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- * Autor para la correspondencia (cedric.alaux (at) avignon.inra.fr).
Resumen
El mantenimiento del sistema inmunológico puede ser costoso, y la falta de proteínas en la dieta puede aumentar la susceptibilidad de los organismos a las enfermedades. Sin embargo, pocos estudios han investigado la relación entre la nutrición y la inmunidad de proteínas en los insectos. En este caso, hemos probado en las abejas melíferas (Apis mellifera) si la cantidad de proteínas la dieta (polen monoflorales) y diversidad de la dieta (polen polyfloral) puede dar forma a la inmunocompetencia de referencia (IC) mediante la medición de parámetros de inmunidad individual (concentración de hemocitos, el contenido de grasa corporal y la actividad fenoloxidasa) y glucosa oxidasa (GOX) La actividad, que permite a las abejas para esterilizar la colonia de cría y alimentación, como un parámetro de la inmunidad social. proteína modificada por la alimentación tanto individual como social IC, pero aumenta en cantidad proteínas de la dieta no mejoró el IC. Sin embargo, la diversidad dieta aumentó los niveles de CI. En particular, las dietas polyfloral provocó una mayor actividad en comparación con las dietas GOX monoflorales, incluyendo las dietas ricas en proteínas.Estos resultados sugieren una relación entre la nutrición proteica y la inmunidad en las abejas y ponen de relieve la función crítica de la disponibilidad de recursos para la salud de los polinizadores.
1. Introducción
El mantenimiento del sistema inmune es uno de los sistemas fisiológicos más costoso en los animales ( y Lochmiller Deerenberg 2000 ; Schmid-Hempel 2005 ) y la nutrición deficiente puede deteriorar la función inmune y aumentar la susceptibilidad de los individuos con la enfermedad. En los seres humanos, la deficiencia de proteínas en la dieta reduce las concentraciones de la mayoría de los aminoácidos en plasma y compromete el sistema inmune ( Li et al. 2007 ). Por lo tanto, una adecuada provisión de proteínas es necesaria para mantener la inmunocompetencia normal (IC), definido como la capacidad de un organismo para desarrollar una respuesta inmune ( Wilson-Rich et al. 2008 ). Sin embargo, además de algunos estudios que muestran que la cantidad y calidad de proteínas en la dieta puede mejorar las funciones inmunológicas (Lee et al. 2006 , 2008 ), esta relación ha sido poco investigado en los insectos. Además, hasta donde sabemos, no se sabe si diversidad de la dieta también afecta IC en los insectos.
Para llenar este vacío, probamos el efecto de las proteínas de la dieta tanto en cantidad y diversidad de la dieta en la abeja melífera (Apis mellifera) IC de alimentación de las abejas con mono-y las dietas de polen polyfloral. La abeja es un valioso modelo para estos estudios, porque por lo general una variedad de polinización de las plantas, pero a veces se ven obligados a alimentarse de un solo cultivo (monocultivo). Además, el polen, que es la principal fuente de proteínas de la dieta y contiene aminoácidos esenciales para su desarrollo ( de Groot 1953 ), puede influir en la longevidad, el desarrollo de las glándulas hipofaríngeas (HPG) y los ovarios ( Pernal y Currie 2000 ) y la susceptibilidad frente a patógenos ( Rinderer et al. 1974 ;Rinderer & Elliott 1977 ), pero a medida que el polen puede afectar IC no se conoce. Por último, las poblaciones de abejas han ido disminuyendo en los últimos años y una idea actual sugiere que las colonias de abejas pueden sufrir de un sistema inmunológico comprometido ( van Engelsdorp et al.2008 ), que podría estar relacionado con la mala nutrición comúnmente asociado con pérdidas de colonias ( van Engelsdorp et al. 2008 ). Ese estudio proporcionará un marco para comprender mejor cómo la abundancia y diversidad de los recursos ambientales puede dar forma a un organismo de la inmunidad.
Los efectos de la dieta de polen en la capacidad de resistencia a las enfermedades fueron probados empíricamente mediante la medición de la concentración de hemocitos y el contenido de grasa corporal como las evaluaciones indirectas de IC celular y humoral, respectivamente, y fenoloxidasa (PO) La actividad, que está implicado en ambos. Hemocitos están involucrados en la fagocitosis y la encapsulación de los parásitos, el último proceso que requiere la actividad de PO, y la grasa corporal es el principal sitio de síntesis de péptidos antimicrobianos. Mientras que los organismos sociales, las abejas no sólo dependen de la inmunidad individual, sino también en el funcionamiento general de la colmena. Así, se analizó también la glucosa oxidasa (GOX) como un parámetro de la actividad de la inmunidad social. Expresa principalmente en el HPGs ( Ohashi et al.1999 ), GOX cataliza la oxidación del Β-D-GLUCOSA a ácido glucónico y peróxido de hidrógeno, este último con propiedades antisépticas. Los productos antisépticos son secretadas en la alimentación de larvas y miel, lo que contribuye a la alimentación de esterilización de colonias ( White et al.1963 ), y, por tanto, a la prevención de la contaminación enfermedad a nivel de grupo.
2. Material y métodos
Los experimentos se realizaron en Avignon (Francia) con locales colonias híbridas (A. m. ligustica / A. m. mellifera). Para controlar la ingesta de polen, las abejas 1-un día de vida fueron criados en jaulas en la oscuridad a 32 ° C y humedad relativa del 70 por ciento. Éstos fueron obtenidos de panales que contienen la última etapa pupas retirado de colonias de origen. Las abejas se alimentaron ad libitum con dulces (30% de miel de la fuente de las colonias, el 70% de azúcar en polvo), agua y una de las dietas preparadas polen con 1 / 10 de agua. dietas de polen fueron reemplazados todos los días durante 10 días y las abejas fueron recolectados los días 5 y 10 para el muestreo de IC. Para simular lo más posible las condiciones de cría de colonias, las jaulas fueron expuestos a una Beeboost (Pherotech), liberando una doble equivalente de feromona mandibular reina por día.
(Un polen) dietas
Siete mezclas de polen fresco se encuentra comúnmente en Francia y con un predominio de los respectivos Acer, Castanea, Cistus, Erica, Quercus, Salixy el polen se obtuvieron de Taraxacum Pollenergie (Francia) y congelado a -20 ° C. Para producir polen dietas monoflorales, que ordenados, por el color, "pellets" de que el polen predominante de cada una de la mezcla comercial. y luego la proteína contenido de nitrógeno de los granos de polen, fue establecida por el análisis utilizando un microkjeldahl Vapodest 45 (Gerhardt) y de acuerdo con los procedimientos descritos en la norma ISO 5983 (1997) . Para probar el efecto de la cantidad de proteína y la diversidad de polen, grupos de 80 abejas fueron, respectivamente, alimentados con dietas monoflorales que difieren en la cantidad de proteína o dietas polyfloral que tenía la misma cantidad de proteínas como las dietas monoflorales ( cuadro 1 ). Los grupos de control no tenían polen. El experimento se repitió en cinco diferentes colonias.
Cuadro 1.
Mono-y dietas polyfloral de polen. El porcentaje de granos de polen utilizadas en cada polyfloral mezcla es dado. El contenido de proteína deAcer, Erica y el polen de Salix fue de 25,9, 17,1 y 25,8%, respectivamente.dieta tipo polínico % de proteína mezcla de composición monoflorales Cistus 15,5 - Taraxacum 19,8 - Castanea 23,6 - Quercus 29,6 - polyfloral primera mezcla de polen 19,8 32% Erica, Cistus% 28, 16Castanea%, 12% Salix, Acer un 12% segunda mezcla de polen 23,6 Quercus 24%, 20% Salix, el 20%Taraxacum, 18% Acer, 18% Cistus
Mono-y dietas polyfloral de polen. El porcentaje de granos de polen utilizadas en cada polyfloral mezcla es dado. El contenido de proteína deAcer, Erica y el polen de Salix fue de 25,9, 17,1 y 25,8%, respectivamente.
(B) Inmunodeficiencia
IC se evaluó indirectamente en la ausencia de un patógeno desafío real.Para determinar la concentración de hemocitos, hemolinfa fue extraída con capilares de micro (10 microlitros) del segundo terguito abdominal y se diluye 1: 5 en tampón fosfato salino-frío de hielo (pH 7,4). El número de hemocitos por microlitro de la hemolinfa se contó con un microscopio de contraste de fase (200 ×) con hemocitómetro. de masa corporal grasa se calculó utilizando un método de extracción con éter de acuerdo con Wilson-Rich et al. (2008) , entonces la masa relativa de la grasa corporal fue dado como el cambio por ciento en el peso abdominal después del lavado éter.No hay datos aún que muestra cómo el tamaño de la grasa corporal se correlaciona con la respuesta inmune, pero este tejido es el principal sitio de síntesis inmunoproteinas, la energía y el almacenamiento de proteínas utilizadas para la alimentación de la cría y la síntesis de vitelogenina implicados en la longevidad ( Amdam & Omholt 2002 ). PO y la actividad GOX fueron, respectivamente, medida en todo el abdomen y la cabeza (ver material complementario electrónico). La dieta y el efecto de la edad en la IC se determinaron mediante ANOVA de dos sentidos seguido de Newman -Keuls post hoc pruebas.
3. Resultados
La cantidad de polen de abeja y consumida por día no fue diferente entre las dietas (one-way ANOVA: F = 5,204 0,863, p = 0,51, 5,6 ± 2,1 mg por día por las abejas), pero se encontró un efecto significativo de la dieta de polen en los parámetros inmunológicos diferentes. abejas control tenían una concentración de hemocitos superior en comparación con las abejas alimentadas con polen (F = 6,489 5.27, p <0,001; la figura 1 a). En cuanto a la actividad postal, una dieta de polen ligero efecto se observó (F 6,428 = 2.54, p = 0,02), que se debió a una actividad de PO mayor en las abejas alimentadas con la proteína más rico polyfloral mezcla en comparación con las abejas de control ( figura 1 b) . El contenido de grasa corporal aumenta con la dieta de polen (F 6,489 = 6.74, p <0,001). Además, la primera polyfloral mezcla inducida por un contenido de grasa corporal más alta en comparación con su contraparte monoflorales (contenido de proteínas mismo) y el-monoflorales dietas más bajas en proteína ( figura 1 c).consumo de polen también ha aumentado considerablemente la actividad GOX y, además, el tipo de dieta tuvo un efecto pronunciado sobre su actividad (F = 6,446 19.9, p <0,001). Ambos, las dietas polyfloral inducida por una actividad más alta en comparación con GOX la proteína monoflorales dietas nivel y la misma dieta más rica-proteína ( figura 1 d). Por último, para cada parámetro inmune, no se observaron diferencias entre las diferentes dietas monoflorales ( figura 1 a - d).
F
igura 1.
Efecto de la dieta de polen producidos por CI en 5 (barras blancas) y 10 días de edad abejas (llenos bares). (A) la concentración de hemocitos,(b) La actividad fenoloxidasa, (c) la masa corporal grasa y (d) GOX actividad. Ocho abejas por jaula para cada grupo experimental se analizaron para cada parámetro inmune. El porcentaje de proteínas de polen de cada dieta se indica en el eje-x. Cada letra indica diferencias significativas entre las dietas (p <0,05, Newman - Keuls post hoc pruebas). No hay interacción significativa entre la dieta y los factores de edad (p> 0,05 para cada parámetro inmune). Los datos muestran la media ± SE
Un efecto significativo de la edad se observó también en los parámetros inmunológicos diferentes. Hemocitos concentración y contenido de grasa corporal disminuyó con la edad (F 1,489 = 19,1, p <0,001 y 1,489 F = 25.2, p<0,001, respectivamente) en contra de PP y de la actividad GOX, que aumentó con la edad (F 1,428 = 24,9, p <0,001 y F = 1,446 123.6, p <0,001, respectivamente). Además, el efecto de la dieta en el CI fue consistente entre 5 y días de edad 10 abejas, ya que ninguna interacción significativa entre la dieta y los factores de edad (p> 0,05 para cada parámetro inmune).
4. Discusión
En este estudio, hemos proporcionado evidencia experimental de una relación entre la nutrición y el polen IC línea de base en las abejas. Estos resultados sugieren que la abundancia y diversidad de los recursos ambientales pueden tener un impacto directo en la salud de los polinizadores.
concentración de hemocitos fue aumentada en las abejas alimentadas con una dieta sin proteínas. Concentraciones más altas de hemocitos se espera que sean asociados con el suministro de proteína y mayor resistencia a las enfermedades. Sin embargo, las abejas alimentadas con proteína podría invertir más recursos en ciertos tipos de hemocitos (por ejemplo, granulocitos o plasmatocyte) a expensas de otros tipos. Una inversión en el tipo de hemocitos que resultan más onerosas para producir en última instancia conducir a una disminución general del número de hemocitos. O, dado que la actividad metabólica de los hemocitos se incrementa con una dieta de polen ( Sżymaś Jędruszuk y 2003 ), la concentración de hemocitos podría aumentar en las abejas alimentadas sin proteínas para compensar la menor actividad metabólica. Esta disminución en la concentración de edad fue encontrado también por Schmid et al. (2007) . Sin embargo, Wilson-Richet al. (2008) observó una concentración de hemocitos menor en días de edad en comparación con las abejas recolectoras 1, tal vez conseguidas las abejas, porque eran muy jóvenes y en el proceso de alcanzar la concentración máxima hemocitos. El polen de alimentación no afectan claramente a la actividad de PO. Resultados similares se encontraron en abejorros, donde la nutrición limitada no afectó la respuesta mediada por encapsulación PO ( Schmid-Hempel & Schmid-Hempel 1998 ). Tal vez, los costes inducidos por agentes patógenos que revelaría un papel fundamental de la dieta de la proteína sobre la actividad de PO. Por el contrario, GOX actividad, que no proporciona una protección inmunológica a la propia abeja, sino que permite la prevención de enfermedades infecciosas en la colonia, se vio muy afectada por las dietas de proteínas, lo que sugiere que las abejas se inviertan más recursos en la vida social en lugar de inmunidad individual. De hecho, las abejas poseen sólo una tercera parte el número de genes de respuesta inmune conocido por insectos solitarios ( Evans et al. 2006 ), lo que indica que otros tipos de defensa contra los patógenos puede ser importante (por ejemplo, GOX).
En cuanto a la calidad de la dieta, las dietas diferentes monoflorales no indujo cambios en los niveles de CI. Esto podría explicarse por una compensación nutritivo de las abejas alimentadas con polen de la proteína de los pobres, sin embargo, la cantidad de polen consumido por las abejas no fue diferente entre las dietas. Curiosamente, una gama comparable del contenido de proteínas provoca diferencias en el ovario y el desarrollo de HPG ( Pernal y Currie 2000 ), lo que sugiere que la IC en las abejas no es sensible a la cantidad de proteína. Sin embargo, no podemos excluir la posibilidad de que el polen de otros más ricos o más pobres contenido de proteínas o desafíos con patógenos que inducen las diferencias en CI.
Curiosamente, las dietas polyfloral mejorado algunas funciones inmunes en comparación con las dietas monoflorales, en la actividad GOX particular, lo que significa que la diversidad de los recursos florales confiere abejas con una mejor protección de la colmena antiséptico-in. Esto demuestra que la diversidad y la dieta es importante que una gran diversidad de nutrientes mínimos no puede satisfacer todas las necesidades de las abejas. Dado que el contenido de nitrógeno es igual entre los mono-y dietas polyfloral, propiedades adicionales pueden estar presentes en la mezcla de polen. Por ejemplo, aminoácidos esenciales de las proteínas se digieren en proporciones específicas necesarias para completar su crecimiento y desarrollo normal ( de Groot 1953 ). polen de la diversidad de baja podría representar un factor limitante importante para el desarrollo de la abeja, pero una dieta polyfloral podría incrementar la diversidad y / o la proporción de detalles las proteínas y los aminoácidos necesarios para el desarrollo de tejidos (grasa corporal y HPGs). Esta hipótesis se apoya en el estudio deTasei y Aupinel (2008) mostrando que las larvas de las abejas abejorros alimentados con una mezcla polyfloral pesaron más que las larvas alimentadas con dietas monoflorales de mayor contenido proteico.
Si la nutrición es un factor crítico en la respuesta inmune, a continuación, la desnutrición es probablemente una de las causas de la inmunodeficiencia en colonias de abejas melíferas. Este trabajo también pone de relieve la importancia de la diversidad de la dieta y subraya la necesidad de realizar nuevos estudios para probar diferentes mezclas de proteínas e identificar la proteína 'cócteles' esenciales para el desarrollo de la función inmunológica normal.
Agradecimientos
Damos las gracias a Pollenergie para el suministro de polen, JL Brunet, D. Feuillet, F. Mondet, Schmid RM y Vaissière B. de ayuda y asesoramiento y A. Brockmann, McDonnell CM y Pernal SF y tres revisores anónimos por los comentarios que mejoraron el manuscrito. Financiación fue proporcionada por HFSP (RGP0042/2007). CA recibió el apoyo de una posición de investigador del INRA jóvenes (INRA departamento de SPE).
Notas al pie
- Recibido 27 de noviembre 2009.
- Aceptado 18 de diciembre 2009.
- © 2010 La Real Sociedad
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