Včely, mikrobiota a nosema

Mikrobiota, tedy komplex všech mikroorganismů žijících v hostitelském organismu, se v posledních letech dostává do popředí vědeckého zájmu napříč obory. Moderní výzkumy nám umožňují proniknout hlouběji do vztahů mezi mikroorganismy a jejich hostiteli a odhalují, jak zásadní roli tyto mikroskopické společenstva hrají pro zdraví a stabilitu organismů.

Znalosti o mikrobiotě se již promítly do praxe – například v medicíně je využití probiotik a prebiotik naprosto běžné. Složení mikrobiomu konkrétního jedince odráží jeho zdravotní stav a může naznačovat přítomnost či riziko onemocnění. U lidí je však složení mikrobioty výrazně individuální, ovlivněné stravou, prostředím i životním stylem, což ztěžuje určení „ideálního“ mikrobiomu.

Včely jako ideální model pro studium mikrobioty

Včely představují vynikající model pro zkoumání mikrobioty díky své nižší variabilitě mezi jednotlivci. Ačkoliv i u nich existují rozdíly například vlivem víceotcovství matky (Goblirsch, 2018), složení včelího mikrobiomu je mnohem stabilnější než u lidí. Včelí mikrobiota se skládá z devíti hlavních skupin mikroorganismů, tzv. jádrové (core) mikrobioty, které napomáhají trávení, posilují imunitu a ovlivňují celkovou vitalitu včelstva.

Zdraví a stabilitu včelího superorganismu ovlivňuje mnoho faktorů – jedním z nejvýznamnějších je schopnost kolonie vypořádat se s parazity. Parazitace je dnes běžnou součástí života včelstev a její zvládání patří i mezi důležité úkoly každého včelaře.

Nosema a rovnováha v úlu

Homeostáza znamená udržování vnitřní rovnováhy. Pokud je tento stav narušen, vzniká nestabilita, v rámci mikrobioty označovaná jako disbióza. Zdravá a vyvážená střevní mikrobiota brání rozvoji patogenů, podílí se na metabolismu včel a podporuje jejich imunitní systém. Když dojde k rozvrácení této rovnováhy, stává se včelstvo náchylnější k nemocem a dalším stresovým faktorům (Goblirsch, 2018).

Jedním z hlavních patogenů narušujících homeostázu včel je mikrosporidie Nosema, patřící do skupiny hub (Fungi). Její přítomnost vede ke zkracování života dělnic a snížení populační rovnováhy v úlu. Včely s infekcí Nosema vykazují hormonální disbalanci – mají zvýšené hladiny juvenilního hormonu a feromonu ethyl oleátu, ale sníženou hladinu vitelogeninu. Tyto změny způsobují rychlejší dospívání a následné vyčerpání včel, což může vést až k oslabení či kolapsu včelstva (Higes et al., 2013).

Dva druhy parazita Nosema

Pod označením Nosema spp. rozlišujeme dva druhy mikrosporidií napadajících Apis mellifera – Nosema apis a Nosema ceranae. Druh N. ceranae byl původně znám pouze u asijské včely Apis cerana, ale od počátku nového tisíciletí se rozšířil i do Evropy. Později bylo zjištěno, že zde mohl být přítomen už dříve, ovšem bez zachycení dostupnými diagnostickými metodami.

Nosema spp. je obligátní parazit – ke svému rozmnožování potřebuje buňku hostitele, která mu poskytne potřebné živiny a prostředí. Infekce se šíří pomocí spor, jejichž způsob působení závisí na stupni zralosti a podmínkách prostředí. Zralé (environmentální) spory chrání silný chitinem vyztužený obal a umožňují parazitovi dlouhodobé přežití mimo hostitele. Nákaza probíhá pomocí speciálního vlákna, které se z vystřelené spory přichytí na buňku a přenese infekční obsah dovnitř (Goblirsch, 2018).

Infekce Nosema je pro včely velkou zátěží a vyžaduje zodpovědný přístup včelaře. Porozumění vztahům mezi mikrobiotou, zdravím včel a přítomností Nosema je klíčem k udržení silných a životaschopných včelstev.

Diagnostika Nosema spp.

Určení přítomnosti Nosema spp. ve včelstvu není vždy jednoznačné a přesné diagnostické metody bývají předmětem diskuze. Moderní metoda PCR dokáže odhalit genetickou informaci patogenu s vysokou citlivostí, avšak její časová i finanční náročnost ji činí vhodnější pro vědecké účely než pro běžnou praxi včelařů. Naopak mikroskopické vyšetření představuje cenově dostupnou a rychlou alternativu. Díky charakteristickému tvaru a světelným vlastnostem spor je tato metoda snadno proveditelná i v základních podmínkách včelařských laboratoří.

Otázkou však zůstává, do jaké míry samotné množství spor skutečně vypovídá o závažnosti infekce. Odborné studie ukazují, že počet spor nemusí přesně odpovídat míře oslabení včelstva. Například u létavek může těsně před úhynem dojít k defekaci, při které včely vyloučí velkou část spor, a výsledek analýzy se tak zkreslí. Z tohoto důvodu je důležité porovnávat výsledky pouze mezi výzkumy s identickým metodickým postupem.

Zajímavou souvislost odhalily i práce zabývající se vztahem mezi příjmem pylu a množstvím spor v organizmu. Vyšší spotřeba pylu bývá často doprovázena vyšším počtem spor, avšak nelze z toho vyvozovat, že pyl přispívá k nákaze. Naopak – pyl je pro včely klíčovým zdrojem energie a bílkovin a jeho dostatek podporuje vitalitu, imunitu i odolnost vůči patogenům. Studie prokázaly, že hladina hormonu vitelogeninu (Vg), který odráží celkovou „robustnost“ včelstva, úzce souvisí právě s kvalitou a množstvím pylových zásob (Goblirsch, 2018).

Práce zabývající se syndromem zhroucení včelstev (CCD) navíc ukázaly, že průměrný počet spor se může lišit i podle období, ve kterém kolonie zanikne. V zimě bývá koncentrace spor na jednoho jedince vyšší než v letních měsících (Higes et al., 2013).

Jedním z nejčastějších praktických opatření v boji s Nosema spp. je výměna matky. Záměna staré matky za mladou napomáhá obnově vitality včelstva a podle výzkumů snižuje výskyt infekce jak u létavek, tak u dělnic uvnitř úlu (Higes et al., 2013).

Nosema spp. a souvislost s dalšími onemocněními

Infekce Nosema spp. se často vyskytuje v kombinaci s dalšími parazitickými nákazami. Často bývá zmiňován roztoč Varroa destructor, který může průběh onemocnění zhoršovat. Zároveň se předpokládá, že sama Nosema spp. může působit jako přenašeč či aktivátor některých virových chorob. Například mezi výskytem Nosema ceranae a virem chronické paralýzy včel (CBPV) existuje pozitivní souvislost (Goblirsch, 2018).

Naopak u viru deformovaných křídel (DWV) byla zjištěna korelace opačná – silnější výskyt jednoho patogenu často znamená nižší výskyt druhého. Tento jev souvisí s rozdílnou „životní strategií“ obou organismů. Zatímco Nosema spp. napadá dospělé včely, DWV se šíří především v plodovém stadiu, a jejich infekční cykly se tak vzájemně překrývají jen omezeně.

Jak se liší Nosema apis a Nosema ceranae

Mikrosporidie dlouhou dobu představovaly záhadu – jejich jednoduchá buněčná stavba připomínala bakterie, což vedlo ke sporům o jejich zařazení. Dnes již víme, že jde o houby, které se v evoluci přizpůsobily parazitickému způsobu života a své tělní struktury zredukovaly na nezbytné minimum. Rozluštění genetické informace obou druhů (N. ceranae v roce 2009 a N. apis v roce 2013) umožnilo vědcům odhalit zásadní rozdíly v jejich genetické výbavě (Chen et al., 2013).

Zatímco N. ceranae má více genů souvisejících s energetickým metabolismem a dokáže tak efektivněji využívat zdroje hostitelského organismu, N. apis se jeví jako odolnější vůči vnějším podmínkám. N. ceranae navíc lépe překonává imunitní obranu včel, což může vysvětlovat její rozšíření a dominanci v současných populacích včel.

Zvláštní výzvu pro výzkum představuje vnitrodruhová variabilita spor N. ceranae – genetické rozdíly mezi spory pocházejícími z jednoho hostitele naznačují komplikovaný způsob rozmnožování nebo možnou přítomnost více kmenů v jedné infekci. Tato proměnlivost komplikuje fylogenetické výzkumy a určování příbuzenských vztahů mezi druhy (Higes et al., 2013).

Vědci se zaměřují především na dvě oblasti, v nichž se druhy Nosema spp. mohou lišit – na místo výskytu spor v těle včely a na jejich produkci. N. apis se nachází především v trávicím traktu a má výraznou tkáňovou specifitu. U N. ceranae byla DNA sice detekována i v jiných částech těla, avšak původ infekce je opět v trávicím ústrojí (Huang & Solter, 2013).

Přesné určení vyžaduje nesmírnou pečlivost, protože při pitvě včel hrozí kontaminace vzorků. PCR výsledky proto musí být interpretovány s opatrností. Výzkumy dále ukázaly, že N. ceranae produkuje menší počet primárních spor, ale více zralých (environmentálních) spor schopných přenášet infekci na nové jedince. Rozdíly byly zaznamenány také v rychlosti zrání spor a v denní produkci (Huang & Solter, 2013).

Ačkoliv starší studie přisuzovaly N. ceranae evoluční výhodu v rychlejší reprodukci, novější výzkumy jsou zdrženlivější – ukazují, že konkurenční vztah mezi oběma druhy může být komplexnější a závislý na konkrétních podmínkách prostředí (Forsgren & Fries, 2010).

Trocha ekologie

Infekce Nosema spp. bývá často součástí komplexnějších zdravotních problémů včelstev a jen zřídka je přímou příčinou jejich úhynu. Obvykle doprovází další zátěžové faktory – např. napadení roztočem Varroa destructor, nadměrné používání pesticidů, nedostatek pestré pastvy, monotónní krajinu či vysokou hustotu včelstev v dané oblasti. V pochopení těchto vztahů je klíčem samotná ekologie vztahu mezi hostitelem a parazitem.

Parazitismus je prastarý jev, který je starší než samotná existence eukaryotické buňky. I naše buněčné mitochondrie nesou stopy tohoto dávného soužití, kdy kdysi pravděpodobně představovaly původně parazitické organismy. Vztah mezi parazitem a hostitelem není nikdy neměnný – vyvíjí se v čase v neustálém „evolučním boji“, ve kterém se oba aktéři střídavě přizpůsobují jeden druhému, až může nakonec vzniknout křehká rovnováha, označovaná jako kompatibilita.

Souboj mezi včelami a Nosema spp.

Podobnou dynamiku lze pozorovat i u vztahu mezi včelou medonosnou (Apis mellifera) a Nosema spp.. Protože tyto mikrosporidie žijí uvnitř buněk, potřebují se vyhnout pozornosti imunitního systému hostitele. Zdravé včely dokážou infikované buňky odstranit pomocí tzv. programované buněčné smrti (apoptózy), podobně jako to probíhá v organismu člověka. Cílem Nosema spp. je tento proces vypnout, aby se mohla nerušeně množit.

Vědci sledovali rozdíly mezi včelami tolerantními a citlivými vůči infekci Nosema ceranae. Ukázalo se, že citlivé včely apoptózu skutečně potlačují, což umožňuje parazitu v těle přežít. Naopak tolerantní včely uchovávají poškozené buňky ve střevě, odkud je později přesunou do rekta a vyloučí z těla ven. Tento mechanismus představuje významnou přirozenou obranu včel proti šíření infekce.

Rovnováha jako klíč k životu včelstva

Provázanost mezi včelí kolonií, její mikrobiotou a parazitickými organismy je nesmírně složitá. Všechny tyto vztahy se opírají o princip rovnováhy – jakmile se tato křehká rovnováha naruší, dochází k destabilizaci celého systému. Včelstvo jako superorganismus je živým důkazem toho, že harmonie, spolupráce a vyváženost jsou základem zdraví a stability.

Ať nám proto včely slouží jako připomínka toho, že rovnováha, trpělivost a skromnost jsou hodnoty, které stojí za to chránit – nejen ve včelstvu, ale i v našem vlastním životě.

Zdroje

Forsgren, E., & Fries, I. (2010). Comparative virulence of Nosema ceranae and Nosema apis in individual European honey bees. Veterinary Parasitology, 170(3–4), 212–217.
Goblirsch, M. (2018). Nosema ceranae disease of the honey bee (Apis mellifera). Apidologie, 49(1), 131–150.
Higes, M., Meana, A., Bartolomé, C., Botías, C., & Martín‐Hernández, R. (2013). Nosema ceranae (Microsporidia), a controversial 21st century honey bee pathogen. Environmental Microbiology Reports, 5(1), 17–29.
Huang, W. F., & Solter, L. F. (2013). Comparative development and tissue tropism of Nosema apis and Nosema ceranae. Journal of Invertebrate Pathology, 113(1), 35–41.
Chen, Y. P., Pettis, J. S., Zhao, Y., Liu, X., Tallon, L. J., Sadzewicz, L. D., ... & Evans, J. D. (2013). Genome sequencing and comparative genomics of honey bee microsporidia, Nosema apis reveal novel insights into host-parasite interactions. BMC Genomics, 14, 1–16.