Koffein kann Virusinfektionen bei Honigbienen begrenzen
In dieser Studie wurde der Einfluss von Koffein auf das Immunsystem von Honigbienen untersucht.
Die Genexpression wurde gemessen, um die Wechselwirkung zwischen Koffein und dem Flügeldeformationsvirus (DWV) zu untersuchen. Die Wirkung von Koffein auf die Immunabwehr von Bienen ist weitgehend unbekannt. Beim Menschen können hohe Koffeinkonzentrationen entzündungsbedingte Schäden abschwächen, indem sie die Aktivität der Phosphodiesterase (PDE) hemmen. Dadurch steigt der intrazelluläre cAMP-Spiegel und der PKA-Signalweg wird aktiviert. Dies könnte die hier beobachteten Veränderungen der Genexpression erklären, da der PKA-Signalweg auch an der Immunregulation beteiligt ist.
Die Analyse der Immungene zeigte nach Koffeinbehandlung bei DWV-infizierten Bienen eine signifikant erhöhte Expression: parseph und myd88 im Toll-Signalweg, PGRPLC, tak1, kenny und tab im Imd-Signalweg sowie Lysozym-1 (Lys-1), das Prophenoloxidase-aktivierende Enzym (PPOact) und amPPO. Sowohl der Toll- als auch der Imd-Signalweg sind nach früheren Untersuchungen an der Virusabwehr von Insekten beteiligt. Unsere Ergebnisse zeigten außerdem, dass eine Koffeinbehandlung vor der DWV-Infektion diese hemmen konnte. Koffein könnte somit die Immunabwehr stärken, indem es die Expression von Genen in immunrelevanten Signalwegen wie Toll und Imd erhöht und Bienen vor Virusinfektionen schützt.
Nach der DWV-Infektion war die Expression immunrelevanter Gene hochreguliert. Frühere Studien zeigten zwar, dass DWV die Immunabwehr des Wirts unterdrücken kann, doch betraf dies eine langfristige, latente Infektion im Zusammenhang mit Varroa destructor und DWV. In unserem Versuch erhielten gesunde Bienen das Virus; die Bedingungen waren daher anders. Die akute Infektion löste eine starke Immunantwort gegen das eindringende Virus aus. Der Einfluss von Koffein auf die Genexpression bei 16 Tage alten Bienen war zuvor nicht untersucht worden.
Koffein ist eine natürliche Verbindung im Nektar mancher Pflanzen und kann daher von Bienen leicht aus ihrer Umwelt aufgenommen werden. Insgesamt hat Koffein das Potenzial, die Widerstandsfähigkeit gegen Virusinfektionen zu verbessern. Bei 16 Tage alten Bienen war die Wirkung ähnlich, jedoch weniger umfassend und positiv als in anderen Altersgruppen. Koffein hemmt die DWV-Replikation durch eine Verbesserung des Kohlenhydratstoffwechsels.
Um genauer zu untersuchen, wie Koffein die Expression von Immunantwortgenen anregt, wurde die DWV-Replikation in infizierten Bienen mit und ohne koffeinhaltige Nahrung analysiert. Die Zahl der DWV-Genomkopien war bei koffeingefütterten Bienen signifikant geringer. Dies legt nahe, dass die verstärkte Expression von Immunantwortgenen die Virusreplikation unterdrückte. Eine optimale Immunantwort benötigt viel Energie. Daher vermuteten wir, dass Koffein diese Gene über positive Wirkungen auf den Kohlenhydratstoffwechsel stimuliert. Mit Echtzeit-PCR wurde die Expression von Genen der Glykolyse und des Tricarbonsäurezyklus (TCA-Zyklus) bei Bienen mit und ohne Koffeinfütterung untersucht. Obwohl die Unterschiede nicht statistisch signifikant waren, zeigte sich bei diesen Genen ein Trend zu höherer Expression.
Koffein hemmte auch Infektionen mit anderen verbreiteten Bienenviren. Infizierte Bienen erhielten Koffein im Futter, um dessen Wirkung auf die Virusaktivität im Wirt zu prüfen. Die Quantifizierung viraler Genexpression mittels Echtzeit-PCR zeigte bei sechs viralen Zielgrößen einen signifikanten Rückgang, mit Ausnahme des Schwarzen-Königinnenzellen-Virus (BQCV) und des Varroa-destructor-Virus (VDV).
Yun-Heng Lu et al.
Nach Identification of Immune Regulatory Genes in Apis mellifera through Caffeine Treatment — Insects 2020, 11, 516; doi: 10.3390/insects11080516
Kommentare