Screening of natural compounds for the control of nosema disease in honeybees (Apis mellifera)

Abstract

The potential of some natural compounds (thymol, vetiver essential oil, lysozyme, resveratrol) for the control of nosema infection in honeybees was evaluated. A first trial aimed at screening substances, in candy preparations, on the basis of their toxicity to honeybees and bees’ dietary preferences. None of the tested substances showed an increased bee mortality or decreased bee preference, and were therefore considered suitable for further testing. In the second trial the effects of the natural compounds on nosema diseased honeybees were evaluated: bees were individually dosed with nosema spores and fed candies prepared with the screened substances. The results showed that bees fed with thymol and resveratrol candies had significantly lower infection rates, and bees supplied with resveratrol prepared candy also lived significantly longer. We suggest that thymol and resveratrol could be useful in alternative strategies for the control of nosema disease.

Zusammenfassung

Effektive Wirkstoffe zur Bekämpfung der Nosemose werden europaweit dringend benötigt, da es keine zugelassenen Präparate gibt und sich die Krankheit zunehmend ausbreitet. Die Nosemose ist ein weltweites Problem für die Bienenhaltung. Die Krankheit wird durch die Mikrosporidien Nosema apis Zander und Nosema ceranae Fries verursacht, wobei sie als obligate Parasiten des Darmepithels die adulten Bienen schädigen. Die Ansteckung erfolgt über Sporen, die in großer Menge im Kot von kranken Bienen nachweisbar sind. Sie sind länger als ein Jahr in Waben und Wasser infektiös und können zusätzlich über Trophallaxis verbreitet werden. Das einzige bisher wirksame Produkt zur Bekämpfung der Nosemose ist das Antibiotikum Fumagillin, das aber in vielen Ländern verboten ist. Das Ziel dieser Untersuchung war es, verschiedene Naturstoffe, die ohne das Risiko einer Rückstandsbildung in Bienenprodukten eingesetzt werden können, hinsichtlich ihrer Wirksamkeit gegen die Nosemose zu testen. Da von Thymol, Vetiveröl, Lysozym und Resveratrol bereits Berichte über inhibitorische Wirkungen auf Mikrosporidien vorlagen, wurden diese für die Tests ausgewählt und den Bienen über das Futter appliziert. In einem ersten Versuch wurden die Substanzen in zwei unterschiedlichen Konzentrationen hinsichtlich der toxischen Effekte und ihrer Akzeptanz als Futterzusatz geprüft. Jeweils 20 Bienen wurden in kleinen Holzkäfigen bei 33 °C und 70 % RF im Dunkeln gehalten und die Futterabnahme sowie die Anzahl toter Bienen bis zum elften Tag erfasst. Dabei wurden keine Unterschiede zwischen den unterschiedlich gefütterten Versuchsgruppen festgestellt (Abb. 1, 2). In einem zweiten Versuch wurden Nosema-freie Bienen einzeln mit 1 μL einer sporenhaltigen Zuckerlösung mit jeweils 18000 N. ceranae Sporen gefüttert. 30 Bienen pro Käfig wurden mit Zuckerteig, der jeweils die höchste getestete Konzentration der o. a. Substanzen enthielt, gefüttert. Aus jedem Käfig wurden 8, 13, 19 und 25 Tage nach Versuchsbeginn je 2 Bienen entnommen und deren Sporenbelastung bestimmt, um die Entwicklung der Nosemainfektion zu verfolgen. Zusätzlich wurde täglich die Anzahl toter Bienen registriert, um die Überlebensraten zu berechnen. Die mit Resveratrol gefütterten Bienen wiesen eine signifikant höhere mittlere Überlebenszeit auf (Abb. 3, Tab. II). Bei Bienen, die mit Resveratrol und Thymol gefüttert wurden, kam es am letzten Untersuchungszeitpunkt (Tag 25) zu einer Reduzierung des Nosema-Infektionsgrades, während in den anderen Gruppen die Anzahl an Sporen zunahm (Tab. III). Bei den mit Thymol gefütterten Bienen war die Sporenkonzentration zu allen Untersuchungszeitpunkten am geringsten. Es scheint, dass Thymol und Resveratrol geeignete Substanzen sind, um die Entwicklung des Parasiten zu hemmen. Thymol wird bereits als wirksames Akarizid gegen Varroa-Milben in der Imkerpraxis eingesetzt und Resveratrol ist bekannt für seine spezifischen antioxidativen Eigenschaften, die in anderen Versuchen bereits zur Verlängerung der Lebensdauer kleiner Invertebraten geführt haben.