The response of managed bees to current immunological threats

Mgr. Jana Hurychová, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Včely medonosné dlouhodobě fascinují lidstvo díky své komplexní sociální struktuře a klíčové roli v opylování. Tato studie zkoumá sezónní fyziologické a imunologické adaptace včely medonosné, Apis mellifera, se zaměřením na rozdíly mezi krátkověkými letními a dlouhověkými zimními včelami. Zároveň se věnuje vlivu několika významných parazitů a patogenů, jako jsou roztoč kleštík včelí (Varroa destructor), patogenní bakterie Paenibacillus larvae a virus deformovaných křídel. Na základě studia dynamiky několika vybraných fyziologických a imunitních parametrů A. mellifera během roku jsme vybrali tři klíčové biologické markery – vysokou hladinu celkových proteinů, žloutkového proteinu vitelogeninu a zvýšenou celkovou antimikrobiální aktivitu – které charakterizují dlouhověkou populaci včel. Pomocí komplexních omics-analýz jsme popsali, jak jsou tyto pro zimní včely důležité markery ovlivněny parazitem V. destructor. Navíc jsme získali rozsáhlé nové poznatky o vlivu tohoto parazita na biologii zimních včel. Při studiu imunitní odpovědi včel vyvolané tepelně usmrcenými bakteriemi jsme rovněž pozorovali významné sezónní rozdíly. Zimní včely prokázaly vyšší kapacitu humorální odpovědi, doloženou zvýšenou expresí genů antimikrobiálních peptidů. Tento trend byl potvrzen i podrobnějším výzkumem dynamiky humorální a buněčné imunity. Navíc jsme zjistili, že zimní včely neaktivují buněčnou imunitu, zatímco u letních včel byla pozorována jak humorální, tak buněčná imunitní odpověď. Tato práce přináší důležité poznatky o obranných mechanismech včel A. mellifera v reakci na různé parazitární a mikrobiální hrozby a poukazuje na oblasti, kde je potřeba dalšího výzkumu k podpoře zdraví a udržitelnosti včelích populací tváří v tvář rostoucím environmentálním tlakům.

Abstract:

Honey bees have long fascinated humanity due to their complex social structure and critical role in pollination. This study examines the seasonal physiological and immunological adaptations of the honey bee, Apis mellifera, with a focus on differences between short-lived summer bees and long-lived winter bees. It also explores the impact of several significant parasites and pathogens, including the parasitic mite (Varroa destructor), the pathogenic bacterium Paenibacillus larvae, and the deformed wing virus. Based on an analysis of the dynamics of various physiological and immune parameters of A. mellifera throughout the year, we identified three key biological markers – high levels of total proteins, the yolk protein vitellogenin, and increased total antimicrobial activity – that characterize the long-lived bee population. Using complex omics analyses, we described how these markers, essential for winter bees, are affected by the V. destructor parasite. Moreover, we gained extensive new insights into the impact of this parasite on the biology of winter bees. In studying the immune response of bees triggered by heat-killed bacteria, we observed significant seasonal differences. Winter bees exhibited a higher capacity for humoral response, evidenced by increased gene expression of antimicrobial peptides. This trend was confirmed through a detailed investigation of the dynamics of humoral and cellular immunity. Additionally, we found that winter bees do not activate cellular immunity, whereas both humoral and cellular immune responses were observed in summer bees. This work provides important insights into the defensive mechanisms of A. mellifera in response to various parasitic and microbial threats, highlighting areas where further research is needed to support the health and sustainability of bee populations facing increasing environmental pressures.

Keywords

Apis mellifera, immunity, seasonality, Varroa destructor, viruses, bacteria, dynamics

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 18. 11. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 6. 12. 2024
• Vedoucí: doc. RNDr. Pavel Hyršl, Ph.D.
• Oponent: James B. Burritt, Ph.D., Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Dalial Freitak

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Fyziologie, imunologie a vývojová biologie živočichů / Fyziologie, imunologie a vývojová biologie živočichů