1.3. Онтогенетичні аспекти функціонування антиоксидантної системи у Apis Mellifera

Оксидативний стрес і молекулярні механізми антиоксидантного захисту бджіл викликали особливий інтерес до дослідження цих комах у зв'язку зі старінням і довгою тривалістю життя королев порівняно з іншими особами колоній. Згідно з радикальною теорією старіння, основною причиною старінння є накопичення АФК, що призводить до пошкодження ДНК, деградації мембранних білків, порушення сигнальних шляхів, і в кінцевому рахунку некрозу або апоптозу.

Онтогенез медоносної бджоли, яка є голометаболітна комаха, характеризується зміною етапів, які значно відрізняються за морфологією, фізіології та функціонування. Перехід від одного етапу до іншого забезпечується основних морфогенетичними перетвореннями, що відбуваються під час метаморфозу і супроводжується розвитком клітинних та гуморальних реакцій, характерних для протиінфекційної відповіді [19].

Зміна гормонального балансу в періоди метаморфозу личинок і лялечок, поява макрофагоцитів в гемолімфі, які беруть участь у процесах гістолізу, також супроводжуються аналогом окисного вибуху і індукції молекулярних механізмів його вгамування. Відповідно SOD, CAT і GST також беруть участь у захисті клітин від пошкодження.

У медоносних бджіл протягом перших 3-х днів ембріонального розвитку рівень тіоредоксину пероксидази і експресія GST значно збільшується, що побічно підтверджує припущення про те, що активне покоління АФК розвивається через високу потребу в кисні ембріону. Активність каталази досягає своїх максимальних значень в кишечнику запліднених маток, що пов'язано з їх більш активним живлення і значно більшою тривалістю життя [24]. Онтогенетичні зміни в діяльності імунної факторів медоносної бджоли знаходяться під гормональним контролем і може бути пов'язано з різною здатністю бджіл до антиінфекційного захисту на різних етапах розвитку.

У бджоли медоносної загальна кількість функціонально активних гемоцитів збільшується на личинковій і лялечковій стадіях розвитку, що підтверджує їх активну участь у морфогенетичних процесів. Під час дозрівання дорослих особин іммунокомпетенція гемоцитів зменшується незалежно від статі і кастового відношення бджіл [16]. Відносно низька стійкість до патогенної дії і коротка тривалість життя вигідно з точки зору життєздатності бджолиної сім'ї. Відповідно до "закону 40 днів", бджоли другого покоління (травень – червень) вирощують у великих кількостях на відносно поганому харчуванні для масової участі в медозборі.

Наприкінці основного медозбору існування зношених "безробітних" фуражирів стає нерентабельним для колонії. Вигнання трутнів з колонії відбувається на той же період. У період, коли робочі бджоли починають збереження фуражирів, інтенсивна загибель гемоцитів супроводжується збільшенням ювенільних гормонів і одночасним зниженням рівня вітеллогеніна [24]. Примітно, що активна клітинна проліферація супроводжується підвищенням рівня вітеллогеніна, починаючи в гемолімфі фуражирів, які змушені повернутися у вулик для подальшої роботи. В цілому, збільшення генерації АФК і підвищення антиоксидантного захисту пов'язано зі старінням і переходу робочих бджіл до нагулу. Політ фуражирів, як один з найбільш аеробних споживаних видів діяльності, викликає вироблення великої кількості АФК в грудних м'язових клітинах, і значне збільшення вмісту Cu/ZnSOD для нейтралізувати О^• [25]. У середній кишці робочих бджіл активність каталази, GST і мікросомальної оксидази змішаної функцій збільшується зі старіння.

Метаболізм у бджолиних підвидів адаптований до умов в місці їх походження, так що одні й ті ж кліматичні умови по-різному впливають на біосинтез, стабільність та активність білків. Все це сприяє адаптації та збереженню екотипів. Таким чином, повинні бути вжиті заходи для вивчення і збереження видового різноманіття бджіл, щоб запобігти втраті цього багатого генетичного матеріалу, який настільки є цінним для біорізноманіття у світі.

Особливості кліматичних умов потенційно вплинули на бджолину поведінку, фізіологію і обмін речовин, а також на розвиток взаємодій між бджолою і патогенами. У зв'язку з цим, кишечник медоносної бджоли, який є одним з ключових моментів взаємодії бджіл у з навколишнім середовищем, представляючи великий інтерес. У першу чергу кишечник є основним органом травлення, де поживні речовини і токсини а також кишкові патогенні мікроорганізми вперше потрапляють. Кишечник медоносної бджоли в чомусь визначає стійкість до хвороб на рівні окремих осіб і колонії в цілому. Кишечник не випадково обраний як основний об'єкта для вивчення експресії генів різної природи в пошуках причин краху колоній [22].

Процес старіння корелюється з накопиченням карбонільованих білків у мозку фуражирів. Карбонілювання білків – введення карбонільних груп в білкові ланцюги шляхом прямого окислення або реакції з АФК є одним з основних окислювальних модифікацій білків, пов’язаних з біологічним старінням. Накопичення карбонільованих білків в не залежності від хронологічного віку у робочих бджіл з'являється в бджіл тільки після тривалої діяльності періоду заготівлі [24]. Таким чином, процеси біологічного старіння пов'язані не тільки з реальною тривалостю життя бджіл, але з їх поведінкою і функціями, які виконуються в колонії.

Антиоксидантні ферменти, також відіграють важливу роль у довговічності зародкових клітин. Сперма зберігається протягом тривалого періоду в сперматеках заплідненої самки, підтримання дихальної активності і таким чином ризикуючи отримання окисного ушкодження. Однак, сперма залишається життєздатною протягом багатьох місяців, що пояснюється високою активності антиоксидантних ферментів в репродуктивних тканинах бджіл. Таким чином, в жіночих сперматеках після запліднення, рівень транскрипції гена каталази і GST та активність цих ферментів значно збільшується [24].

Додаткова напруженість у бджолиному організмі відбувається протягом тривалого зимового сезону в умовах північної частини ареалу виду, наприклад в Росії або Україні, де безпілотний зимовий період триває 5-7 місяців. За цей час кишечник бджіл збирає від 20 до 70 мг неперетравлених залишків їжі. У цій ситуації баланс антиоксидантів особливо є важливим для виживання колонії. У першу чергу це відноситься до нейтралізації гнильних процесів в кишечнику. В іншому випадку, ці залишки виділяються бджоли усередині вулика і це може привести до спалаху нозематозу та інших захворювань [4].