associated cytotoxic reactions: applications to insect cellular immune reactions [Текст] / Nappi A. J., Christensen B. M. // Insect Biochem Mol Biol, 2005. - C. 443-459.

22. Ruuge E. K. Free radical metabolites in myocardium during ischemia and reperfusion [Текст] / Ruuge E. K., Ledenev A. N., Lakomkin V. L., Konstantinov A. A., Ksenzenko M.Y. // Amer J Physiol. Suppl, 1991. - №261. - С. 81-86.

23. Schmid M. Adult honeybees (Apis mellifera L.) abandon hemocyte [Текст] / Schmid M., Brockmann A,, Pirk C., Stanley D., Tautz J. // Insect Physiol, 2008. - №54(2). - С. 439-444.

24. Seehuus S. C. Reproductive protein protects functionally sterile honey bee workers from oxidative stress [Текст] / Seehuus S. C., Norberg K., Gimsa U., Krekling T., Amdam G. V. // Proc Natl Acad Sci USA, 2006. - №103. - С. 962-967.

25. Williams J. B. Age and natural metabolically-intensive behavior affect oxidative stress and antioxidant mechanisms [Текст] / Williams J. B., Roberts S. P., Elekonich M. M. // Exp Gerontol, 2008. - №43. - С. 538-549.

Размещено на Allbest.ru