Pszczoły miodne (Apis mellifera) odgrywają kluczową rolę we współczesnym globalnym krajobrazie rolniczym, ale obecnie cierpią z powodu kombinacji stresorów biotycznych i abiotycznych, w tym ekspozycji na pestycydy, niskiej jakości paszy, pasożytów i patogenów1,2. Jednym z najważniejszych patogenów budzących obawy są wirusy, z których wiele jest przenoszonych przez inny z głównych czynników stresogennych pszczół miodnych, pasożytniczy roztocz Varroa (Varroa destructor). Wirusy te mogą powodować szereg negatywnych skutków u pszczół miodnych, w tym zmniejszoną przeżywalność czerwiu, wady rozwojowe i paraliż, które mogą prowadzić do całkowitego zawalenia się ula zarówno przed, jak i po okresie zimowania3,4,5. Chociaż nastąpił obiecujący postęp w rozwoju technologii wykorzystywanych do zwalczania infekcji wirusowych6,7,8,9, dynamika, dzięki której wiele wirusów rozprzestrzenia się, rozprzestrzenia i oddziałuje w obrębie pszczoły miodnej lub kolonii, jest nadal słabo poznana5,10. Zrozumienie podstawowej biologii interakcji pszczół miodnych i wirusów oraz ich związków z innymi czynnikami środowiskowymi ma kluczowe znaczenie dla opracowania skutecznych technik zarządzania wirusami.
Jednak badanie interakcji między pszczołą miodną a wirusem stanowi wyzwanie z wieloma znanymi i nieznanymi czynnikami, które komplikują ten proces. Obejmują one interakcje z diet11,12, pestycydami exposure13 i tłem genetycznym pszczół14,15. Nawet jeśli skupiamy się wyłącznie na infekcji wirusowej, powikłania są powszechne, ponieważ populacje pszczół miodnych, zarówno kontrolowane, jak i dzikie, zawsze mają pewien stopień infekcji wirusem w tle, choć często bez objawów ostrych16,17, a skutki koinfekcji wirusem nie są dobrze poznane18. To sprawiło, że badania nad wpływem wirusa pszczół miodnych są trudne do rozwikłania.
Wiele badań nad wirusem pszczół miodnych wykorzystywało poszlakowe infekcje wirusowe do szukania interakcji z innymi czynnikami stresogennymi, obserwując, jak infekcje tła zmieniają się wraz z innymi metodami leczenia12,19,20,21. Chociaż podejście to odniosło sukces w identyfikacji ważnych efektów, zwłaszcza w odkrywaniu, w jaki sposób pestycydy lub zabiegi dietetyczne wpływają na poziom i replikację wirusa, inokulacja wirusem o znanej zawartości i stężeniu ma kluczowe znaczenie dla eksperymentalnego testowania dynamiki infekcji wirusowych. Mimo to oddzielenie leczenia eksperymentalnego od infekcji tła może również stanowić wyzwanie. W badaniach terenowych naukowcy zróżnicowali szczepy wirusa zdeformowanych skrzydeł (DWV), aby dostarczyć dowodów na przenoszenie wirusa z pszczół miodnych na trzmiele22, ale zastosowanie tego podejścia byłoby trudne w przypadku samych pszczół miodnych. Zakaźne klony wirusów są potężnym narzędziem, nie tylko do śledzenia infekcji23,24,25, ale także do badań genetyki odwrotnej wirusów pszczoły miodnej oraz do badań interakcji wirus-gospodarz26,27,28. Jednak w większości przypadków zakaźne klony są nadal wymagane do wypełnienia cyklu infekcji wewnątrz komórek w celu wytworzenia cząstek. Takie cząstki są preferowane jako inokulatory do eksperymentalnych terapii, ponieważ ich zakaźność jest wyższa niż nagiego wirusowego RNA, a inokulacja zamkniętymi genomami naśladuje naturalną infekcję.
Produkcja czystej, nieskażonej inokulacji wirusa pszczoły miodnej (szczepy wirusa dzikiego typu lub pochodzące z zakaźnych klonów) również stanowi wyzwanie. Wynika to przede wszystkim z trudności w uzyskaniu niezawodnej, stale replikującej, wolnej od wirusów linii komórkowej pszczoły miodnej w celu produkcji czystych wirusów 29,30. Chociaż wyprodukowano już pewne linie komórkowe, systemy te pozostają niedoskonałe; Mimo to istnieje nadzieja, że uda się wyprodukować realną linię komórkową29, co pozwoliłoby na dokładniejszą kontrolę produkcji i badań nad wirusem. Dopóki taka linia nie stanie się powszechnie dostępna, większość protokołów produkcji wirusów będzie nadal opierać się na produkcji i oczyszczaniu wirusów in vivo18,31,32,33,34. Podejścia te polegają na identyfikacji i oczyszczaniu interesujących nas cząsteczek wirusa (lub produkcji zakaźnego klonu) i wykorzystywaniu ich do infekowania pszczół miodnych, zwykle jako poczwarek. Poczwarkom wstrzykuje się docelowego wirusa, a następnie uśmierca, a dalsze cząstki są ekstrahowane i oczyszczane. Ponieważ jednak żadna pszczoła nie jest wolna od wirusów, zawsze występuje pewien stopień zanieczyszczenia śladami innych wirusów w każdym takim koncentracie, dlatego należy zachować dużą ostrożność przy wyborze pszczół o niskim prawdopodobieństwie infekcji tła. Co więcej, metody usuwania poczwarek z komórek grzebienia do użycia w tych protokołach33 są bardzo pracochłonne i mogą wywoływać stres u pszczół, ograniczając produkcję w ten sposób18,32. W tym miejscu przedstawiamy alternatywną metodę, która pozwala na usuwanie larw na dużą skalę przy niewielkim nakładzie pracy i mniejszym obciążeniu mechanicznym pszczół.
Po uzyskaniu poczwarek i wstrzyknięciu im początkowego inokulum wirusa, muszą one zostać poddane inkubacji, aby dać wirusowi czas na replikację. Następnie wytworzone cząsteczki wirusa mogą zostać przetworzone na formę nadającą się do zainfekowania eksperymentalnych pszczół. Istnieje kilka prostych metod, aby to osiągnąć, w tym użycie prymitywnego homogenatu35,36 lub hemolimfy generowanej przez wirusowe pszczoły jako źródło infekcji37. Metody te są skuteczne, ale napotykają na większą szansę na wprowadzenie nieznanych zmiennych z podłoża tła (np. innych czynników w homogenatach martwych pszczół). Dodatkowo pożądane jest zagęszczenie cząstek, jeśli eksperyment wymaga podania dużej, znanej dawki wirusa w krótkim czasie. Dlatego, aby uzyskać lepszą kontrolę, lepiej jest stosować metody, które pozwalają na pewien poziom oczyszczenia i koncentracji cząsteczek wirusa. Ogólnie rzecz biorąc, seria etapów wytrącania i wirowania spowoduje usunięcie prawie wszystkich możliwych materiałów wirusowych niebędących docelowymi wirusami33.
Po wyprodukowaniu tego skoncentrowanego inokulum, korzystne jest ilościowe określenie mian wirusa (qPCR) i scharakteryzowanie go za pomocą testów biologicznych in vivo, aby przetestować jego żywotność i zdolność do powodowania śmiertelności, a także potwierdzić, że zwiększone miana wirusa są uzyskiwane po infekcji. Można to osiągnąć poprzez eksperymenty z wstrzykiwaniem (zarówno do poczwarek, jak i osobników dorosłych) lub eksperymenty z karmieniem (do larw lub osobników dorosłych). Chociaż wszystkie te podejścia są możliwe, karmienie grup dorosłych pszczół w klatce jest często najszybsze i najprostsze. Metoda oznaczania klatkowego jest również szeroko stosowana do testowania różnych innych metod leczenia pszczół, w tym toksyczności pestycydów38, rozwoju jajników39 i wpływu odżywiania na zachowanie40,41 i dlatego może stanowić dobrą podstawę do eksperymentów łączących infekcję wirusową z innymi czynnikami42.
Tutaj opisujemy niezawodną metodę produkcji dużych ilości półczystych, wysoko wzbogaconych cząsteczek wirusa bez użycia drogiej ultrawirówki, w tym metodę usuwania poczwarek, która zmniejsza obciążenie pszczół i pracę i mechaniczne oraz wysoce powtarzalny, wysokoprzepustowy test biologiczny do testowania infekcji wirusowych i efektów. Poprzez ścisłą kontrolę czystości inokulacji wirusa, badacze są w stanie zmniejszyć zmienność odpowiedzi wirusa pszczoły miodnej w porównaniu z innymi metodami inokulacji wirusa. Co więcej, test biologiczny może badać skutki wirusowe na poziomie małych grup przy użyciu wysoce powtarzalnych jednostek eksperymentalnych przed skalowaniem do realistycznych warunków w terenie, co jest znacznie bardziej pracochłonne. W połączeniu te dwie metody zapewniają niezbędne narzędzia do badań, które mogą pomóc w lepszym zrozumieniu fizjologicznych interakcji między pszczołą miodną a wirusem pszczoły miodnej.