Vliv Nosemy ceranae na život včely

Typický obrázek včelstva postiženého NC v pozdním létě před vykradením. Včely se během týdne až deseti dnů vytratí.

Úvod.

Biologie parazita Nosema Ceranae se příliš neliší od životních projevů hmyzomorky včelí (Nosema apis). Nápadný rozdíl lze však pozorovat v projevu choroby. U Nosema ceranae je průběh onemocnění mnohem rychlejší. Včely hynou asi po 8 dnech od nakažení. Choroba však není provázená průjmem, ani malátnými pohyby včel, jak je tomu u Nosema apis. Nakažené včely hynou většinou mimo úl. Včelstvo postupně slábne, až zůstane prázdný úl. Nosema ceranae má vhodné podmínky k vývoji již při 25 °C. Pokud je teplota pod touto hodnotou vytváří se pouze nezralé formy, ale jakmile se teplota v úle zahřeje na víc jak 34 °C, spory se začnou množit, jelikož bylo pro ni vytvořeno optimální teplotní prostředí. Klinické příznaky jsou velmi nejednotné, někdy připomínají příznaky klasické nosemózy, jindy včelaři nacházejí prázdné úly, což je taky někdy i důsledkem kombinovaného napadení Nosema ceranae a Varroa destruktor. Klinické příznaky se shodují jen v akutnějším, rychlejším průběhu končícím převážně úhynem včelstva.

Vliv NC na organismus a chování včely.

Negativní vliv parazita na organismus a prožívání jedince závisí na intenzitě infekce. Nakažené včely vykazují nutriční a energetický stres, způsobený v prvním řadě destrukcí střevního epitelu (Kurze et al., 2016). Jako obligátní intracelulární parazit je Nosema závislá na energii a živinách produkovaných hostitelem. Z buněk krade ATP a využívá ji k vlastní reprodukci (Williams et al., 2014). To může být příčina zvýšené metabolické aktivity v buňkách střevního epitelu, kterou parazit pravděpodobně podněcuje. Potvrzuje ji zvýšené množství proteinů klíčových v procesech energetického metabolismu, jako například podjednotky cytochromu C oxidázy, prekurzoru alfa-34 glukosidázy a beta podjednotky ATP syntézy (Kurze et al., 2016b). Buňka eventuálně přechází z účinnější oxidativní fosforylace na anaerobní glykolýzu, kdy jako zdroj energie využívá zásoby glykogenu. Nedostatek ATP má za následek poruchy v iontovém transportu přes membránu. V buňce se hromadí sodík, který narušuje integritu endoplazmatického retikula, a nakonec vede k odumření buňky. Toto je odborné vysvětlení škodlivosti parazita na vnitřní orgány včely.

Pár dní po infekci dochází k vážnému narušení epitelu trávicí soustavy. Buňky ztrácejí plazmu a postupně se přestává tvořit i peritrofická membrána, což umožňuje průnik dalších bakteriálních patogenů do tělesné dutiny (Dussaubat et al., 2012). Potrava není dokonale trávená, dochází k narušení metabolismu tuků a bílkovin. Nakažení jedinci trpí větším hladem ve snaze vykompenzovat ztrátu živin (Mayack a Naug, 2009). V takto narušeném střevě dochází zvýšené expresi enzymů odpovědných za produkci reaktivních kyslíkových radikálů (ROS = Reactive Oxygen Species), které jsou mocnou součástí buněčné imunity. Na ROS navazuje zvýšená produkce hostitelských antioxidačních enzymů chránících organismus před vysokým oxidačním stresem (Dussaubat et al., 2012; Vidau et al., 2014).

Obr. 1: Intracelulární část životního cyklu parazita N. ceranae: a) vniknutí sporoplazmy do buňky epitelu střeva prostřednictvím pólového vlákna; b) sporoplazma je sférického tvaru; c) vzniká vřetenovitý Meront; d) a e) dělení merontů, kteří zůstávají v párech; f) diferenciace do sporontů, které v závěru dávají vznik spórám.

Meronty N. apis a N. ceranae se po infekci mezi 48 a 96 h po infekci přemění buď na primární spóry, nebo na zralé spory životního prostředí. Primární spóry jsou produkovány binárním štěpením sporontu a tvoří dva sporoblasty, z nichž každý má tenkou spórovou stěnu a krátké polární vlákno. Primární spóry jsou schopny přenášet infekci do sousedních buněk prostřednictvím autoinfekce (tj. spontánní klíčení) (Becnel a Andreadis 1999). Hlavními rozdíly ve vývoji a morfologii mezi primárními sporami a zralými spórami jsou tlustá spórová stěna a delší polární vlákno pozdějšího. Nakonec se infikovaná buňka těsně nacpe parazity, což vede k prasknutí a uvolnění spór do střevní buněčné dutiny. Zralé spóry mohou procházet konečníkem ve stolici, sloužící jako očkovací látka pro jiné včely, nebo mohou zůstat ve středním střevě, aby infikovali jiné buňky.

Autoři také pozorovali u infikovaných dělnic inhibici genů zapojených do buněčné signalizace, komunikace, a řady buněčných procesů včetně fosforylace a udržování tkáňové homeostázy. Výsledky tedy naznačují aktivní inhibici obnovy a udržování střevní tkáně parazitům Nosema. Ve výsledku se nákaza odrazí na zvýšené mortalitě v terénních i laboratorních podmínkách (Aufauvre et al., 2014; Goblirsch et al., 2013). Dalším významným negativním vlivům na organizmus hostitele je inhibice imunitních reakcí. U experimentálně infikovaných dělnic mikrosporídiou N. ceranae byla ve více studiích prokázaná omezená schopnost organizmu reagovat na antigenní podnět tvorbou protilátek nebo buněčnou reakcí, čili imunodeprese (Antunez et al., 2009; Chaimanee et al., 2012). N. ceranae snižuje expresi AMP (zejména abaecínu a defenzínu) již po 4 dnech od infekce, kdy je střevní epitel ještě velmi málo narušený. Z dlouhodobého hlediska potlačení exprese AMP přetrvává a se zvyšující se koncentrací spór v organismů se zesiluje. Kromě AMP Nosema potlačuje i expresi genů, které jsou spojeny s aktivitou PRR (pathogen related receptors), jakož i aktivitu signálních drah Toll a IMD (Li et al., 2018). N. ceranae je také schopna zabraňovat apoptóze infikovaných buněk střeva, čímž se chrání před zničením a zlepšuje svůj reprodukční úspěch (Higes et al., 2013). apoptóza v buňkách střevního epitelu hmyzu může být aktivována pouze prostřednictvím mitochondrií, proto je pravděpodobné, že Nosema ovlivňuje geny právě z této oblasti, konkrétně blokováním aktivity kaspázy a blokováním uvolnění cytochromu C z mitochondrií (Huang et al., 2016). Na vývoj imunologických a fyziologických parametrů infekce má vliv i věk, během něhož byly včely infikované. Roberts a Hughes (2014) sledovali kvantitativní změnu množství PO a PPO jako míru imunokompentence nakažených jedinců. Zjistili, že starší nakažené včely měli sice více spór v organismu, zároveň však byli schopni infekci lépe odolávat.

V porovnání s o dva týdny mladšími infikovanými jedinci měli nižší koncentraci PPO, který je nepřímo úměrný koncentraci spór v organismu. To naznačuje buď vliv je postupné zhoršování imunitního systému věkem včely nebo celkového stresu. Jak bylo již zmíněno výše, Nosema infikuje všechny kasty, přičemž její vliv na jejich fyziologii se někdy liší. Infikované královny mají na rozdíl od dělnic zvýšenou produkci vitellogeninu, důležitého proteinu asociovaného s produkcí vajíček s antioxidačními vlastnostmi, který je spojován s dlouhověkostí (Alaux et al., 2011b). Vyskytuje se v Hemolymfě a je produkován v tukové tělísku, hlavní zásobárně energie. U infikovaných dělnic bývá obsah tukového tělíska redukován, a to zejména u zimních včel, což se projeví na sníženém dožívání. Tukové tělísko královen se nelišilo od zdravých včel, takže vyšší produkce vitellogeninu je pravděpodobně výsledkem snahy kompenzovat oxidační stres. Královny mají také zvýšenou produkci feromonu QMP (Queen Mandibular Pheromone), který se uplatňuje při správném fungování kolonie a regulaci behaviorálního dospívání dělnic (Alaux et al., 2011b). U dělnic parazit ovlivňuje produkci feromonu ethyl oleátu, který reguluje dělbu práce (Dussaubat et al., 2010). Behaviorální změny u infikovaných včel zahrnují například dřívější přechod krmiček ke sbírání potravy (Goblirsch et al., 2013). N. ceranae u infikovaných včel ovlivňuje řadu fyziologických parametrů spojených s tímto procesem. Urychluje pokles koncentrace lipidů v organismu, množství vitellogeninu, či produkci feromonů. U zdravých včel je snižování lipidů v Hemolymfě přirozený proces. Je to znak stárnutí a přechodu k létavkám (Toth et al., 2005), spojený s poměrem koncentrace vitellogeninu a juvenilního hormonu a dalších látek. U infikovaných včel je pokles lipidů výrazně dřívější a intenzivnější, což může daný proces urychlovat (Li et al., 2018). Obsah vitellogeninu a juvenilního hormonu v Hemolymfě dělnic je také parazitem pozměněn, což se pravděpodobně odráží na behaviorálních změnách (Garrido et al., 2016). Infikované létavky častěji vylétávají za potravou, jejich let je přerušovanejší, a úspěšnost navrácení se po sběru potravy do úlu je výrazně nižší (Wolf et al., 2014). Dosud není jasné, zda předčasné výlety za potravou a snížená schopnost navrácení se jsou ve prospěch parazita ve snaze rozšířit své spóry mimo úl, nebo naopak obranný mechanismus, jak se zbavit nakažených jedinců a snížit koncentraci patogenu v kolonii. Druhou možnost však podporuje skutečnost, že včely, které se nevrátily, umírají mimo úlu, čeho příčinou může být například již zmíněný energetický stres. Spóry se tedy nemají jako dále rozšířit mezi cizí kolonie, což je pro parazita nevýhodné. takové altruistické chování, kdy nakažený jedinec opustí kolonii, aby zabránil šíření patogenu, bylo prokázáno u několika druhů sociálního hmyzu, a pravděpodobně tvoří mocný prvek sociální imunity (Rueppell et al., 2010). Smrt infikovaných sběraček může vyvolávat dřívější přechod i u nenakažených krmičiek k sběru potravy, ve snaze nahradit chybějící pracovní sílu. Tyto včely jsou však méně efektivní a dochází k vysokým ztrátám, což má za následek nedostatek potravy pro celé včelstvo. Z dlouhodobého hlediska se jedná neudržitelnou situaci, která vede ke kolapsu celé kolonie (Perry et al., 2015).

V kontextu tohoto vloženého článku musím konstatovat, že se mi podařilo NC podstatně eliminovat kyselinovou clonou a pelyňkem podávaným do zimního krmení.