Hlavním předmětem zájmu je včela medonosná Apis mellifera. Výzkum je však zaměřen také na další druhy z čeledi včelovití (Apidae). Významným modelovým druhem je dále čmelák zemní Bombus terrestris a samotářské včely, zejména zednice rezavá Osmia bicornis (synonymum Osmia rufa).
Výzkum včel se zabývá biologií a ekologií modelových druhů. Zvláštní pozornost tým věnuje vlivu pesticidů na včely jakožto klíčové necílové organismy, které jsou ohrožovány zemědělskou činností (obr. 1). Zemědělská činnost a pesticidy ohrožují včelu medonosnou, čmeláky a samotářské včely různým způsobem, což souvisí s jejich životní strategií, evolučním stupněm a s jejich patogeny (obr. 2). Výzkum proto zohledňuje různé aspekty biologie modelových druhů.
Problém varroózy
Velmi významným faktorem, který má vliv na včelu medonosnou, ale ne na čmeláky nebo samotářské včely, je invazní ektoparazitický roztoč kleštík zhoubný (též kleštík včelí) Varroa destructor. Varroa se stal od doby přechodu ze včely východní Apis cerana na naši evropskou včelu Apis mellifera zásadním faktorem zodpovědným za úhyny včelstev. Tyto úhyny mají často charakter lokálních sezónních fluktuací.
Ve své podstatě spočívá hlavní problém v interakci mezi roztočem Varroa a patogeny, které přenáší a zesiluje jejich vliv na včelstva. Jsou jimi zejména viry, jako je virus deformovaných křídel (DWV, Deformed Wing Virus) a virus akutní paralýzy (ABPV, Acute Bee Paralysis Virus). Oba viry roztoč přenáší a výzkum realizovaný v Ruzyni podtrhuje pravděpodobnost, že se viry v roztoči nemnoží (Erban a kol. 2015, 2019 a).
Vliv interakce Varroa a virů je jedním z témat, kterému se aktivně věnujeme. V minulosti jsme popsali interakci na úrovni Varroa – DWV pomocí vysokokapacitního proteomického přístupu (Erban a kol. 2019 a). Na modelu líhnoucích se včelích dělnic jsme zjistili, že roztoč má větší vliv na změny v proteomu než samotný DWV. Navíc jsme popsali dráhy, které zesiluje interakce, tzn. společné působení mezi Varroa a DWV (obr. 3). Získali jsme mnoho molekulárních markerů, které využíváme pro další výzkum. V současnosti ve výzkumu pokračujeme, a navíc se snažíme získat informace o interakci na „vyšší“ úrovni, přičemž v experimentálním výzkumu zvažujeme interakci nejen Varroa – virus, ale také další faktory, jako jsou pesticidy.
Mikrobiom včel
Obdobnou úroveň interakce zkoumáme také pro další parazity včely medonosné. Na tomto výzkumu pracujeme společně s výzkumnými skupinami z centra BIOCEV (Biotechnologické a biomedicínské centrum Akademie věd a Univerzity Karlovy ve Vestci) a Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, zejména s RNDr. Ruth Tachezy, Ph.D., prof. RNDr. Janem Tachezym, Ph.D., a doc. RNDr. Janem Votýpkou, Ph.D.
Jedním z významných témat je poznání bakteriálního mikrobiomu včel. Zajímá nás nejen role prospěšných, ale také patogenních bakterií.
V minulosti jsme v námi řešených projektech aplikovali vysokokapacitní metody sekvencování (NGS, next generation sequencing) na případy hniloby včelího plodu (Erban a kol. 2017 a) a moru včelího plodu (Erban a kol. 2017 b). Naše publikace byly vlastně první, které tato závažná bakteriální onemocnění včel v klinických případech analyzovaly pomocí NGS (obr. 4). Námi publikovaná práce navíc stála za znovuobjevením hniloby včelího plodu v České republice po 40 letech (Erban a kol. 2017 a).
V oblasti výzkumu bakteriálních chorob včel jsme získali nové poznatky o tom, jak je bakteriální mikrobiom ovlivněn klinickou přítomností obou onemocnění. Výzkumu těchto bakteriálních chorob včely medonosné se nadále věnujeme. Pomocí proteomických metod jsme například popsali rozdíly mezi různě virulentními kmeny Paenibacillus larvae, původcem moru včelího plodu, a identifikovali jsme klíčové faktory produkující různě virulentní kmeny P. larvae do svého okolí (Erban a kol. 2019 b). V současnosti pracujeme s prof. Ing. Jaroslavem Hrabákem, Ph.D., z Biomedicínského centra Lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Plzni a MVDr. Martinem Kamlerem z Výzkumného ústavu včelařského, s. r. o., v Dole na získání dalších nových poznatků o virulenci P. larvae.
Včelí virom
Jedním z důležitých témat současnosti, na kterém se náš tým podílí, je výzkum věnovaný viromu včel a s ním související recentní publikace Kadlečková a kol. (2022). O tomto výzkumu, na kterém pracujeme společně s výzkumnou skupinou RNDr. Ruth Tachezy, Ph.D., více v samostatném článku
Zkoumání včelích produktů
V neposlední řadě se věnujeme výzkumu včelích produktů. Největší pozornost zaměřujeme na med jako na nejvýznamnější produkt včely medonosné. Pomocí proteomických metod jsme popsali proteom včelího (Erban a kol. 2019 c) a čmeláčího medu (Erban a kol. 2022). Proteom medu využíváme jako nástroj pro hledání rozdílů ve stupni eusociality mezi vysoce eusociální včelou medonosnou a primitivně eusociálním čmelákem zemním. Proteiny sekretované do medu včelami a čmeláky lze totiž porovnávat.
Totéž neplatí pro mateří kašičku, protože čmeláci ji neprodukují, což je zásadním rozdílem. Právě proteiny odvozené od mateří kašičky jsou klíčovými proteiny medu včely medonosné, tato evoluční výhoda čmelákům v medu schází.
Nejdůležitějším směrem výzkumu naší skupiny z praktického hlediska samotných včelařů je rozpoznání pravosti a kvality medu. Pomocí námi vyvinutých postupů a aplikací proteomiky dokážeme identifikovat falšovaný med novým způsobem (Erban a kol. 2020, 2021 a, b). Na tomto výzkumu spolupracujeme opět s centrem BIOCEV, konkrétně s Mgr. Karlem Harantem a Mgr. Pavlem Talackem. Tematiku aplikace proteomiky v autenticitě medu dále rozvíjíme.
Poděkování: Tento text vznikl s podporou Institucionální a účelová podpora Ministerstva zemědělství RO0418.
Literatura:
1. Erban T., Harant K., Hubalek M., Vitamvas P., Kamler M., Poltronieri P., Tyl J., Markovic M., Titera D. 2015. In-depth proteomic analysis of Varroa destructor: detection of DWV-complex, ABPV, VdMLV and honeybee proteins in the mite. Scientific Reports 5: 13907. DOI: 10.1038/srep13907.
2. Erban T., Sopko B., Kadlikova K., Talacko P., Harant K. 2019 a. Varroa destructor parasitism has a greater effect on proteome changes than the deformed wing virus and activates TGF-β signaling pathways. Scientific Reports 9: 9400. DOI: 10.1038/s41598-019-45764-1.
3. Erban T., Ledvinka O., Kamler M., Hortova B., Nesvorna M., Tyl J., Titera D., Markovic M., Hubert J. 2017 a. Bacterial community associated with worker honeybees (Apis mellifera) affected by European foulbrood. PeerJ 5: e3816. DOI: 10.7717/peerj.3816.
4. Erban T., Ledvinka O., Kamler M., Nesvorna M., Hortova B., Tyl J., Titera D., Markovic M., Hubert J. 2017 b. Honeybee (Apis mellifera) – associated bacterial community affected by American foulbrood: detection of Paenibacillus larvae via microbiome analysis. Scientific Reports 7: 5084. DOI: 10.1038/s41598-017-05076-8.
5. Erban T., Zitek J., Bodrinova M., Talacko P., Bartos M., Hrabak J. 2019 b. Comprehensive proteomic analysis of exoproteins expressed by ERIC I, II, III and IV Paenibacillus larvae genotypes reveals a wide range of virulence factors. Virulence 10 (1): 363–375. DOI: 10.1080/21505594.2019.1603133.
6. KadleČkovÁ D., Tachezy R., Erban T., Deboutte W., NunvÁŘ J., SalÁková M., Matthijnssens J. 2022. The virome of healthy honey bee colonies: ubiquitous occurrence of known and new viruses in bee populations. mSystems (v tisku). DOI: 10.1128/msystems.00072-22.
7. Erban T., Shcherbachenko E., Talacko P., Harant K. 2019 c. The unique protein composition of honey revealed by comprehensive proteomic analysis: allergens, venom-like proteins, antibacterial properties, royal jelly proteins, serine proteases, and their inhibitors. Journal of Natural Products 82 (5): 1217–1226. DOI: 10.1021/acs.jnatprod.8b00968.
8. Erban T., Shcherbachenko E., Talacko P., Harant K. 2022. Honey proteome of the bumblebee Bombus terrestris: similarities, differences, and exceptionality compared to honey bee honey as signatures of eusociality evolution. Apidologie 53 (1): 16. DOI: 10.1007/s13592-022-00928-3.
9. Erban T. 2020. Sada proteinových markerů pro určení přítomnosti klíčových proteinů ze včel a detekci kontaminace medu cizími amylázami původem z hub druhu Aspergillus niger a bakterií Bacillus amyloliquefaciens a Bacillus licheniformis: užitný vzor číslo 34171. Úřad průmyslového vlastnictví, Praha. URL: https://isdv.upv.cz/doc/FullFiles/UtilityModels/FullDocuments/FDUM0034/uv034171.pdf
10. Erban T., Shcherbachenko E., Talacko P., Harant K. 2021 a. A single honey proteome dataset for identifying adulteration by foreign amylases and mining various protein markers natural to honey. Journal of Proteomics 239: 104157. DOI: 10.1016/j.jprot.2021.104157.
11. Erban T., Shcherbachenko E., Talacko P., Harant K. 2021 b. Metodika pro identifikaci cizích amyláz v medu: certifikovaná metodika. Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha, 25 s. ISBN: 978-80-7427-356-8. URL: https://www.vurv.cz/wp-content/uploads/2021/12/Erban_et_al._metodika_MED_cizi_amylazy.pdf
