Naturalna „tarcza” dla pszczół. Naukowcy wskazują niespodziewanego sprzymierzeńca

Naukowcy znaleźli wsparcie tam, gdzie mało kto zagląda.

Nowe badania zespołu z Washington College i Uniwersytetu Wisconsin-Madison pokazują, że w pyłku roślin kryje się mikroskopijny sojusznik pszczół i rolników. Bakterie żyjące na ziarnach pyłku wytwarzają naturalne antybiotyki, które ograniczają rozwój groźnych chorób pszczół i wielu upraw. To może radykalnie zmienić podejście do ochrony uli i pól – bez sięgania po kolejne dawki chemii.

Pszczoły pod presją chorób i chemii

Pszczoły miodne odpowiadają za zapylanie ogromnej części roślin uprawnych – od sadów, przez warzywa, po rośliny paszowe. Od lat ich kondycja budzi jednak niepokój. W ulach stwierdzono już ponad 30 różnych patogenów: wirusy, bakterie, grzyby i pasożyty. Taki koktajl zagrożeń uderza zarówno w same pszczoły, jak i w bezpieczeństwo żywnościowe.

Dotychczas główną linią obrony były antybiotyki i środki przeciwgrzybicze stosowane przez pszczelarzy. Skuteczność wielu preparatów słabnie, a niektóre bakterie – na przykład wywołujące zjadliwą zgnilca amerykańskiego – wykształciły już oporność na popularne substancje. Do tego dochodzą skutki uboczne: zaburzona mikroflora jelitowa pszczół, pozostałości leków w miodzie czy wosku, ryzyko dla środowiska.

Badacze postanowili przyjrzeć się nie kolejnemu preparatowi z laboratorium, ale temu, co pszczoły same przynoszą do ula razem z pyłkiem.

Pyłek to nie tylko białko. To także mikro-armia

W każdej zdrowej rodzinie pszczelej gromadzi się spore zapasy pyłku – to główne źródło białka, potrzebnego do rozwoju larw i produkcji mleczka. Analizy naukowców pokazały, że te kolorowe grudki pyłku wcale nie są jałowe. Przeciwnie, pełno w nich bakterii, z których duża część należy do grupy Actinobacteria.

Badacze wyizolowali 34 różne szczepy bakterii z pyłku świeżo zebranego z roślin oraz z pyłku składowanego już w ulu. Aż 72 procent z nich to przedstawiciele rodzaju Streptomyces – bakterii od dawna znanych z tego, że wytwarzają substancje o silnym działaniu antybakteryjnym i przeciwgrzybiczym. Przez dekady farmacja korzystała z nich jako źródła antybiotyków dla ludzi.

Te same typy bakterii pojawiały się zarówno na kwiatach, na ciałach zbieraczek, jak i w samych ulach. To wyraźny sygnał, że przenoszą się one z roślin do kolonii pszczół właśnie w trakcie oblotów i zbierania pyłku. Pszczoły nie tylko zdobywają pożywienie, ale przy okazji „zaszczepiają” swoje magazyny pożytecznymi mikrobami.

Skład tego miniaturowego ekosystemu zależy w dużej mierze od otoczenia. Im większa różnorodność roślin kwitnących wokół pasieki, tym bogatsza mikroflora towarzysząca pyłkowi. Monokultury uprawne – rozległe pola jednej rośliny – dostarczają pszczołom nie tylko uboższego pokarmu, ale też zubażają tę niewidoczną, bakteryjną „tarczę ochronną”.

Naturalne antybiotyki z pyłku kontra groźne choroby

Kluczowym etapem badań była próba sprawdzenia, czy bakterie z pyłku rzeczywiście potrafią hamować rozwój patogenów. Naukowcy zestawiali poszczególne szczepy z sześcioma niebezpiecznymi drobnoustrojami – trzema atakującymi pszczoły i trzema zagrażającymi roślinom uprawnym.

Ochrona larw w ulu

W przypadku pszczół pozytywne efekty okazały się bardzo wyraźne. Praktycznie wszystkie przebadane szczepy Streptomyces skutecznie ograniczały rozwój grzyba Aspergillus niger, odpowiedzialnego za tzw. kamieniec. Choroba ta sprawia, że larwy zamieniają się w twarde, „kamienne” twory i może długo rozwijać się w ulu niezauważona.

Część bakterii blokowała także wzrost Paenibacillus larvae, sprawcy zgnilca amerykańskiego. To jedna z najgroźniejszych chorób czerwia – bardzo zakaźna i w wielu krajach objęta obowiązkiem zgłaszania służbom weterynaryjnym. Jej pojawienie się w pasiece często kończy się spaleniem całych uli.

Ta sama broń działa też na choroby roślin

Te same bakterie z pyłku potrafiły hamować rozwój patogenów siejących spustoszenie na polach i w sadach. W testach znalazły się m.in. sprawcy bakteryjnych zgorzeli, więdnięcia i zgnilizn korzeni, atakujący takie rośliny jak jabłonie, pomidory czy ziemniaki. W wielu przypadkach wzrost szkodliwych bakterii wyraźnie spowalniał lub całkowicie ustawał pod wpływem metabolitów produkowanych przez Streptomyces.

Mikroorganizmy z pyłku nie tylko bronią larwy pszczoły w komórce plastra, ale równocześnie mogą chronić jabłoń czy ziemniaka w polu.

Co dokładnie wytwarzają bakterie z pyłku

Aby zrozumieć, skąd bierze się ta siła, naukowcy przeanalizowali substancje, które produkują izolowane bakterie. W próbkach pojawiło się kilka grup związków dobrze znanych mikrobiologom:

• PoTeMs – złożone makrolaktamy o działaniu przeciwbakteryjnym,
• surugamidy – cykliczne peptydy zdolne do unieszkodliwiania różnych drobnoustrojów,
• loboforiny – związki wykazujące silną aktywność przeciwdrobnoustrojową,
• sidrofor typu desferrioxamina – „pułapka” na żelazo, bez którego wiele patogenów nie jest w stanie się mnożyć.

Te substancje tworzą razem coś w rodzaju wieloskładnikowego koktajlu ochronnego. Działają w różnych miejscach komórki mikroba, utrudniając mu wzrost i rozprzestrzenianie się, przy niewielkiej szkodliwości dla innych organizmów żywych. To ważne, gdy myśli się o stosowaniu ich w otwartym środowisku, jak ul czy pole uprawne.

Jak roślinne bakterie trafiają do ula

Żeby ustalić pochodzenie tych pożytecznych mikrobów, badacze przeprowadzili analizy genomowe. Wynika z nich, że bakterie z pyłku nie są przypadkowymi pasażerami z kurzu. To tzw. endofity – organizmy żyjące wewnątrz tkanek roślin, w tym w kwiatach i zalążniach.

W ich genomach znaleziono zestaw genów typowych dla ścisłej współpracy z roślinami. Chodzi m.in. o enzymy rozluźniające ściany komórkowe, geny odpowiedzialne za produkcję roślinnych hormonów wzrostu czy układy pozwalające efektywnie przechwytywać żelazo z otoczenia. Wszystko to pomaga bakteriom zasiedlać roślinę i utrzymywać z nią stabilną relację.

Kiedy roślina wytwarza pyłek, część endofitów trafia do jego wnętrza. Pszczoły zbierają go na odnóżach, niosą do ula, mieszają z nektarem i śliną, a ostatecznie zasklepiają w komórkach plastra jako tak zwany pierzga. Wraz z tym procesem całe kolonie bakterii lądują w magazynach żywnościowych rodziny pszczelej i dalej produkują swoje bioaktywne związki.

Szansa na stabilniejsze ule i mniej chemii w rolnictwie

W wielu krajach pszczelarze wciąż opierają się na dwóch głównych antybiotykach: oksytetracyklinie i tylozynie. Tego typu środki trafiają potem w śladowych ilościach do miodu czy wosku i wpływają na całe mikrobiologiczne otoczenie ula. Patogeny stopniowo uczą się je obchodzić.

Zastosowanie pożytecznych bakterii z pyłku mogłoby odwrócić logikę tej walki. Zamiast próbować sterylizować ul, pszczelarz mógłby świadomie wspierać naturalny system obronny kolonii. Naukowcy wskazują, że wybrane szczepy Streptomyces – najlepiej lokalnego pochodzenia – da się potencjalnie „zaszczepić” w ulach, np. poprzez wzbogacony pyłek lub specjalne preparaty podawane rodzinom pszczelim.

Mikroby, z którymi roślina żyła w symbiozie, mogą stać się strażnikami zdrowia całej pasieki – bez konieczności sięgania po kolejne dawki leków.

Ten sam zestaw związków wytwarzany w ulu mógłby znaleźć zastosowanie na polach. Preparaty bazujące na bakteryjnych metabolitach lub na samych bakteriach stałyby się biologiczną alternatywą dla niektórych pestycydów syntetycznych. Szczególnie w ochronie sadów, warzyw i roślin, w których choroby bakteryjne generują duże straty.

Dlaczego różnorodność roślin wokół pasieki ma tak duże znaczenie

Cały opisany system wisi na jednym, często niedocenianym filarze: bogactwie roślin kwitnących. W uboższych, zdominowanych przez monokultury krajobrazach, pyłek pochodzi zwykle z niewielu gatunków. To oznacza mniej zróżnicowaną dietę dla pszczół, ale także skromniejszy zestaw endofitycznych bakterii. W efekcie naturalny „arsenał” antybiotyczny ula się kurczy.

W otoczeniu, gdzie kwitnie wiele dzikich bylin, krzewów, drzew i roślin łąkowych, pszczoły zbierają pyłek z kilkudziesięciu, a czasem kilkuset gatunków. Z każdym lotem przynoszą do ula nową porcję bakterii, które mogą uzupełniać się pod względem zdolności ochronnych. To jeden z mniej widocznych, ale bardzo konkretnych argumentów za przywracaniem miedz, pasów kwietnych przy polach i zadrzewień śródpolnych.

Co z tego wynika dla pszczelarzy i rolników

Dla pszczelarzy te badania są sygnałem, że warto inaczej spojrzeć na kwestie profilaktyki. Dbanie o dostęp do zróżnicowanej bazy pyłkowej, stawianie uli w pobliżu łąk kwietnych, parków czy pasów kwitnących roślin może realnie przełożyć się nie tylko na ilość miodu, ale też na odporność rodzin na choroby larw. W przyszłości rynek może wprowadzić preparaty oparte na wybranych szczepach Streptomyces, które będą elementem programów zdrowotnych pasiek.

Rolnicy zyskują natomiast dodatkowy argument za integrowaną ochroną roślin. Połączenie biologicznych środków ochrony – w tym tych inspirowanych bakteriami z pyłku – z ograniczonym, przemyślanym użyciem chemii może obniżyć ryzyko powstawania odporności patogenów i zmniejszyć koszty środowiskowe. Zdrowsze pszczoły oznaczają też stabilniejsze plony roślin wymagających zapylania.

W szerszej perspektywie widać tu ciekawą, trójstronną współzależność: rośliny żywią bakterie, bakterie pomagają roślinom i pszczołom, a pszczoły rozwożą mikroby między kolejnymi kwitnącymi gatunkami. Każde zaburzenie tej układanki – nadmierna chemizacja, zubażanie krajobrazu czy likwidacja miedz – odbija się na pozostałych elementach. Z kolei kilka pozornie prostych działań, takich jak wysiew pasów kwietnych czy zmniejszenie intensywności oprysków w czasie kwitnienia, może wzmocnić ten układ na długo.