Διερεύνηση της βιοδραστικότητας και του μικροβιώματος του ελληνικού μελισσόψωμου

Abstract

Bee bread (BB) is the only fermented product of the hive and is considered a functional food for its nutritional and health benefits. Honey bees produce BB by inoculating the pollen they collect and store in the honeycomb with their own microbiota. BB constitutes the bee’s main source of proteins, fats, vitamins and trace elements and also contains a plethora of valuable phytochemicals such as polyphenols. Fermentation preserves and increases the bioavailability of pollen nutrients and BB microbiome is thought to enrich the product with both nutrients and bioactive substances. In this study 18 samples of Greek BB as well as 2 bee collected pollen (BCP) samples, of diverse botanical and geographical origin, were evaluated for their antibacterial properties, antioxidant activity, total phenolic content (TPC) and total flavonoid content (TFC). All samples exerted inhibitory and most of them bactericidal activity as well as significant antioxidant activity, which is related to their botanical origin.BB ability to inhibit or eradicate biofilm formation was also investigated and documented. Samples were then tested for their in vitro antiviral activity against Enterovirus D68 and Influenza A virus (IAV) H1N1. Results suggest that Greek BB and BCP exhibit strong antiviral activity against both viruses. The antiviral potential of BB and BCP is documented for the first time. An equally important goal of this thesis was to investigate BB microbiome, at various stages of maturation, using both Next Generation Sequencing (NGS) and microbial culture techniques. Our findings indicate that during BB maturation, microbial diversity fluctuates dynamically resulting in a rather stable microbial community structure in mature BB. The biosynthetic and antimicrobial potential of BB microbiome was also evaluated and, based on the results, artificial pollen fermentation was performed with selected microorganisms isolated from BB. Artificially fermented pollen showed improved antimicrobial and antiviral activity and had a better effect on the longevity of bees reared in cages in the laboratory than the original BCP samples. Finally, we investigated whether any changes in the structure and abundance of BB and bee gut microbial communities can be used to predict the collapse or survival of bee colonies infected with Vairimorpha ceranae. Overall, the results of this study indicate that Greek BB is a functional food with important biological properties that could also serve as a source of new antimicrobial compounds, novel foods and probiotic formulations for both humans and honey bees.

Το μελισσόψωμο (ΜΨ) είναι το μοναδικό ζυμωμένο προϊόν της κυψέλης και προκύπτει από τη γύρη που η μέλισσα συλλέγει και αποθηκεύει στην κηρήθρα εμβολιάζοντάς τη με μικροοργανισμούς του μικροβιώματος της. Για τη μέλισσα αποτελεί την κύρια πηγή πρωτεϊνών, λιπών, βιταμινών και ιχνοστοιχείων και είναι πλούσιο σε φυτοχημικά όπως οι πολυφαινόλες. Η ζύμωση συντηρεί και αυξάνει τη βιοδιαθεσιμότητα των θρεπτικών συστατικών της γύρης, το δε μικροβίωμα του ΜΨ θεωρείται ότι εμπλουτίζει το προϊόν με θρεπτικές και βιοενεργές ουσίες. Στην έρευνα αυτή 18 δείγματα ελληνικού ΜΨ καθώς και 2 δείγματα γύρης μελισσών ΓΜ, ποικίλης βοτανικής και γεωγραφικής προέλευσης, αξιολογήθηκαν για τις αντιβακτηριακές τους ιδιότητες, την αντιοξειδωτική τους δράση, τη συνολική περιεκτικότητα σε φαινολικά (TPC) και τη συνολική περιεκτικότητα σε φλαβονοειδή (TFC). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όλα τα δείγματα ασκούν ανασταλτική και τα περισσότερα από αυτά βακτηριοκτόνο δράση καθώς και σημαντική αντιοξειδωτική δράση, η οποία συσχετίζεται με τη βοτανική προέλευση.Παράλληλα διερευνήθηκε και τεκμηριώθηκε η ικανότητα του ΜΨ να εκριζώνει ή να παρεμποδίζει το σχηματισμό βιοϋμένων. Τα δείγματα ελέγχθηκαν εν συνεχεία για την in vitro αντι-ιική δράση τους έναντι του εντεροϊού D68 και του ιού της γρίπης Α (IAV) H1N1. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το ελληνικό ΜΨ και η ΓΜ εμφανίζουν ισχυρή αντι-ιική δράση έναντι και των δύο ιών, κάτι που για πρώτη φορά τεκμηριώνεται σε παγκόσμιο επίπεδο. Εξίσου σημαντικός στόχος της διατριβής αυτής ήταν να διερευνήσει το μικροβίωμα του ΜΨ, σε διάφορα στάδια ωρίμανσης, τόσο με μεταταξινομικές (NGS) όσο και με καλλιεργητικές μεθόδους. Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι κατά την ωρίμανση του ΜΨ, η ποικιλότητα του μικροβιώματος κυμαίνεται δυναμικά καταλήγοντας σε μια μάλλον σταθερή δομή μικροβιακών κοινοτήτων στο ώριμο ΜΨ. Αξιολογήθηκε επίσης η βιοσυνθετική και αντιμικροβιακή δράση του μικροβιώματος και βάσει των αποτελεσμάτων έγινε τεχνητή ζύμωση γύρης με επιλεγμένους μικροοργανισμούς που απομονώθηκαν από αυτό. Η τεχνητά ζυμωμένη γύρη εμφάνισε καλύτερη αντιμικροβιακή και αντι-ιική δράση και είχε καλύτερη επίδραση στη βιωσιμότητα μελισσών που εκτρέφονται σε κλωβούς στο εργαστήριο από ότι το αρχικό δείγμα γύρης. Τέλος ελέγχθηκε το κατά πόσο τυχόν αλλαγές στη δομή και την αφθονία των μικροβιακών κοινοτήτων του ΜΨ και του εντέρου των μελισσών μπορούν να χρησιμεύσουν ως προγνωστικοί δείκτες για την επιβίωση ή μη των αποικιών μελισσών που εμφανίζουν προσβολή από Vairimorpha ceranae. Συνολικά, τα αποτελέσματα της μελέτης υποδεικνύουν ότι το ελληνικό ΜΨ αποτελεί λειτουργικό τρόφιμο με υψηλή βιοδραστικότητα και μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή νέων αντιμικροβιακών ενώσεων, καινοτόμων τροφίμων και προβιοτικών σκευασμάτων για τη μέλισσα και για τον άνθρωπο.