Alla bilarver äter kunglig gelé när de är nya, men bara framtida drottningar fortsätter att äta det. För att ta reda på varför, forskare i Österrike tittar noga på de molekylära ingredienserna i den fina maten.

Katharina Paschingers far, en konserveringskemist i Wien, var en hängiven biodlare. Paschinger minns med glädje att han skulle ta med sig kunglig gelé, en viktig föda för bilarver, som present vid besök hos sin mormor. "Han matade det till min mormor och berättade för henne att det var för långt liv och skönhet, " sa Paschinger. "Och faktiskt, hon levde för att vara 98."

Kungsgelé anses allmänt ha hälsofördelar, även om de medicinska bevisen är knappa (och läkare varnar för att vissa människor har allvarliga allergiska reaktioner). En sak som ämnet verkligen gör är att främja kastutveckling hos honungsbin, vilket gör att genetiskt identiska larver utvecklas till väldigt olika vuxna. Alla bilarver äter kunglig gelé som utsöndras av arbetarbin under de första dagarna av livet, men de som valts ut för att vara drottningar fortsätter att äta det tills de förpuppas och längre fram, medan de som kommer att bli arbetare byter till honung och pollen. Biologer tror att molekylära signaler i kunglig gelé driver larvbin att utvecklas till drottningar, men detaljerna i den signaleringen – inklusive vilken molekyl som är viktigast och hur den känns igen – är ännu inte klara.

Frågor i den riktningen fick Katharina Paschinger, en kemist, att återbesöka kunglig gelé i år i forskning publicerad i tidskriften Molekylär och cellulär proteomik . Paschinger och kollegor i Iain Wilsons labb vid University of Natural Resources and Life Sciences i Wien fokuserar på glykoproteiner, proteiner till vilka en kedja av sockermolekyler är fästa. Dessa sockerkedjor, kallas glykaner, kan dramatiskt påverka proteiners bindnings- och signaleringsaktiviteter.

Tidigare studier av royal jelly glykoproteiner hade mestadels hittat klasser av glykaner kända som oligomannosidic och enkla hybrider. Eftersom dessa inte innehåller några speciella igenkänningselement, de kunde inte förklara den unika effekten av kunglig gelé på larvernes öde. Men Paschinger, hennes kollegor och några andra forskare började nyligen hitta mer komplexa glykanstrukturer i flera insektsarter, som myggor och nattfjärilar. Deras data, Paschinger sa, utmanade "en riktigt långvarig tro att insekter bara syntetiserar oligomannosidic glykaner. Man ser dessa uttalanden överallt. Det är en mardröm att läsa sådana förenklingar."

Mångfalden i andra insekters glykaner var en anledning att misstänka att kunglig geléglykoproteiner också hade dolt djup. Royal gelé, tillgänglig i bulk i hälsokostbutiker, var en bra kandidat för en kombinerad glykomisk och glykoproteomisk analys, sa förstaförfattaren Alba Hykollari. "Om du har ett prov och du vill börja med glykomik, den första frågan är hur mycket du har och hur ren är den. Vi hade ganska tur:vi fick en hel del kunglig gelé, och det var väldigt rent."

För att bestämma strukturen av glykanerna i kunglig gelé, Hykollari använde enzymer för att isolera glykanerna från proteiner och lade till kemiska taggar. Hon separerade de taggade glykanerna med vätskekromatografi och analyserade dem med en masspektrometer, ett instrument som bryter molekyler i mindre bitar och separerar dem efter storlek och laddning.

Paschinger analyserade data för att dra slutsatser om glykanstrukturerna. Först, hon jämförde fragmenteringsmönster med prekursormolekyler, dra slutsatser om glykanernas strukturer från hur de gick sönder. Sedan, hon föreslog specifika kemiska eller enzymatiska behandlingar för att testa dessa hypoteser.

Eftersom glykaner är modulära kedjor, som legos, att bryta av en enhet i taget kan ge en bra bild av hur helheten hänger ihop. Till exempel, fosfoetanolamin, en underenhet som laget observerade i kunglig gelé, blockerar matsmältningen av vissa enzymer, men det kan avlägsnas med fluorvätesyra. Om glykanfragment av en viss massa uppträdde efter behandling med fluorvätesyra, det var en ledtråd att fosfoetanolamin var närvarande.

"Jag skulle säga att N-glykomet i kunglig gelé definitivt var underskattat, " sa Hykollari. Av de cirka 100 glykanstrukturer som teamet definierade, många hade inte observerats tidigare hos bin. Deras laboratoriums exklusiva fokus på glykanbiokemi och deras extremt känsliga masspektrometer hjälpte forskargruppen att fastställa identiteten på knappa glykaner, sa Hykollari. "Vi har arbetat (på glykaner) i många år, så jag skulle säga att vårt arbetsflöde är optimerat."

Att känna till dessa strukturer kan hjälpa framtida forskare att förstå aktiviteten av glykosylerade proteiner i kunglig gelé - antingen hur de utser larvbin som framtida drottningar eller hur de utlöser allergiska larm i det mänskliga immunsystemet. Till exempel, sa Paschinger, en forskare kunde syntetisera en glykan från kunglig gelé för att se hur den interagerar med signalproteiner i larven. Deras egna planer framåt är att ta itu med glykomet hos en annan art. "Vår drivkraft är att förstå glykoevolution, ", sa Paschinger. "Men väldigt ofta drivs vi också av utmaningen."

Forskargruppen tillägnade sitt manuskript till Paschingers far, apotekaren-biodlaren. "Jag är säker på att han skulle ha varit väldigt glad över att se något vetenskapligt komma ur hans biodlingshobby, sa Paschinger.