Alle bijenlarven eten koninginnengelei als ze nieuw zijn, maar alleen toekomstige koninginnen blijven het eten. Om erachter te komen waarom, onderzoekers in Oostenrijk nemen de moleculaire ingrediënten van het fancy tarief onder de loep.

De vader van Katharina Paschinger, een conservatiechemicus in Wenen, was een toegewijde imker. Paschinger herinnert zich liefdevol dat hij koninginnengelei zou brengen, een belangrijk voedsel voor bijenlarven, als een geschenk bij bezoeken aan haar grootmoeder van moeders kant. "Hij zou het aan mijn oma geven en haar vertellen dat het voor een lang leven en schoonheid was, "Zei Paschinger. "En eigenlijk, ze werd 98."

Van koninginnengelei wordt algemeen aangenomen dat het gezondheidsvoordelen heeft, hoewel het medische bewijs schaars is (en artsen waarschuwen dat sommige mensen ernstige allergische reacties hebben). Een ding dat de stof zeker doet, is de ontwikkeling van kaste bij honingbijen, waardoor genetisch identieke larven zich ontwikkelen tot zeer verschillende volwassenen. Alle bijenlarven eten de eerste paar dagen van hun leven koninginnengelei die wordt uitgescheiden door werkbijen, maar degenen die als koninginnen zijn uitgekozen, blijven het eten totdat ze verpoppen en daarna, terwijl degenen die arbeiders zullen worden, overschakelen op honing en stuifmeel. Biologen geloven dat moleculaire signalen in koninginnengelei larvale bijen ertoe aanzetten zich tot koninginnen te ontwikkelen, maar de details van die signalering - inclusief welk molecuul het belangrijkst is en hoe het wordt herkend - zijn nog niet duidelijk.

Vragen in die richting brachten Katharina Paschinger, een chemicus, om dit jaar koninginnengelei opnieuw te bezoeken in onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Moleculaire en cellulaire proteomics . Paschinger en collega's in het laboratorium van Iain Wilson aan de University of Natural Resources and Life Sciences in Wenen richten zich op glycoproteïnen, eiwitten waaraan een keten van suikermoleculen is bevestigd. Deze suikerketens, glycanen genoemd, kunnen de bindings- en signaleringsactiviteiten van eiwitten dramatisch beïnvloeden.

Eerdere studies van royal jelly glycoproteïnen hadden meestal klassen van glycanen gevonden die bekend staan ​​als oligomannosidische en eenvoudige hybriden. Omdat deze geen speciale herkenningselementen bevatten, ze konden het unieke effect van koninginnengelei op het lot van de larven niet verklaren. Maar Paschinger, haar collega's en enkele andere wetenschappers begonnen onlangs complexere glycaanstructuren te vinden in verschillende insectensoorten, zoals muggen en motten. hun gegevens, Paschinger zei, daagde "een heel lang gekoesterde overtuiging uit dat insecten alleen oligomannosidische glycanen synthetiseren. Je ziet deze uitspraken overal. Het is een nachtmerrie om dergelijke vereenvoudigingen te lezen."

De diversiteit in glycanen van andere insecten was een reden om te vermoeden dat royal jelly glycoproteïnen ook verborgen diepte hadden. koninginnengelei, in bulk verkrijgbaar bij natuurvoedingswinkels, een goede kandidaat was voor een gecombineerde glycomic en glycoproteomic analyse, zei eerste auteur Alba Hykollari. "Als je een monster hebt en je wilt beginnen met glycomics, de eerste vraag is hoeveel je hebt en hoe puur is het. We hadden geluk:we kregen veel koninginnengelei, en het was heel puur."

Om de structuur van de glycanen in koninginnengelei te bepalen, Hykollari gebruikte enzymen om de glycanen te isoleren van eiwitten en voegde chemische tags toe. Ze scheidde de gelabelde glycanen met behulp van vloeistofchromatografie en analyseerde ze met een massaspectrometer, een instrument dat moleculen in kleinere stukjes breekt en scheidt op grootte en lading.

Paschinger analyseerde de gegevens om conclusies te trekken over de glycaanstructuren. Eerst, ze vergeleek fragmentatiepatronen met voorlopermoleculen, gevolgtrekkingen maken over de structuren van de glycanen van hoe ze uit elkaar vielen. Vervolgens, ze stelde specifieke chemische of enzymatische behandelingen voor om die hypothesen te testen.

Omdat glycanen modulaire ketens zijn, zoals Lego, het afbreken van een eenheid tegelijk kan een goed idee geven van hoe het geheel in elkaar past. Bijvoorbeeld, fosfoethanolamine, een subeenheid die het team observeerde in koninginnengelei, blokkeert de spijsvertering door sommige enzymen, maar het kan worden verwijderd met fluorwaterstofzuur. Als glycaanfragmenten van een bepaalde massa verschenen na behandeling met fluorwaterstofzuur, het was een aanwijzing dat fosfoethanolamine aanwezig was.

"Ik zou zeggen dat het N-glycome van koninginnengelei absoluut werd onderschat, " zei Hykollari. Van de ongeveer 100 glycanstructuren die het team heeft gedefinieerd, veel waren nog niet eerder waargenomen bij bijen. De exclusieve focus van hun laboratorium op glycaanbiochemie en hun uiterst gevoelige massaspectrometer hielpen het onderzoeksteam de identiteit van schaarse glycanen te bepalen. zei Hykollari. "We hebben vele jaren (aan glycanen) gewerkt, dus ik zou zeggen dat onze workflow is geoptimaliseerd."

Het kennen van deze structuren zou toekomstige wetenschappers kunnen helpen de activiteit van geglycosyleerde eiwitten in koninginnengelei te begrijpen - hoe ze larvale bijen aanwijzen als toekomstige koninginnen of hoe ze allergische alarmen in het menselijke immuunsysteem activeren. Bijvoorbeeld, zei Paschinger, een onderzoeker zou een glycan uit koninginnengelei kunnen synthetiseren om te zien hoe het interageert met signaaleiwitten in de larve. Hun eigen plannen voor de toekomst zijn om het glycoom van een andere soort aan te pakken. "Onze drijvende kracht is het begrijpen van glyco-evolutie, "zei Paschinger. "Maar heel vaak worden we ook gedreven door het element van uitdaging."

Het onderzoeksteam droeg hun manuscript op aan Paschingers vader, de drogist-imker. "Ik weet zeker dat hij heel blij zou zijn geweest als er iets wetenschappelijks uit zijn bijenhobby zou komen, ' zei Paschinger.