БІОМАРКЕРИ ОКСИДАТИВНОГО СТРЕСУ У APIS MELLIFERA ЗА РІЗНИХ ВУГЛЕВОДНИХ ДІЄТ
Ключові слова:
Apis mellifera, вуглеводна дієта, перекисне окислення ліпідів, активність каталазиАнотація
Стійкість до стресових факторів та загальний рівень здоров’я колоній Apіs mellifera залежить від дії багатьох факторів, зокрема, нутрієнтного складу кормової бази бджіл. Кількість та якість компонентів їжі є стресовими факторами, які можуть викликати оксидативний стрес в організмі бджіл. Метою нашої роботи є оцінка впливу дієт, різних за вуглеводним складом, на розвиток оксидативного стресу у медоносних бджіл. Здійснено оцінку впливу різних вуглеводних дієт (I – 60 % мед, II – 30% сахароза, III – 60% сахароза, IV – 30% глюкоза, V – 30% фруктоза, VI – 30% глюкоза + 30% фруктоза (1:1)) на стан антиоксидантної системи у чотирьох-семи-денних робочих бджіл в лабораторних умовах. Визначення біохімічних маркерів здійснювали через 24 та 96 годин утримання бджіл на дієтах. Встановлено, що компонентний склад дієти впливає на об’єм спожитої бджолами їжі, рівень ПОЛ та активність САТ. Споживання бджолами моноцукрів впродовж 24 годин викликало тагмоспецифічну відповідь організму комах в залежності від виду гексоз. Найменший рівень ТБКАП виявлено в голові бджіл, які споживали фруктозну дієту, а в черевці – у комах, що споживали глюкозну дієту, порівняно з бджолами всіх інших дослідних груп. Показано, що на рівень ТБКАП впливає не концентрація вуглеводів, яку бджоли здатні регулювати зміною кількості спожитої їжі, а хімічний склад вуглеводів у дієті. Активність каталази була вищою у голові бджіл, що споживали фруктозу, ніж у бджіл, що споживали глюкозу. Встановлена пролонгована зміна активності каталази, яка залежала від структури та концентрації вуглеводів. Оцінка рівня оксидативного стресу у бджіл на різних вуглеводних дієтах за допомогою запропонованих маркерів показало, що глюкоза є найменшим нутрієнтним стресовим фактором, порівняно з фруктозою та сахарозою.
Посилання
Badiou- Bénéteau A., Carvalho S. M., et al. Devel-opment of biomarkers of exposure to xenobiotics in the honey bee Apis mellifera: application to the sys-temic insecticide thiamethoxam Ecotoxicol. Environ. Saf. 2012; 82: 22-31. doi: 10.1016/j.ecoenv.2012.05.005
Barascou L., Sene D., Barraud A., et al. Pollen nutri-tion fosters honeybee tolerance to pesticides. R. Soc. Open Sci. 8: 210818 ttps://doi.org/10.1098/rsos.210818
Berenbaum M.R, Calla B. Honey as a functional food for Apis mellifera. Annu. Rev. Entomol. 2021; 66: 185–208. doi:10.1146/annurev-ento-040320-074933.
Blatt J., Roces F. Haemolymph sugar levels in forag-ing honeybees (Apis mellifera carnica): dependence on metabolic rate and in vivo measurment of maxi-mal rates of trehalose synthesis. J. Exp. Biol. 2001; 204 (15): 2709-2716.
Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantification of microgram quantities of protein uti-lizing the principle of protein-dye binding. Analyt. Bi-ochem. 1976; 72: 248-254. doi: 10.1006/abio.1976.9999
Brodschneider R, Crailsheim K. Nutrition and health in honey bees. Apidologie. 2010; 41: 278-294. doi: http://dx.doi.org/10.1051/apido/2010012
Bry´s M.S., Skowronek P., Strachecka A. Pollen Diet-Properties and Impact on a Bee Colony. Insects 2021; 12: 798. https://doi.org/10.3390/insects12090798
Bryden J., Gill R. J., Mitton R. A. A., et al. Chronic sublethal stress causes bee colony failure. Ecol. Lett. 2013; 16 (12): 1463–1469. doi: 10.1111/ele.12188
Buzduga I.M., Volkov R.A., Panchuk I.I. Metabolic compensation in Arabidopsis thaliana catalase-deficient mutants. Cytol. Genet. 2018; 52: 31-39 doi:10.3103/S0095452718010036
Cervoni M. S., Cardoso-Júnior C. A. M., Craveiro G., et al. Mitochondrial capacity, oxidative damage and hypoxia gene expression are associated with age-related division of labor in honey bee (Apis mellifer-aL.) workers. J. Exp. Biol. 2017; 220: 4035-4046. doi:10.1242/jeb.161844
Cilia G., Fratini F., Tafi E., et al. Changes of Western honey bee Apis mellifera ligustica (Spinola, 1806) ventriculus microbial profile related to their in-hive tasks. Journal of Apicultural. 2020; doi: 10.1080/00218839.2020.1830259
Corona M., Robinson G. E. Genes of the antioxidant system of the honey bee: annotation and phylogeny. Ins. Mol. Biol. 2006;15: 687-701. doi:10.1111/j.1365-2583.2006.00695.x
Di Pasquale G., Salignon M., Le Conte Y., et al. Influ-ence of pollen nutrition on honey bee health: Do pol-len quality and diversity matter? PLOS ONE 2013; 8:e72016
Di Pasquale G., Alaux C., Le Conte, et al. Variations in the availability of pollen resources affect honey bee health. PLOS ONE. 2016; 11: e0162818. doi:10.1371/journal.pone.0162818
Doner L. The sugars of honey—a review. J. Sci. Food Agric. 1977; 28:443–56.
Donkersley P., Rhodes G., Pickup RW., et al. Honey-bee nutrition is linked to landscape composi-tion. Ecol. Evol. 2014; 4: 4195–4206. doi:10.1002/ece3.1293
Engel P., Kwong WK., McFrederick Q., et al. The bee microbiome: impact on bee health and model for evolution and ecology of host-microbe interactions. mBio. 2016; 7 (2): e02164-15. doi:10.1128/mBio.02164-15
Farooqui T. Oxidative stress and age-related olfacto-ry memory impair¬ment in the honeybee Apis mellif-era. Front. Genet. 2014; 5: 60. https://doi.org/10.3389/fgene.2014.00060
Farooqui T., Farooqui A. A. 2012. Oxidative stress in vertebrates and invertebrates: molecular aspects of cell signaling. Wiley-Blackwell, Hoboken, NJ.
Frizzera D., Del Fabbro S., Ortis G., et al. Possible side effects of sugar supplementary nutrition on honey bee health. Apidologie. 2020; 51 (4): 594-608. https://doi.org/10.1007/s13592-020-00745-6
Giampieri F., Quiles J., Cianciosi D., et al. Bee prod-ucts: an emblematic example of underutilized sources of bioactive compounds. J. Agric. Food Chem. 2022;
https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c05822
Grotto D., Maria L.S., Valentini J., et al. Importance of the lipid peroxidation biomarkers and methodo-logical aspects for malondialdehyde quantification. Química Nova. 2009; 32: 169-174. doi:10.1590/s0100-40422009000100032
Hung K-LJ., Kingston JM., Albrecht M., et al. The worldwide importance of honey bees as pollinators in natural habitats. Proc. R. Soc. B 2018; 285: 20172140. http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2017.2140
Jennette M.R. High Fructose Corn Syrup Down-Regulates the Glycolysis Pathway in Apis mellifera Bridgewater State University. 2017; 35. http://vc.bridgew.edu/honors_proj/225
Кaravan V. V., Yazlovytska L.S., Volkov R.A. A cage for the study of bees in laboratory conditions Utility model patent № 128495 State register of patents of Ukraine for utility models 2018; 1 (8) (in Ukrainian). https://base.uipv.org/searchInv/search.php?action=search
Кaravan V.V., Kachmaryk D.Yu., Cherevatov V.F., Panchuk I.I., Yazlovytska L.S. Influence of the summer feeding by carbohydrares on catalase activi-ty in honey bees. Sci. Herald Chern. Uni. Biol. (Biol. Sys.). 2020; 12 (2):156-165. (in Ukrainian). https://biosystems-journal.chnu.edu.ua/index.php/Bi-oSystems/article/view/353
Кaravan V. V., Panchuk I.I., Yazlovytska L.S. Low-temperature dissecting table. Utility model application № u202201458 03.05.2022; (in Ukraini-an).
Klein S., Cabirol A., Devaud JM., et al. Why bees are so vulnerable to environmental stressors. Trends Ecol. Evol. 2017; 32: 268–278. doi:10.1016/j.tree.2016.12.009
Kluser S., Peduzzi P. Global pollinator decline: a literature review. Geneva, Switzer-land: UNEP/DEWA/GRID-Europe. 2007
Korolyuk M.A., Ivanova L.I., Mayorova I.G., To-karev V.E. The method for determining the activity of catalase. Laboratornoe delo. 1988; 1: 16-18.
LeBlanc BW., Eggleston G., Sammataro D., et al. Formation of hydroxymethylfurfural in domestic high-fructose corn syrup and its toxicity to the honey bee (Apis mellifera). J Agric Food Chem. 2009; 57: 7369-7376. doi: 10.1021/jf9014526
Li H.M., Buczkowski G., Mittapalli O., et al. Tran-scriptomic profiles of Drosophila melanogaster third instar larval midgut and responses to oxidative stress. Insect Mol. Biol. 2008; 17 (4): 325–339. doi: 10.1111/j.1365-2583.2008.00808.x.
Li-Byarlay H., Cleare X. L. Chapter Two - Current trends in the oxidative stress and ageing of social hymenopterans. Editor(s): Jurenka R., Adv. Insect Physiol. Academic Press, 2020; 59: 43-69. https://doi.org/10.1016/bs.aiip.2020.09.002
Margotta, J. W., Roberts, S. P., Elekonich, M. M. Effects of flight activity and age on oxidative dam-age in the honey bee, Apis mellifera. J. Exp. Biol. 2018; 221:jeb183228. doi:10.1242/jeb.183228
Mogren C. L., Margotta J., Danka R. G., Healy K. Supplemental carbohydrates influence abiotic stress resistance in honey bees. J. Apicultural Reseach. 2018. ttps://doi.org/10.1080/00218839.2018.1494912
Naug D. Nutritional stress due to habitat loss may explain recent honeybee colony collapses. Biol. Con-serv. 2009; 142: 2369–2372. doi:10.1016/j.biocon.2009.04.007
Nicolson SW. Sweet solutions: nectar chemistry and quality. Phil. Trans. R. Soc. B 2022; 377: 20210163. https://doi.org/10.1098/rstb.2021.0163
Papežíková, I., Palíková, M., Syrová, E., et al. Effect of Feeding Honey Bee (Apis mellifera Hymenoptera: Apidae) Colonies With Honey, Sugar Solution, In-verted Sugar, and Wheat Starch Syrup on Nosemato-sis Prevalence and Intensity. J. of Economic Ento-mology.2019; XX (XX): 1-8. doi:10.1093/jee/toz251
Placer, Z. A., Cushman, L. L., Johnson, B. C. Estima-tion of product of lipid peroxidation (malonyl dialde-hyde) in biochemical systems. Anal. Biochem. 1966; 16: 359-364. doi:10.1016/0003-2697(66)90167-9
Potts S. G., Imperatriz-Fonseca V., Ngo H. T., et al. Safeguarding pollinators and their values to human well-being. Nature. 2016; 540: 220–229. doi: 10.1038/nature,20588
Rovenko BM., Lushchuk OV., Lozinsky OV., et al. Mild oxidative stress in fruit fly Drosophila melanogaster caused by products of sucrose splitting. Ukr. Biochem. J. 2012; 84 (5): 97-104.
Ruiz-Matute A., Weiss M., Sammataro D., et al. Car-bohydrate composition of high-fructose corn syrups (HFCS) used for bee feeding: effect on honey com-position. J. Agric. Food Chem. 2010; 58 (12): 7317-7322. doi: 10.1021/jf100758x
Sánchez-Bayo F., Goulson D., Pennacchio F., ett al. Are bee diseases linked to pesticides? A brief re-view. Environ. Int. 2016; 89–90: 7–11. doi:10.1016/j.envint.2016.01.009
Tosi S., Nieh JC., Sgolastra F., et al. Neonicotinoid pesticides and nutritional stress synergistically reduce survival in honey bees. Proc. R. Soc. B 2017; 284: 20171711. http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2017.1711
Wright G. A., Nicolson S. W., Shafir S. Nutritional Physiology and Ecology of Honey Bees Annu. Rev. Entomol. 2018; 63:327–44 doi:10.1146/annurev-ento-020117-043423
Yazlovitska LS., Kosovan MD., Cherevatov VF., Volkov RA. The catalase activity of Apis mellifera L. upon summer feeding with varying carbohydrate di-et. Sci. Herald Chern. Uni. Biol. (Biol. Sys.). 2016; 8 (2): 182-188. (in Ukrainian). https://doi.org/10.31861/biosystems2016.02