 |
The immune defense of the honey bee (Apis mellifera)
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
120140 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Kurucz, Judit Éva |
| Title in Hungarian |
A mézelő méh (Apis mellifera) immunvédekezésének vizsgálata |
| Title in English |
The immune defense of the honey bee (Apis mellifera) |
| Keywords in Hungarian |
Veleszületett immunválasz, vérsejt típusok, marker molekulák, |
| Keywords in English |
Innate immunity, hemocyte sub-populations, molecular markers, |
| Discipline |
| Veterinary sciences (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Animal immunology |
|
| Panel |
Plant and animal breeding |
| Department or equivalent |
Institute of Genetics (HUN-REN Biological Research Centre Szeged) |
| Participants |
Andó, István
Cinege, Gyöngyi Ilona
Gábor, Erika
Kolics, Balázs
Lerner, Zita
Mándoki, Míra
Rusvai, Miklós
Stéger, Viktor
Udvardy, Andor
Zajácz, Edit
|
| Starting date |
2016-10-01 |
| Closing date |
2021-03-31 |
| Funding (in million HUF) |
42.000 |
| FTE (full time equivalent) |
10.23 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A mézelő méh (Apis mellifera) a jól ismert méhészeti termékek előállításán kívül a virágos növények beporzásával jelentős szerepet játszik a mezőgazdaságban és az élelmiszeriparban. Az utóbbi években drasztikus méreteket öltő kolónia összeomlás és kaptárelhagyás miatt a méhek védekező rendszerének vizsgálata az érdeklődés középpontjába került. A paraziták, baktériumok, gombák és vírusok a homeosztázis egyensúlyának megbontásával az egyedek gyengülését és a családok pusztulását okozhatják. A homeosztázis fenntartásban az immunrendszernek kitüntetett szerepe van, ezért a háziméh immunrendszerének vizsgálata olyan új információkat eredményezhet, amelyek segítenek feltárni az egyensúly felbomlásában szerepet játszó biológiai tényezőket.
A tervezett projekt célja patogénekkel szembeni védekezésben szerepet játszó sejt közvetítette immunitás megismerése a funkciójukban egymástól különböző vérsejt populációk azonosításán és vizsgálatán keresztül. Kísérleteket tervezünk a higiénikus viselkedésű vagy parazitákra érzékeny higiénikus viselkedésű méhek vérsejt-alpopulációinak összehasonlítására és azok dinamikájának követésére. Vizsgáljuk az általunk korábban az ecetmuslicában azonosított, fagocitózisban résztvevő Nimrod fehérjék mézelő méh homológjainak a sejtes immunitás első lépésében, a mikrobák felismerésében játszott szerepét. Vizsgálataink a mézelő méh állóképességének fenntartásában központi szerepet játszó immunitás megismerésén keresztül alapul szolgálhatnak a mézelő méh állóképességének megtartását és fokozását célzó új stratégiák kialakításához.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A mézelő méh (Apis mellifera) gazdaságilag igen fontos háziasított rovar, ezért rendkívül fontos, az egyed és a család belső biológiai egyensúlyában szerepet játszó faktorok megértése. A jelenleg terjedő kaptárelhagyási tünetegyüttes kialakulásában feltehetően a homeosztázis felborulása játszik fő szerepet. Ehhez elengedhetetlen a homeosztázis fenntartásában igen fontos szerepet játszó immunrendszer működésének a megismerése. A mézelő méhben ugyan azonosítottak már több antimikrobiális aktivitással rendelkező molekulát, azonban a sejtes immunválasz elemeiről kevés ismerettel rendelkezünk. Vizsgálataink célja egy, a sejt közvetítette imunitás megismerésére alkalmas eszköztár létrehozása, amely a vérsejt-alpopulációin megnyilvánuló molekulák/antigének azonosításán keresztül lehetővé teszi a sejtes immunitás elemeinek összehasonlító vizsgálatát egészséges és fertőzött egyedekben és családokban, valamint különböző higiénés viselkedési mintázatot mutató kolóniákban.
Korábban azonosítottunk egyes vérsejt alpopulációkon specifikusan megnyilvánuló molekulákat, melyek a melanizáló önocitoidokon, a mikróbákat bekebelező granulocitákon és a tokképzésben résztvevő plazmaticitákon specifikusan nyilvánulnak meg. A plazmatocitákon megnyilvánuló marker vizsgálata során kiderült, hogy az az emberi véralvadásban szerepet játszó von Willebrand faktor homológja, a mézelő méh hemolektin, mely a paraziták által okozott sérülés helyén létrejövő alvadék egyik fő komponense. A tervezett kutatásaink a mézelő méh sejtes immunitásának megismerésén túlmenően hozzájárulhatnak a paraziták és mikróbák elleni immunfolyamatok, továbbá a kaptárelhagyási tünetegyüttest kiváltó tényezők megismeréséhez.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A mézelő méh immunsejtjein megnyilvánuló molekuláris markerek azonosítása, valamint sejt-közvetítette immunválaszának megismerése nem csak olyan alapkutatási jelentőséggel bír, de segítséget nyújthat a patogénekkel szembeni védekezés folyamatainak megismerésében is. Az utóbbi időben komoly gazdasági károkat okozott az ismeretlen etiológiájú, de minden bizonnyal több faktor által kiváltott és az immunrendszer működésével is összefüggésbe hozható kolóniaösszeomlás. Az elmúlt évek során a világszerte komoly erőfeszítések történtek a mézelő méh sejtes immunitásának a megismerésére, azonban specifikus molekuláris markerek hiányában a különböző laboratóriumok morfológiai jegyeken alapuló eredményei ellentmondásosak. Az általunk előállított immunológia alapú eszköztár segítségével lehetővé vált több a funkciójában egymástól különböző vérsejttípusok azonosítása. A rendelkezésünkre álló, különböző higiénés viselkedést mutató kolóniák a patogénekkel szemben különböző ellenálló képességgel rendelkezhetnek, mely az egyedek immunstátusában is tükröződhet, ezért az immunstátus vizsgálata a higiénés viselkedés és az immunstátus közti kapcsolat feltárásában. Az egészséges és a fertőzött kolóniák vizsgálata az immun-homeosztázis fenntartásában és a hatékony védekezésben szerepet játszó faktorok felismerésében segíthet.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A mézelő méh (Apis mellifera), nemcsak a fontos tápanyagot, a mézet állítja elő, hanem a virágos növények beporzásában is fontos szerepe van. Mivel gazdasági szerepük vitathatatlan, a mézelő méh populációk egészségének és állóképességük megőrzése mindannyiunk érdeke. Mivel az elmúlt években súlyos kaptárelhagyási jelenségről és a méhpopulációk hanyatlásáról számoltak be, szükséges, hogy erőfeszítéseket tegyünk, és új stratégiákat dolgozzunk ki a mézelő méh populációk egészségének és ez által jó termelőképességének fenntartására. A kaptárak elnéptelenedésével járó tünet-együttest, az úgynevezett kaptárelhagyást valószínűleg ismert és eddig kevéssé ismert faktorok együttese idézi elő. A mézelő méh ivadékok és a kifejlett állatok betegségeit különböző baktériumok, vírusok, gombák és paraziták okozzák. A parazita atkák nemcsak legyengítik, de vírusokkal is megfertőzhetik az egyedeket. A paraziták és fertőző mikroorganizmusok ellen a rovarok, beleértve a méheket is, nagyon hatékonyan működő immunrendszerrel rendelkeznek, amely egyrészt antimikróbiális hatással rendelkező faktorokat termel, másrészt az immunsejtek által fejti kihatását. Ezek a sejtek a mikroorganizmusokat bekebelezik, a nagyméretű betolakodókat pedig több sejtrétegű tokba zárva pusztítják el. A méhek állóképességének javítását célzó új stratégiák kifejlesztéséhez elengedhetetlenül szükséges a méhek sejt-közvetítette immunválaszának részletes megismerése ezért a mézelő méh sejtes immunitásában alapvetően fontos faktorok és védekező folyamatok azonosítását tervezzük.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Honey bee (Apis mellifera) colonies are major components of the world’s agriculture, pollinating crops, producing honey, and other hive products. Honey bees face parasites, bacteria, fungi and viruses which affect their physiology, behavior, and are the cause of weak and dying colonies with reduced productivity and thus, of economic losses. Chronic increase of colony loss, the Colony Collapse Disorder, is a multifactor syndrome, is endangering beekeeping. To reveal the major factors keeping the well balanced homeostasis of the individual and the factors causing imbalance and thus weakening the colonies, the biology and health of the A. mellifera should become the focus of priority in the research in apidology. One of keeping homeostasis is the immunity, thus studying the A. mellifera immune system could provide clues to the development of the imbalance.
The aim of our proposal is to analyze the cellular immunity of the honey bee by definition of functionally different hemocyte subsets, instrumental in the defense against pathogens. We plan to reveal the changes in effector cell function of individuals in infected colonies, and to investigate the dynamics of different hemocyte sub-populations in parasite sensitive and hygienic honey bee lines. We would like to reveal factors involved in the first step of cellular defense, the recognition of pathogens by studying the involvement of bacterium-binding receptors on blood cells, the Nimrod proteins, which we identified in Drosophila as transmembrane receptors for a broad range of bacteria. The results will provide ideas on the development of new strategies to enhance fitness and to maintain a well-balanced homeostasis.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Honey bee (Apis mellifera) is an economically important domesticated insect, therefore it is necessary to understand biological and environmental factors that maintain homeostasis of the individual and in the colony. Recently the spread of Colony Collapse Disorder (CCD) caused major economic and ecologic losses, supposedly by homeostatic imbalance. In order to find a solution for this damage it is crucial to understand the machinery of the honey bee immunity, a major factor in homeostasis. The aim of our studies is to develop a toolkit with combination of immunological and molecular technics, including monoclonal antibody production, immunofluorescence and immunohistochemical methods and functional assays for comparative analysis of the cellular components, the hemocytes, of honey bee immunity in healthy and in infected colonies as well as in colonies with different hygienic behavior.
So far we have defined a set of markers showing differential expression on functionally distinct hemocyte subsets: the melanizing oenocytoids, the phagocytic granulocytes and the encapsulating plasmatocytes. Furthermore we revealed that the plasmatocyte specific marker is the honey bee hemolectin (with substantial homologies with the human von Willebrand factor), a major component of the clot formed in lesions caused by parasites. Our proposed studies will extend our knowledge beyond honey bee cell mediated immunity, as we anticipate that they will help to get a deeper insight in understanding their immune defense against parasites, microbes and the causative agents of and the defense against CCD.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Identification of molecular markers on honey bee immune cells and understanding its cellular immune response will reveal so far unidentified defense mechanisms against parasites, microbes and viruses. Understanding immunity will help in the identification of factors causing homeostatic imbalance in the individual and in the colony, resulting in economic losses. Recently the Colony Collapse Disorder, a multifactor syndrome with an involvement of the immune system, became a major cause of losses. Recently considerable efforts are being devoted in different laboratories around the World to characterize the cellular components of honey bee immunity, however due to the lack of molecular markers for these cells the results are controversial. We produced a toolkit which provides means for definition of A. mellifera larval and adult hemocyte sub-types. Also, the different hygienic behavior of our selected colonies could be reflected partially in the level of resistance to pathogens, and in the immune state of individuals, therefore the combination of these tools will help to reveal the possible connections between hygienic behavior and immunity. Thus, the studies using the healthy and the infected colonies will reveal factors involved in defense mechanisms and playing a role in immune homeostasis.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Honey bees (Apis mellifera), produce the popular delicacy the honey, and are also laborious pollinators of agricultural and horticultural crops, hence the fitness and health of honey bees has a great economic impact worldwide. Since serious losses of bees from beehives and a decline in bee populations - the phenomenon known as Colony Collapse Disorder or honey bee depopulation syndrome - have been reported in recent years, considerable efforts and new strategies have to be developed and applied to improve the bees’ fitness. The cause of this syndrome are multiple, known and still unknown factors. Honey bee brood and adults face a range of pathogens such as bacteria, viruses, fungi and parasites. Parasitic mites not only feed on host body fluids thus weakening the individual but serves also as a vector of different viruses. To defend themselves against parasitic and infectious microorganisms, honey bee has an effective innate immune system with a significant contribution of cellular immunity mediated. The effector cells of cellular immunity are the blood cells, so called hemocytes, which engulf microorganisms, produce antimicrobial peptides and form capsules around intruders which are too big to be taken up by phagocytosis. Better understanding the cellular components of the immune system is very important to develop new strategies to enhance bees’ fitness, therefore we propose to reveal factors and defense-mechanisms instrumental in cellular defense against pathogenic microorganisms and parasites.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Gábor E, CinegeG, Csordás G, Török T, Folkl-Medzihradszky K, Darula Z, Andó, Kurucz É.: Hemolectin expression reveals functional heterogeneity in honey bee (Apis mellifera) hemocytes., Dev. Comp. Immunol. 76: 403-411., 2017 | | Balog József Á., Honti Viktor, Kurucz Éva, Kari Beáta, Puskás László G., Andó István, Szebeni Gábor J.: Immunoprofiling of Drosophila Hemocytes by Single-cell Mass Cytometry, GENOMICS PROTEOMICS & BIOINFORMATICS, 2021 | | Gabor E, Cinege G, Csordas G, Torok T, Medzihradszky FK, Darula Z, Ando I, Kurucz E: Hemolectin expression reveals functional heterogeneity in honey bee (Apis mellifera) hemocytes, DEVELOPMENTAL AND COMPARATIVE IMMUNOLOGY 76: pp. 403-411., 2017 | | Gábor E, Cinege G, Csordás G, Török T, Medzihradszky FK, Darula Z, Kurucz É, Ando I: Molecular definition of the major hemocyte subsets in the honey bee (Apis mellifera), IMMUNOLÓGIAI SZEMLE 9:(3) pp. 32-33., 2017 | | Gábor E, Cinege G, Csordás G, Török T, Medzihradszky FK, Darula Z, Kurucz É, Ando I: Monoclonal antibodies for the characterization of hemocyte subpopulations in the honey bee (Apis mellifera), ), IMMUNOLÓGIAI SZEMLE 10:(3) pp. 31., 2018 | | Gabor, E ; Cinege, G ; Csordas, G ; Honti, V ; Torok, T ; Medzihradszky, KF ; Darula, Z ; KUrucz, E ; Ando, I: The identification of two important proteins in honey bee (Apis mellifera) cellular immunity, IMMUNOLÓGIAI SZEMLE XI : 3 p. 12., 2019 | | Gábor E, Cinege G, Csordás, G, Rusvai M, Honti V, Kolics B, Török T, Williams MJ, Kurucz É, Andó I.: Identification of reference markers for characterizing honey bee (Apis mellifera) hemocyte classes., Dev. Comp. Immunol. 109:103701., 2020 | | Balog JÁ, Honti V, Kurucz É, Kari B, Puskás LG, Andó I, Szebeni GJ.: Multi-Dimensional Immuno-Profiling of Drosophila Hemocytes by Single Cell Mass Cytometry, Proteomics & Bioinformatics, 2020 | | Gabor, E ; Cinege, G ; Csordas, G ; Honti, V ; Torok, T ; Medzihradszky, KF ; Darula, Z ; KUrucz, E ; Ando, I: The identification of two important proteins in honey bee (Apis mellifera) cellular immunity, IMMUNOLÓGIAI SZEMLE XI : 3 p. 12, 2019 | | Cinege Gyöngyi, Lerner Zita, Magyar Lilla B., Soós Bálint, Tóth Renáta, Kristó Ildikó, Vilmos Péter, Juhász Gábor, Kovács Attila L., Hegedűs Zoltán, Sensen Christoph W., Kurucz Éva, Andó István: Cellular Immune Response Involving Multinucleated Giant Hemocytes with Two-Step Genome Amplification in the Drosophilid Zaprionus indianus, JOURNAL OF INNATE IMMUNITY, 2019 | | Melcarne Claudia, Ramond Elodie, Dudzic Jan, Bretscher Andrew, Kurucz Éva, Andó István, Lemaitre Bruno: Two Nimrod receptors, NimC1 and Eater, synergistically contribute to bacterial phagocytosis in Drosophila melanogaster, FEBS JOURNAL, 2019 | | Varga Gergely I B, Csordás Gábor, Cinege Gyöngyi, Jankovics Ferenc, Sinka Rita, Kurucz Éva, Andó István, Honti Viktor: Headcase is a Repressor of Lamellocyte Fate in Drosophila melanogaster, GENES 10: (3) 173, 2019 | | Gabor E, Cinege G, Csordas G, Torok T, Medzihradszky FK, Darula Z, Ando I, Kurucz E: Hemolectin expression reveals functional heterogeneity in honey bee (Apis mellifera) hemocytes, DEVELOPMENTAL AND COMPARATIVE IMMUNOLOGY 76: pp. 403-411., 2017 | | Kari B, Csordas G, Honti V, Cinege G, Williams MJ, Ando I, Kurucz E: The raspberry Gene Is Involved in the Regulation of the Cellular Immune Response in Drosophila melanogaster, PLOS ONE 11: (3) e0150910, 2016 | | Gabor E, Cinege G, Csordas G, Torok T, Medzihradszky FK, Darula Z, Ando I, Kurucz E: Hemolectin expression reveals functional heterogeneity in honey bee (Apis mellifera) hemocytes, DEV COMP IMMUNOL 76: 403-411, 2017 | | Gábor E, Cinege G, Csordás G, Török T, Medzihradszky FK, Darula Z, Kurucz É, Ando I: Molecular definition of the major hemocyte subsets in the honey bee (Apis mellifera), IMMUNOLÓGIAI SZEMLE 9:(3) pp. 32-33., 2017 | | Gábor E, Cinege G, Csordás G, Török T, Medzihradszky FK, Darula Z, Kurucz É, Ando I: Monoclonal antibodies for the characterization of hemocyte subpopulations in the honey bee (Apis mellifera), IMMUNOLÓGIAI SZEMLE 10:(3) pp. 31., 2018 | | Gábor, E., Cinege, G., Csordás, G., Török, T., Folkl-Medzihradszky, K., Darula, Z., Andó, I., Kurucz, É.,: Hemolectin expression reveals functional heterogeneity in honey bee (Apis mellifera) hemocytes., Dev. Comp. Immunol. 76, 403–411. doi:10.1016/j.dci.2017.07.013., 2017 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
