An examination of stress resistance and lifespan extension in the honey bee, Apis mellifera

Abstract

Many societies and health systems will soon face the unprecedented challenge of burgeoning aged populations. This demographic change will place pressure on social and medical systems, and give rise to questions concerning quality of life. Aging is often characterized by a decreased capacity for stress resistance and cognitive tasks. Thus, a longer life does not necessarily guarantee a prolonged health span, i.e., the time spent as a healthy individual. Additional research is needed to better understand and ultimately influence the connections between longevity, the decline of brain function, and health span. Using the honeybee as a model system, this dissertation examines the relationship between stress and lifespan, the effects of oxidative stress on learning and sensory capacity, and the potential reversal of brain decline. By combining manipulative tools, including the alteration of oxygen environment, RNAi-mediated gene knockdown, and pharmacological intervention with behavioral assays, this dissertation demonstrates that key indicators of health and lifespan can be selectively modulated. Specifically, hyperoxia negatively impacts survivorship and learning performance without compromising gustatory responsiveness. This indicates that peripheral and central brain functions are differentially affected by oxidative stress in honey bees. In addition, these differences in survivorship can be partially explained by vitellogenin, a yolk precursor protein with antioxidant properties that influences social behavior in honey bees. Lastly, the pharmacological compound, resveratrol, extends honey bee lifespan and alters gustatory responsiveness and food consumption. Honey bees fed resveratrol eat less, suggesting that resveratrol-dependent life span extension may be driven by a mechanism related to caloric restriction. The overall aim of these results is to inform research on future therapies focused on slowing or stalling age-related brain decline. Moreover, they illustrate that alternative model systems in aging research can also be informative.

Mange samfunn og helsevesen vil I løpet av få år møte en helt ny utfordring med en økende andel eldre befolkning. Denne demografiske endringen vil legge press på sosiale og medisinske systemer og fremme spørsmål i forhold til livskvalitet. Aldring blir ofte karakterisert ved en redusert evne til å mestre stress og kognitive oppgaver. Et lenger livsløp korrelerer derfor ikke nødvendigvis med hvor stor del av livet man er frisk. Ytterligere forskning er nødvendig for å få en bedre forståelse og dermed mulighet til å påvirke sammenhengen mellom livsløp, reduksjon i hjernefunksjon og helse. I denne avhandlingen brukes honningbien som modelldyr for å undersøke forholdet mellom stress og livsløp, effekten av oksidativt stress på læring og sanser, og potensialet for reversering av hjernens aldringsforfall. Ved å kombinere manipulasjonsteknikker som inkluderer endring av oksygennivå, RNAi-mediert gene-knockdown og farmakologiske tiltak i adferdstester viser denne avhandlingen at nøkkelindikatorer for helse og livsløp kan bli selektivt modulert. Spesielt hyperoxi innvirker negativt på overlevelse og læringsevne uten å kompromitere gustatorisk reaksjonsevne. Dette gir indikasjoner om at perifere og sentrale hjernefunksjoner er ulikt berørt av oksidativt stress hos honningbier. Disse forskjellene kan også forklares ved vitellogenin, et precursor protein med antioksidante egenskaper som påvirker sosial adferd hos honningbier. Til slutt; den farmakologiske faktoren, resveratrol forlenger honningbiens livsløp og endrer gustatorisk respons og fôrforbruk. Honningbier som får resveratrol spiser mindre noe som antyder at resveratrol-avhengig økt livsløp kan være styrt av en mekanisme knyttet til kalorirestriksjon. Det overordnede målet med disse resultatene er å opplyse forskning på fremtidig terapi som fokuserer på å bremse eller stagnere aldersrelatert redusert hjernefunksjon. I tillegg illustrerer disse resultatene at alternative modellsystemer i aldringsforskning også kan være informativ.