科学家通过基因工程改造细菌来保护蜜蜂不受蜂群崩溃的影响

时间:2020-02-07 17:27 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

科学家通过基因工程改造细菌来保护蜜蜂不受蜂群崩溃的影响

德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们在《科学》杂志上发表报告称,他们已经开发出一种新策略,以保护蜜蜂免受一种被称为“蜂群崩溃”的致命趋势的影响:基因工程菌株。

在美国,越来越多的蜂群发现它们的成年蜜蜂数量在减少。根据一项全国调查,养蜂人在去年冬天失去了将近40%的蜂群,这是自13年前开始调查以来的最高比例。

这些被改造过的细菌生活在蜜蜂的肠子里,充当着生物工厂的角色,为蜜蜂提供药物,保护它们免受两种主要的蜂群崩溃的原因:瓦螨和变形的翅膀病毒。研究人员相信,他们的方法有一天会扩大到农业用途,因为工程细菌很容易生长,给蜜蜂接种疫苗很简单,而且工程细菌不太可能扩散到蜜蜂以外的地方。

科学家通过基因工程改造细菌来保护蜜蜂不受蜂群崩溃的影响

它对蜜蜂的健康有直接的影响。综合生物学教授、这项研究的主要研究者南希莫兰(Nancy Moran)说。

“这是第一次有人通过基因工程来改善蜜蜂的健康状况,”研究生、该研究的第一作者肖恩·伦纳德(Sean Leonard)补充道。

瓦螨和变形翅病毒常合并在一起;由于螨虫以蜜蜂为食,它们可以传播病毒,同时也削弱了蜜蜂,使它们更容易受到环境中病原体的侵害。

为了解决每个问题,研究小组设计了一种针对病毒的细菌,另一种针对螨虫。与对照组蜜蜂相比,感染病毒的蜜蜂存活到第10天的可能性要高出36.5%。与此同时,喂食另一组蜜蜂的瓦螨在第10天死亡的可能性比喂食对照蜜蜂的瓦螨高出约70%。

科学家通过基因工程改造细菌来保护蜜蜂不受蜂群崩溃的影响

根据美国养蜂业联合会的数据,蜜蜂每年为美国农作物产值贡献近200亿美元,它们在全球粮食生产中发挥着巨大的作用。如果没有蜜蜂,从杏仁到浆果再到西兰花,几十种农作物将要么消失,要么产量显著下降。

和人类一样,蜜蜂的肠道内也有一个由细菌组成的生态系统,称为微生物群落,还有一种叫做RNA干扰(RNAi)的抗病毒防御机制,可以帮助身体对抗某些病毒,即RNA病毒。当RNA病毒被引入时,它会产生一种叫做双链RNA的分子,健康细胞可以检测到这种分子,从而触发RNAi免疫反应。

“通常只有在RNA病毒复制时,你才能得到这些分子的信号,”Moran表示。“这是一个信号,表明这可能是一件坏事,你应该攻击它。”

促进对蜜蜂病毒的有效RNAi反应;并在螨虫中引发致命的RNAi反应该研究小组在实验室环境中向数百只蜜蜂引入了转基因细菌。喷洒了含有这种细菌的糖水溶液后,蜜蜂互相梳理,吸收了这种溶液。研究小组发现,给年轻工蜂接种工程细菌会导致工蜂免疫系统准备好保护它们不受一种叫做“变形翅病毒”的RNA病毒的侵害,这种病毒导致了线粒体分裂;拥有自己的免疫系统来对抗并最终杀死它们。

莫兰说,尽管这些实验是在严格的生物控制方案下进行的,这些生物控制方案是与基因工程一起使用的,但即使没有这样的方案,被改造的细菌逃到野外感染其他昆虫的风险也是存在的从而赋予一些抗虫或抗病原体的超能力-非常低。这种细菌是高度特化的,它们生活在蜜蜂的肠道里,不能在肠道外存活很长时间,而且对只袭击蜜蜂的病毒有保护作用。然而,还需要进一步的研究来确定在农业环境中处理的有效性和安全性。

这种方法的另一个好处是,研究人员可以把它作为研究蜜蜂基因的工具。这种被改造过的细菌可以破坏特定的蜜蜂基因,从而深入了解蜜蜂基因组的工作方式,并可能使新的育种策略产生更健壮的蜂群。

参考文献:“工程共生体激活蜜蜂免疫,限制病原体”作者:Sean P. Leonard, J. Elijah Powell, Jiri Perutka, Peng Geng, Luke C. Heckmann, Richard D. Horak, Bryan W. Davies, Andrew D. Ellington, Jeffrey E. Barrick和Nancy A. Moran,科学,2020年1月31日。

DOI: 10.1126 / science.aax9039

另一位资深作者是副教授杰弗里·巴里克。其他合著者包括安迪·艾灵顿教授、布莱恩·戴维斯副教授、伊莱·鲍威尔副教授、前博士后研究员Jiri Perutka、博士后研究员彭更、本科生卢克·赫克曼和研究科学家助理理查德·d·霍拉克。

莫兰杰出的职业生涯最近被《科学》杂志(Science)报道。这项研究的资金由美国国家卫生研究院和国防高级研究计划局提供。

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