Tato bakalářská práce se zabývá studiem imunitního systému hmyzu s konkrétním
zaměřením na imunitní priming. Imunitní priming je jedním z málo prozkoumaných
mechanismů imunity hmyzu i přesto, že pro některé druhy je tento proces životně důležitý.
Hmyz patří mezi bezobratlé živočichy a nedisponuje tak získanou neboli adaptivní
imunitou. Díky tomu není schopen vytvářet protilátky a dlouhodobě se bránit proti
napadání patogeny. Imunitní priming je relativně nově objevený proces. Jde o vytváření
krátkodobé (až 22 dní) imunitní paměti, jejíž obranné mechanismy jsou realizovány
buněčnou, a především humorální imunitou. Hlavní myšlenkou této práce je výzkum
sekretu hltanových žláz včely medonosné - mateří kašičky. Mateří kašička výrazně
ovlivňuje správný vývoj larev a slouží jim nejen jako potrava, ale zajišťuje larvám i
částečnou ochranu před patogeny a parazity. Díky jejím antimikrobiálním vlastnostem
zvyšuje sterilitu buňky, kde se larva nachází. Zároveň se spekuluje také o možnosti, že
mateří kašička slouží jako transportní médium fragmentů mikrobů při imunitním primingu.
Cílem této práce je blíže osvětlit význam mateří kašičky ve vývoji larev, dále původ jejích
antimikrobiálních vlastností, zapojení do mechanismu imunitního primingu, a nakonec
porovnat výsledky analýzy mateří kašičky larev v rozdílných vývojových stádiích.
Praktická část této bakalářské práce se zabývá proteinovou analýzou mateří kašičky
odebrané larvám různých vývojových stádií pomocí tří metod - Bradfordově metodě, SDS
PAGE a metodě Western blot. Pomocí Bradfordovy metody byl zjištěn celkový obsah
proteinů ve vzorku a následně i obsah proteinů na mikrogram mateří kašičky. Pomocí SDS
PAGE byly tyto proteiny separovány v elektrickém poli podle molekulové hmotnosti a díky
poznatkům z předchozích výzkumů bylo možné proteinové složení odhadnout. Metodou
Western blot byla v mateří kašičce zjišťována přítomnost AmP (royalisinu,
hymenoptaecinu a abaecinu) a proteinu vitellogeninu. Díky této metodě byla poprvé
vyloučena přítomnost vitellogeninu v mateří kašičce, což bude hrát důležitou roli při
objasňování mechanismu imunitního primingu u včely medonosné. Dále nebyla prokázána
přítomnost AmP hymenoptaecinu a abaecinu. Naopak bylo dokázáno, že AmP royalisin se
v mateří kašičce vyskytuje. Tato informace tak hraje zásadní roli při výzkumu vlastností
mateří kašičky.
Data získaná v rámci této bakalářské práce mohou být základem pro další a přesnější
výzkum této problematiky. Vhodným navázáním by mohla být přesná identifikace
proteinového složení mateří kašičky pomocí hmotnostní spektrometrie. Pro vyšší
průkaznost změn proteinového složení by bylo vhodné použít vyšší počet vzorků
s rovnoměrným zastoupením larev ve vývojových stádiích.
Annotation in English
This bachelor thesis deals with the study of the insect immune system with a specific focus
on immune priming. Immune priming is one of the understudied mechanisms of insect
immunity despite the fact that this process is vital for some species. Insects are
invertebrates and thus do not possess acquired or adaptive immunity. As a result, it is
unable to produce antibodies and defend itself against pathogen attack in the long term.
Immune priming is a relatively newly discovered process. It involves the formation of a
short-term (up to 22 days) immune memory, whose defence mechanisms are implemented
by cellular and, above all, humoral immunity. The main idea of this work is the
investigation of the secretion of the pharyngeal glands of the honey bee - royal jelly. Royal
jelly significantly influences the proper development of larvae and serves not only as food,
but also provides the larvae with partial protection against pathogens and parasites. Thanks
to its antimicrobial properties, it increases the sterility of the cell where the larva is located.
It is also speculated that royal jelly serves as a transport medium for microbial fragments
during immune priming. The aim of this study is to shed more light on the importance of
royal jelly in larval development, the origin of its antimicrobial properties, its involvement
in the immune priming mechanism, and finally to compare the results of royal jelly
analysis of larvae at different developmental stages.
The practical part of this bachelor thesis deals with the protein analysis of royal jelly
collected from larvae of different developmental stages using three methods - Bradford
method, SDS-PAGE and Western blot method. The Bradford method was used to
determine the total protein content of the sample and subsequently the protein content per
microgram of royal jelly. Using SDS-PAGE, these proteins were separated in the electric
field according to molecular weight and the protein composition could be estimated thanks
to the knowledge from previous studies. The presence of AmP (royalisin, hymenoptaecin
and abaecin) and vitellogenin protein was detected in royal jelly by Western blotting. With
this method, the presence of vitellogenin in royal jelly was excluded for the first time,
which will play an important role in elucidating the mechanism of immune priming in the
honey bee. Furthermore, the presence of AmP hymenoptaecin and abaecin was not
demonstrated. In contrast, AmP royalisin was shown to be present in royal jelly. This
information thus plays a crucial role in the investigation of royal jelly properties.
The data obtained in this bachelor thesis can be the basis for further and more precise
research on this subject. A suitable follow-up could be the accurate identification of the
protein composition of royal jelly by mass spectrometry. For higher conclusiveness of
changes in protein composition, it would be advisable to use a higher number of samples
with an even representation of larvae in the developmental stages.
Honeybee, immune priming, royal jelly (beebread), transmission of pathogens
Length of the covering note
76 s (128 981 znaků)
Language
CZ
Annotation
Tato bakalářská práce se zabývá studiem imunitního systému hmyzu s konkrétním
zaměřením na imunitní priming. Imunitní priming je jedním z málo prozkoumaných
mechanismů imunity hmyzu i přesto, že pro některé druhy je tento proces životně důležitý.
Hmyz patří mezi bezobratlé živočichy a nedisponuje tak získanou neboli adaptivní
imunitou. Díky tomu není schopen vytvářet protilátky a dlouhodobě se bránit proti
napadání patogeny. Imunitní priming je relativně nově objevený proces. Jde o vytváření
krátkodobé (až 22 dní) imunitní paměti, jejíž obranné mechanismy jsou realizovány
buněčnou, a především humorální imunitou. Hlavní myšlenkou této práce je výzkum
sekretu hltanových žláz včely medonosné - mateří kašičky. Mateří kašička výrazně
ovlivňuje správný vývoj larev a slouží jim nejen jako potrava, ale zajišťuje larvám i
částečnou ochranu před patogeny a parazity. Díky jejím antimikrobiálním vlastnostem
zvyšuje sterilitu buňky, kde se larva nachází. Zároveň se spekuluje také o možnosti, že
mateří kašička slouží jako transportní médium fragmentů mikrobů při imunitním primingu.
Cílem této práce je blíže osvětlit význam mateří kašičky ve vývoji larev, dále původ jejích
antimikrobiálních vlastností, zapojení do mechanismu imunitního primingu, a nakonec
porovnat výsledky analýzy mateří kašičky larev v rozdílných vývojových stádiích.
Praktická část této bakalářské práce se zabývá proteinovou analýzou mateří kašičky
odebrané larvám různých vývojových stádií pomocí tří metod - Bradfordově metodě, SDS
PAGE a metodě Western blot. Pomocí Bradfordovy metody byl zjištěn celkový obsah
proteinů ve vzorku a následně i obsah proteinů na mikrogram mateří kašičky. Pomocí SDS
PAGE byly tyto proteiny separovány v elektrickém poli podle molekulové hmotnosti a díky
poznatkům z předchozích výzkumů bylo možné proteinové složení odhadnout. Metodou
Western blot byla v mateří kašičce zjišťována přítomnost AmP (royalisinu,
hymenoptaecinu a abaecinu) a proteinu vitellogeninu. Díky této metodě byla poprvé
vyloučena přítomnost vitellogeninu v mateří kašičce, což bude hrát důležitou roli při
objasňování mechanismu imunitního primingu u včely medonosné. Dále nebyla prokázána
přítomnost AmP hymenoptaecinu a abaecinu. Naopak bylo dokázáno, že AmP royalisin se
v mateří kašičce vyskytuje. Tato informace tak hraje zásadní roli při výzkumu vlastností
mateří kašičky.
Data získaná v rámci této bakalářské práce mohou být základem pro další a přesnější
výzkum této problematiky. Vhodným navázáním by mohla být přesná identifikace
proteinového složení mateří kašičky pomocí hmotnostní spektrometrie. Pro vyšší
průkaznost změn proteinového složení by bylo vhodné použít vyšší počet vzorků
s rovnoměrným zastoupením larev ve vývojových stádiích.
Annotation in English
This bachelor thesis deals with the study of the insect immune system with a specific focus
on immune priming. Immune priming is one of the understudied mechanisms of insect
immunity despite the fact that this process is vital for some species. Insects are
invertebrates and thus do not possess acquired or adaptive immunity. As a result, it is
unable to produce antibodies and defend itself against pathogen attack in the long term.
Immune priming is a relatively newly discovered process. It involves the formation of a
short-term (up to 22 days) immune memory, whose defence mechanisms are implemented
by cellular and, above all, humoral immunity. The main idea of this work is the
investigation of the secretion of the pharyngeal glands of the honey bee - royal jelly. Royal
jelly significantly influences the proper development of larvae and serves not only as food,
but also provides the larvae with partial protection against pathogens and parasites. Thanks
to its antimicrobial properties, it increases the sterility of the cell where the larva is located.
It is also speculated that royal jelly serves as a transport medium for microbial fragments
during immune priming. The aim of this study is to shed more light on the importance of
royal jelly in larval development, the origin of its antimicrobial properties, its involvement
in the immune priming mechanism, and finally to compare the results of royal jelly
analysis of larvae at different developmental stages.
The practical part of this bachelor thesis deals with the protein analysis of royal jelly
collected from larvae of different developmental stages using three methods - Bradford
method, SDS-PAGE and Western blot method. The Bradford method was used to
determine the total protein content of the sample and subsequently the protein content per
microgram of royal jelly. Using SDS-PAGE, these proteins were separated in the electric
field according to molecular weight and the protein composition could be estimated thanks
to the knowledge from previous studies. The presence of AmP (royalisin, hymenoptaecin
and abaecin) and vitellogenin protein was detected in royal jelly by Western blotting. With
this method, the presence of vitellogenin in royal jelly was excluded for the first time,
which will play an important role in elucidating the mechanism of immune priming in the
honey bee. Furthermore, the presence of AmP hymenoptaecin and abaecin was not
demonstrated. In contrast, AmP royalisin was shown to be present in royal jelly. This
information thus plays a crucial role in the investigation of royal jelly properties.
The data obtained in this bachelor thesis can be the basis for further and more precise
research on this subject. A suitable follow-up could be the accurate identification of the
protein composition of royal jelly by mass spectrometry. For higher conclusiveness of
changes in protein composition, it would be advisable to use a higher number of samples
with an even representation of larvae in the developmental stages.
Honeybee, immune priming, royal jelly (beebread), transmission of pathogens
Research Plan
- příprava literárního přehledu poznatků o imunitním primingu hmyzu
- zpracování literární rešerše o mechanismu imunitního primingu v rámci generace i mezigeneračně
- zpracování literární rešerše o imunitním primingu skrz potravu či přenos patogenů
- Vývoj a optimalizace metod analýzy potravy včely medonosné
Závěrečná práce bude vypracována v souladu s doporučeným stylem pro závěrečné práce na oboru Biochemie PřF UP uvedeným na webové stránce Katedry biochemie https://www.prf.upol.cz/katedra-biochemie/studium/bakalarske-a-diplomove-prace/.
Student je povinen vložit ekvivalentní elektronickou podobu závěrečné práce do systému STAG a doplnit povinné údaje o své práci (viz Opatření děkana Přírodovědecké fakulty UP v Olomouci k provedení některých ustanovení Studijního a zkušebního řádu UP v Olomouci a Rigorózního řádu UP v Olomouci).
Research Plan
- příprava literárního přehledu poznatků o imunitním primingu hmyzu
- zpracování literární rešerše o mechanismu imunitního primingu v rámci generace i mezigeneračně
- zpracování literární rešerše o imunitním primingu skrz potravu či přenos patogenů
- Vývoj a optimalizace metod analýzy potravy včely medonosné
Závěrečná práce bude vypracována v souladu s doporučeným stylem pro závěrečné práce na oboru Biochemie PřF UP uvedeným na webové stránce Katedry biochemie https://www.prf.upol.cz/katedra-biochemie/studium/bakalarske-a-diplomove-prace/.
Student je povinen vložit ekvivalentní elektronickou podobu závěrečné práce do systému STAG a doplnit povinné údaje o své práci (viz Opatření děkana Přírodovědecké fakulty UP v Olomouci k provedení některých ustanovení Studijního a zkušebního řádu UP v Olomouci a Rigorózního řádu UP v Olomouci).
Recommended resources
Dickel, F., Bos, N. M. P., Hughes, H., Martin-Hernandez, R., Higes, M., Kleiser, A., & Freitak, D. (2022). The oral vaccination with Paenibacillus larvae bacterin can decrease susceptibility to American Foulbrood infection in honey bees-A safety and efficacy study. Front Vet Sci, 9, 946237. doi:10.3389/fvets.2022.946237
Mikonranta, L., Mappes, J., Kaukoniitty, M., & Freitak, D. (2014). Insect immunity: oral exposure to a bacterial pathogen elicits free radical response and protects from a recurring infection. Front Zool, 11(1), 23. doi:10.1186/1742-9994-11-23
Leponiemi, M., Amdam, G. V., & Freitak, D. (2021). Exposure to Inactivated Deformed Wing Virus Leads to Trans-Generational Costs but Not Immune Priming in Honeybees (Apis mellifera). Frontiers in Ecology and Evolution, 9. doi:10.3389/fevo.2021.626670
Lang, S., Simone-Finstrom, M., & Healy, K. (2022). Context-Dependent Viral Transgenerational Immune Priming in Honey Bees (Hymenoptera: Apidae). Journal of Insect Science, 22(1). doi:10.1093/jisesa/ieac001
Recommended resources
Dickel, F., Bos, N. M. P., Hughes, H., Martin-Hernandez, R., Higes, M., Kleiser, A., & Freitak, D. (2022). The oral vaccination with Paenibacillus larvae bacterin can decrease susceptibility to American Foulbrood infection in honey bees-A safety and efficacy study. Front Vet Sci, 9, 946237. doi:10.3389/fvets.2022.946237
Mikonranta, L., Mappes, J., Kaukoniitty, M., & Freitak, D. (2014). Insect immunity: oral exposure to a bacterial pathogen elicits free radical response and protects from a recurring infection. Front Zool, 11(1), 23. doi:10.1186/1742-9994-11-23
Leponiemi, M., Amdam, G. V., & Freitak, D. (2021). Exposure to Inactivated Deformed Wing Virus Leads to Trans-Generational Costs but Not Immune Priming in Honeybees (Apis mellifera). Frontiers in Ecology and Evolution, 9. doi:10.3389/fevo.2021.626670
Lang, S., Simone-Finstrom, M., & Healy, K. (2022). Context-Dependent Viral Transgenerational Immune Priming in Honey Bees (Hymenoptera: Apidae). Journal of Insect Science, 22(1). doi:10.1093/jisesa/ieac001
Enclosed appendices
-
Appendices bound in thesis
illustrations, graphs, schemes, tables
Taken from the library
No
Full text of the thesis
Appendices
Reviewer's report
Supervisor's report
Defence procedure record
V úvodu obhajoby místopředseda komise prof. Mgr. Marek Petřivalský, Dr. představil studentku přítomným akademickým pracovníkům a hostům. V rámci prezentace své práce Imunitní priming hmyzu studentka seznámila všechny zúčastněné s cíli práce a hlavními metodami využitými při jejím zpracování, dále se získanými výsledky a z nich vyplývajícími závěry.
Následně byl přečten posudek vedoucího práce a oponentský posudek. Studentka zodpověděla dotazy položené v posudku oponentky. Odpověděla také na dotazy členů zkušební komise:
dr. Janků: Kdy se imunitní priming uplatňuje – jen při setkání s konkrétním patogenem nebo celé spektrum patogenů?
prof. Petřivalský: Je možnost zvýšení citlivosti detekce vitellogeninu u Western blotu? Jak by detekci Vg pomohla hmotnostní spektrometrie?