Γιατί τα συμπληρώματα πρωτεινών μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση απωλειών των μελισσιών

Gloria Degrandi-Hoffman και Yanping Chen
Κέντρο Έρευνας των Μελισσών «Carl Hayden», Υπουργείο Γεωργίας ΗΠΑ, Tucson Arizona,
Εργαστήριο Έρευνας των Μελισσών, Υπουργείο Γεωργίας ΗΠΑ, Beltsville, Maryland
Η διασύνδεση μεταξύ της διατροφής, της διάρκειας ζωής των εργατριών, της ανάπτυξης των μελισσιών και της επιβίωσής τους γίνεται όλο και πιο σαφής. Αν και στο παρελθόν η καλή διατροφή ήταν απαραίτητη για την ανάπτυξη των μελισσιών και την παραγωγή μελιού, σήμερα είναι απαραίτητη για την αποτροπή των απωλειών.

Χάνουμε περισσότερα μελίσσια τώρα από οποιαδήποτε άλλη στιγμή στην πρόσφατη ιστορία. Η θάνατοι μελισσιών οφείλονται στη βαρρόα, σε ασθένειες όπως η νοζέμα, σε ζιζανιοκτόνα και στο CCD, η αιτία του οποίου παραμένει άγνωστη. Ίσως η ανεπαρκής διατροφή αποτελεί υποκρυπτόμενο παράγοντα των απωλειών αυτών. Η σταθερή διαθεσιμότητα γύρης ασφαλίζει την ανάπτυξη μελισσιών λόγω του περιεχόμενου της σε πρωτεΐνες, απαραίτητες τόσο για τις ενήλικες μέλισσες όσο και για το γόνο. Μια επαρκής ποσότητα γύρης είναι επίσης σημαντική για την βελτιστοποίηση της διάρκειας ζωής των εργατριών, επειδή οι εργάτριες σε μελίσσια με μικρά αποθέματα γύρης αφήνουν τη φωλιά πιο νωρίς στην ενήλικη τους ζωή για την αναζήτηση τροφής. Πόσο θα ζήσει μια εργάτρια εξαρτάται από το πότε θα φύγει από την κυψέλη για αναζήτηση τροφής. Αυτές οι εργάτριες που βγαίνουν πιο νωρίς πεθαίνουν πριν από αυτές που συνεχίζουν τις δραστηριότητες μέσα στην κυψέλη. Επομένως, μελίσσια με περιορισμένη κατανάλωση πρωτεϊνών φθίνουν, λόγω συνδυασμού του μειωμένου γόνου και της μικρότερης διάρκειας ζωής των ενηλίκων εργατριών. Στην περίπτωση που υπάρχουν παράσιτα και άλλα παθογόνα, η μείωση του πληθυσμού μπορεί να είναι τόσο δραματική, ώστε να χαθεί το μελίσσι.

Εκτός από την επίδραση της διατροφής (συγκεκριμένα της διαθεσιμότητας πρωτεϊνών) στην ανάπτυξη των μελισσιών, η διατροφή παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην ανοσοποιητική αντίδρασή τους σε παθογόνα. Στα μελίσσια η ανεπάρκεια πρωτεϊνών, που επηρεάζει την ανοσοποιητική αντίδραση μπορεί να επιταχύνει την μετάδοση ασθενειών μεταξύ τους, με αποτέλεσμα την αύξηση της ποσότητας των παθογόνων και στη συνέχεια τη μείωση της μακροβιότητας και της επιβίωσής τους. Συνεπώς, αυτό που ξεκίνησε ως διατροφική ανεπάρκεια αναπτύσσεται σε απώλεια μελισσιών λόγω ασθένειας.

Οι μέλισσες χρειάζονται τη γύρη για την περιεκτικότητά της σε πρωτεΐνες και σε άλλες θρεπτικές ουσίες όπως λιπίδια, στερόλες, βιταμίνες, ιχνοστοιχεία και υδατάνθρακες. Η αφομοίωση γίνεται μερικώς στο μέσο έντερο των μελισσών, αλλά ο κύριος τρόπος με τον οποίο οι θρεπτικές ουσίες από τη γύρη γίνονται διαθέσιμες είναι μέσω της μετατροπής της γύρης σε βασιλικό πολτό. Η μετατροπή αυτή γίνεται στους υποφαρυγγικούς αδένες (hypopharyngeal glands, HPG) που βρίσκονται στη μετωπική περιοχή του κεφαλιού των εργατριών. Οι αδένες παράγουν τον πλούσιο σε πρωτεΐνες πολτό, την τροφή όλων των προνυμφών καθώς επίσης και της βασίλισσας. Μέσω της επεξεργασίας της γύρης σε πολτό από τις παραμάνες μέλισσες, οι οποίες ταΐζουν τις προνύμφες και τις ενήλικες, οι θρεπτικές ουσίες της γύρης κυκλοφορούν σε όλο τον πληθυσμό.

Η γύρη όμως, δεν είναι πάντα διαθέσιμη στα μελίσσια και έτσι οι μελισσοκόμοι ταΐζουν τις μέλισσες με συμπληρώματα πρωτεϊνών για να παρακινηθεί η εκτροφή του γόνου και να αποτραπεί η μείωση του πληθυσμού. Τα συμπληρώματα αυτά αντί να περιέχουν γύρη, περιέχουν πρωτεΐνες από διάφορες πηγές, όπως τη σόγια και τον ορό γάλακτος. Ιδανικά, η παροχή συμπληρωμάτων πρωτεϊνών προκαλεί μια ροή θρεπτικών ουσιών παρόμοια με αυτή της γύρης επειδή το συμπλήρωμα δίνει μήνυμα στους υποφαρυγγικούς αδένες νέων μελισσών να παράγουν τον πολτό.

Δεν γνωρίζουμε αν τα συμπληρώματα μεταβολίζονται με τον ίδιο τρόπο που μεταβολίζεται η γύρη. Για να απαντήσουμε στην ερώτηση αυτή, σχεδιάσαμε μια μελέτη για τη σύγκριση του επιπέδου πρωτεΐνης και την ανάπτυξη των υποφαρυγγικών αδένων σε εργάτριες μέλισσες ταϊσμένες με γύρη που συλλέχτηκε από μέλισσες, με συμπλήρωμα πρωτεϊνών (MegaBee® patty) ή μόνο με γλυκόζη, χωρίς την προσθήκη πρωτεϊνών (μάρτυρες). Η επίδραση της διατροφής στην ανοσοποιητική αντίδραση μετρήθηκε έμμεσα συγκρίνοντας στο χρόνο τις ποσότητες ιών σε εργάτριες ταϊσμένες με τα 3 διατροφικά προγράμματα. Συγκεκριμένα, μελετήσαμε την επίδραση της διατροφής σε συμπυκνώσεις του ιού που παραμορφώνει τα φτερά (Deformed Wing Virus, DWV). Οι ιός αυτός προκαλεί παραμορφώσεις (π.χ. φτερά σαν ξυλάκια) και πρόωρο θάνατο σε νέες ενήλικες μέλισσες. Ο DMV πρόκειται για την πιο εκτεταμένη και εξαπλωμένη ιογενή λοίμωξη των μελισσών.

Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στο Κέντρο Έρευνας των Μελισσών «Carl Hayden» στο Tucson, της Αριζόνα. Η μέλισσες προέρχονταν από ευρωπαϊκά μελίσσια, με ευρωπαϊκές βασίλισσες, από εμπορική παραγωγή και ζευγάρωμα. Εκτελέσαμε τρεις δοκιμές και η κάθε μία διαρκούσε 11 ημέρες. Ξεκινήσαμε κάθε δοκιμή τοποθετώντας πλαίσια με σφραγισμένο γόνο εργατριών στην περιβαλλοντική αίθουσα με ελεγχόμενη θερμοκρασία (32-34°C), του Κέντρου Μελισσών. Μόλις βγήκαν οι ενήλικες, τις μαζέψαμε και τις τοποθετήσαμε στα κλουβιά. Πήραμε δείγματα από τις νέες μέλισσες για τη δημιουργία σημείου αναφοράς της συμπύκνωσης πρωτεϊνών, της ανάπτυξης του υποφαρυγγικού αδένα και της ποσότητας του ιού για τη δοκιμή (δείγματα Ημέρας 0). Έπειτα, περίπου 124 ± 2 νέες μέλισσες μεταφέρθηκαν σε κλουβιά Plexiglas. Χρησιμοποιήσαμε πέντε κλουβιά για κάθε πρόγραμμα διατροφής, κάθε δοκιμής. Όλες οι μέλισσες στα κλουβιά ήταν ηλικίας λιγότερο των 24 ωρών στην αρχή της δοκιμής.

Ταΐσαμε τις μέλισσες ή με μείγμα γύρης ή με συμπλήρωμα πρωτεϊνών. Διαλέξαμε το MegaBee® ως συμπλήρωμα επειδή σε μελίσσια με ώριμες βασίλισσες, καταναλώνεται σε ταχύτητες παρόμοιες με αυτές του μείγματος γύρης (DeGrandi-Hoffman et al. 2008). Το μείγμα γύρης φτιάχτηκε από γύρη της Ερήμου Sonora συν ισοβαρείς ποσότητες σακχαρόζης, φρουκτόζης και νερού. Η ποσότητα πρωτεϊνών στο μείγμα γύρης ήταν παρόμοια με αυτή του συμπληρώματος (στη γύρη 289 ug/ml και στο συμπλήρωμα 225 ug/ml). Επίσης, τοποθετηθήκαν φιαλίδια με νερό και με γλυκόζη σε όλα τα κλουβιά.

Υπολογίσαμε την ποσότητα τροφής που καταναλώθηκε στην περίοδο των 11 μερών της κάθε δοκιμής, ζυγίζοντας τη γύρη και το συμπλήρωμα στην αρχή και στο τέλος της δοκιμής. Έγινε δειγματοληψία μελισσών όλων των κλουβιών μετά από 4, 7 και 11 μέρες. Τα δείγματα εργατριών διατηρήθηκαν καταψυγμένα μέχρι που μετρηθήκαν οι συμπυκνώσεις πρωτεϊνών, το μέγεθος των αδένων και η ποσότητα (titer) ιών.

Σε όλες τις δοκιμές, οι μέλισσες κατανάλωσαν σημαντικά μεγαλύτερες ποσότητες γύρης από αυτές του συμπληρώματος. Η ποσότητα πρωτεϊνών που μετρήθηκε στις μέλισσες, καθώς ωρίμαζαν επηρεάστηκε από την τροφή, την ηλικία και τη δοκιμή. Στη δοκιμή-1, η ποσότητα πρωτεϊνών ήταν μεγαλύτερη στις μέλισσες ταϊσμένες ή με γύρη ή με συμπλήρωμα πρωτεϊνών από αυτή των μαρτύρων. Οι ποσότητες πρωτεϊνών σε μέλισσες 4άρων και 7 ημερών ήταν μεγαλύτερες από αυτές στις 11 ημερών μέλισσες. Στις δοκιμές-2 και-3, τα αποτελέσματα ήταν παρόμοια με αυτά της δοκιμής-1, διότι οι μεγαλύτερες ποσότητες πρωτεϊνών βρέθηκαν στις μέλισσες ταϊσμένες ή με γύρη ή με το συμπλήρωμα πρωτεϊνών. Όμως, στις δοκιμές-2 και -3, οι ποσότητες πρωτεϊνών που μετρήθηκαν στις εργάτριες ταϊσμένες με οποιοδήποτε από τα προγράμματα δεν διαφέρανε με βάση της ηλικία τους.

Η ανάπτυξη των υποφαρυγγικών αδένων των εργατριών < 24 ωρών είχε ήδη ξεκινήσει πριν μπουν οι μέλισσες στα κλουβιά και πριν από την έναρξη των διαφορετικών διατροφικών προγραμμάτων. Σε όλες τις δοκιμές, το μέγεθος των λοβίων μίκρυνε στις εργάτριες του κοντρόλ και μεγάλωσε ή παρέμεινε το ίδιο με αυτό των μελισσών < 24 ωρών στις μέλισσες ταϊσμένες με γύρη ή με το συμπλήρωμα πρωτεϊνών.

Το ποσοστό των μελισσών στο οποίο μπορούσαμε να βρούμε τον ιό δεν διέφερε μεταξύ των διατροφικών προγραμμάτων στις πρώτες 7 μέρες. Έπειτα από 7 μέρες, το ποσοστό μελισσών θετικό για τον ιό ήταν μεγαλύτερο στους μάρτυρες σε σχέση με τις μέλισσες ταϊσμένες με γύρη ή συμπλήρωμα. Επίσης, η συμπύκνωση του ιού DWV επηρεάστηκε από το διατροφικό πρόγραμμα. Η συμπύκνωση του DWV αυξήθηκε στις μέλισσες μάρτυρες 4 ημερών από την ημέρα 0 και σε αυτές που ήταν ταϊσμένες με το συμπλήρωμα πρωτεϊνών, αλλά μειώθηκε στις μέλισσες ταϊσμένες με γύρη. Μέχρι την ήμερα 11, οι μικρότερες συμπυκνώσεις του DWV μετρήθηκαν στις μέλισσες που ήταν ταϊσμένες με γύρη ή με συμπλήρωμα, ενώ οι υψηλότερες συμπυκνώσεις βρέθηκαν στους μάρτυρες.

Η μελέτη μας δείχνει ότι υπάρχουν ξεκάθαρα πλεονεκτήματα όταν ταΐζουμε τα μελίσσια με συμπληρώματα πρωτεϊνών σε σύγκριση με απλά συμπληρώματα γλυκόζης. Τα συμπληρώματα μπορούν να αυξήσουν τα επίπεδα πρωτεϊνών στις εργάτριες, να αναπτύξουν τους υποφαρυγγικούς αδένες και να προκαλέσουν ανοσοποιητικές αντιδράσεις, όπως λειτουργεί και η γύρη. Οι θρεπτικές ουσίες στη γύρη και στα συμπληρώματα πρωτεϊνών φαίνονται να επηρεάζουν τη ποσότητα ιού. Οι συμπυκνώσεις του DWV μειώθηκαν δραματικά στο πέρασμα του χρόνου, στις μέλισσες ταϊσμένες με γύρη ή με το συμπλήρωμα πρωτεϊνών σχετικά με τους μάρτυρες.

Είναι ενδιαφέρον ότι παρόλο που καταναλώθηκε λιγότερο συμπλήρωμα γύρης, τα επίπεδα πρωτεϊνών και η ανάπτυξη του υποφαρυγγικού αδένα ήταν παρόμοια στις μέλισσες ταϊσμένες με γύρη και σε αυτές τις ταϊσμένες με το συμπλήρωμα πρωτεϊνών. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η ταχύτητα της αφομοίωσης των δυο τροφικών προγραμμάτων μπορεί να ήταν περιορισμένη έτσι ώστε η παραπάνω κατανάλωση δεν προκάλεσε αισθητές αυξήσεις των επίπεδων πρωτεϊνών. Μπορεί να ισχύει ειδικά για τη γύρη, της οποίας η αφομοίωση είναι δύσκολη λόγω του τοιχώματος των κόκκων. Στις κυψέλες, οι μέλισσες αποθηκεύουν τη γύρη σε κελιά όπου γίνεται η ζύμωσή της μέσω της δράσης μικροβίων, καθώς επίσης και η πιθανή προ-αφομοίωσή της. Στη μελέτη μας, η πρωτεΐνη από τη γύρη ήταν διαθέσιμη στις μέλισσες μόνο μέσω της αφομοίωσης στο έντερο. Η ικανότητα των μελισσών στις κυψέλες να αφομοιώσουν πλήρως τα συμπληρώματα πρωτεϊνών που περιέχουν και γύρη μπορεί να είναι περιορισμένη, με αποτέλεσμα η αυξημένη κατανάλωση των μελισσών να μην μεταφράζεται σε αυξημένα θρεπτικά οφέλη.

Τα επίπεδα του DWV στις μέλισσες οι οποίες δεν έλαβαν συμπληρωματική πρωτεΐνη αυξήθηκαν, καθώς γέρασαν οι μέλισσες και ήταν σημαντικά πιο ψηλά από αυτά των μελισσών ταϊσμένων είτε με γύρη είτε με το συμπλήρωμα πρωτεϊνών. Ο συγκεκριμένος ρόλος της πρωτεΐνης στην ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος έχει τεκμηριωθεί για τους ανθρώπους και για άλλα ζώα, αλλά είναι λιγότερο γνωστό για το ρόλο της σε μέλισσες. Όμως, ξέρουμε ότι όταν απαλύνουμε το στρες της έλλειψης πρωτεϊνών σε μελίσσια, δίνοντας συμπληρώματα πρωτεϊνών, μετριάζουμε τις επιδράσεις παρασίτων, όπως η βαρρόα και μειώνουμε την τοξικότητα μερικών ζιζανιοκτόνων. Τα αποτελέσματά μας υποδηλώνουν ότι η χρήση των συμπληρωμάτων πρωτεϊνών μπορεί να επιβραδύνει την αντιγραφή και διάδοση του DWV. Ωστόσο, η μελέτη μας πρέπει να επαναληφθεί σε κανονικά μελίσσια για να επιβεβαιωθεί η συσχέτιση μεταξύ συμπληρωματικής πρωτεΐνης και των αλλαγών στη συμπύκνωση του ιού.

Αν και η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε με εγκλωβισμένες μέλισσες, τα αποτελέσματα μπορεί να διευκρινίσουν τις επιδράσεις των συμπληρωμάτων πρωτεϊνών σε κανονικά μελίσσια. Για παράδειγμα, αυξάνοντας τα επίπεδα πρωτεϊνών σε μέλισσες με συμπληρώματα αυξάνεται η διάρκεια ζωής των εργατριών επειδή επεκτείνεται ο χρόνος που εκτελούν δραστηριότητες μέσα στην κυψέλη. Οι εξομοιώσεις, με δικά μας μαθηματικά μοντέλα των πληθυσμιακών δυναμικών των μελισσών της κυψέλης (π.χ. BEEPOP και VARROADPOP), δείχνουν ότι η επέκταση της διάρκειας ζωής των εργατριών μόνο μερικών ημερών έχει δραματικές επιδράσεις στην ανάπτυξη του μελισσιού. Επίσης, το τάϊσμα μελισσών με πρωτεΐνες αυξάνει το μέγεθος των λοβίων του υποφαρυγγικού αδένα, επομένως αυξάνουμε τη διαθέσιμη ποσότητα πολτού στις προνύμφες καθώς και στο υπόλοιπο μελίσσι. Τέλος, το τάϊσμα με πρωτεΐνες φαίνεται να δυναμώνει την ανοσοποιητική αντίδραση των μελισσών, που είναι απαραίτητο για την αποφυγή απωλειών λόγω ασθένειας.

Οι πληθυσμοί μελισσών μειώνονται σταδιακά τα τελευταία 40 χρόνια, και πρόσφατα το CCD έχει προκαλέσει τεράστιες απώλειες (vanEngelsdorp et al. 2007, 2008, 2009). Μπορεί στην καρδιά των πολλών θανάτων να βρίσκεται η ανεπαρκής διατροφή, η οποία επιδεινώνει το στρες στα μελίσσια από παράσιτα, ασθένειες και περιβαλλοντικές τοξίνες. Τα εργαλεία αντιμετώπισης που μειώνουν είτε πληθυσμούς παράσιτων είτε ασθένειες είναι περιορισμένα και συχνά όχι εφικτά. Εντούτοις, ένας παράγοντας που μπορεί να αντιμετωπισθεί αποτελεσματικά είναι η καλή διατροφή των μελισσιών.

Η παρούσα μελέτη δείχνει ότι τα συμπληρώματα πρωτεϊνών μπορεί να μοιάζουν με τη γύρη σε σχέση με την ικανότητά τους να αυξάνουν την ποσότητα πρωτεϊνών, να επηρεάσουν την ανάπτυξη του υποφαρυγγικού αδένα, να μειώσουν την ποσότητα ιών και επομένως να αποτελέσουν σημαντικό στοιχείο της πρακτικής για την αντιμετώπιση και μείωση απωλειών των μελισσιών.

Αφήστε μια απάντηση