Apidologie

, Volume 39, Issue 3, pp 362–371 | Cite as

Infection rate based on quantitative real-time PCR of Melissococcus plutonius, the causal agent of European foulbrood, in honeybee colonies before and after apiary sanitation

  • Alexandra Roetschi
  • Hélène Berthoud
  • Rolf Kuhn
  • Anton Imdorf
Original Article

Abstract

Since 1999, the incidence of European foulbrood (EFB) in Switzerland has been rising constantly. To understand the reason for this increase, an epidemiological study of the efficacy of sanitation measures was carried out. Workers from brood nests and flight entrances at infected apiaries were collected from colonies with and without clinical symptoms in 2005–2006. In order to quantify bacterial loads, a novel real-time PCR assay was developed for Melissococcus plutonius. Our data show that workers from brood nests have about 20-times higher bacterial loads than those from flight entrances, suggesting that the former are more suitable for EFB-monitoring. Moreover, current sanitation measures appear to be insufficient because only three out of eight apiaries were free of M. plutonius one year after sanitation. While no clinical symptoms are observed below 50 000 CFU of M. plutonius per bee, workers can nevertheless be carriers and likely responsible for bacterial propagation.

Melissococcus plutonius Apis mellifera epidemiology real-time PCR foulbrood 

Détermination du taux d’infection par PCR quantitative en temps réel de Melissococcus plutonius, l’agent causal de la loque européenne dans les colonies d’abeilles mellifères avant et après l’assainissement de ruchers infectés

Melissococcus plutonius Apis mellifera épidémiologie loque européenne PCR en temps réel 

Entwicklung der Infektion mit einer quantitativen Echt-Zeit PCR Methode von Melissococcus plutonius, dem Erreger der europäischen Faulbrut in Völkern von Apis mellifera vor und nach der Sanierung der Bienenstände

Zusammenfassung

Die europäische Faulbrut (EFB) verursacht in bestimmten Regionen der Schweiz seit 1999 vermehrt Völkerverluste. Die jungen Larven werden vom Bakterium Melissococcus plutonius, dem Verursacher der EFB, infiziert. Die Larven sterben schnell, da sich der Erreger im Mitteldarm vermehrt und die Futteraufnahme behindert (Bailey, 1956, 1983). In der Schweiz ist EFB eine anzeigepflichtige Bienenkrankheit deren Bekämpfung von den amtlichen Veterinärbehörden überwacht wird. Die Völker mit klinischen Symptomen sowie schwache Völker werden eliminiert, die restlichen Brut- und Honigwaben eingeschmolzen und die Kasten sowie das Imkermaterial desinfiziert. In den 30 Jahren vor 1999 lag die jährliche Inzidenz der EFB unter 0,3 %. Dies waren jährlich weniger als 50 neue diagnostizierte Bienenstände. Nach einer stetigen Zunahme lag die Inzidenz 2006 bei 1,5 %. Die Gründe für diese starke Zunahme sind nicht bekannt. Zwei Untersuchungen haben gezeigt, dass Larven und Puppen, welche keine Symptome zeigen, wie auch Bienen Träger von M. plutonius sein können, (Forsgren et al., 2005; Belloy et al., 2007) die innerhalb des Volkes als auch zwischen den Völkern und den Bienenständen zur Ausbreitung des Erregers beitragen.

Um die Wirksamkeit der sanitären Massnahmen zur Bekämpfung von EFB zu überprüfen, wurde eine neue Echt-Zeit PCR mit dem Ziel-Gen sodA entwickelt, um den Befall von M. plutonius quantitativ erfassen zu können.

Für die epidemiologische Studie wurden 441 Bienenproben auf 11 Bienenständen im Brutnest und am Flugloch vor der Sanierung, ein Monat danach, bei der Einwinterung im Oktober 2005 sowie im Mai 2006 erhoben. Bei drei Ständen wurden wegen des starken Befalls alle Völker vernichtet und konnten nicht mehr beprobt werden. Es zeigte sich, dass die Bienen am Flugloch 20 Mal weniger mit M. plutonius befallen waren als denjenigen aus dem Brutnest, und diese sich daher für epidemiologische Untersuchungen weniger eignen (Fig. 4). Mit der Diagnostik von Brutnestbienen konnten vor der Sanierung 72 von 83 untersuchten Völker als befallen ermittelt werden, aber nur 54 dieser Völker zeigten klinische Symptome. Mit den eingeleiteten Sanierungsmassnahmen konnte der Befall von M. plutonius stark reduziert werden (Fig. 5). Dies reichte aber nicht in allen Fällen aus, um neue Ausbrüche von EFB im kommenden Frühjahr zu verhindern. Auf vier von acht sanierten Ständen konnte erneut mindestens bei einem Volk EFB mit klinischen Symptomen nachgewiesen werden. Bei den Brutnestbienen zeigte sich, dass Völker mit einem Erregerbefall von mehr als 50000 Koloniebildenden Einheiten/Biene mit 91 % Wahrscheinlichkeit klinische Symptome aufweisen (Fig. 6). Dies könnte für die Durchführung einer Frühdiagnose oder die Umgebungskontrolle bei Fällen von EFB auf der Basis von Bienenproben sehr hilfreich sein.

Melissococcus plutonius Apis mellifera Epidemiologie Europäische Faulbrut Echt-Zeit PCR 

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Bailey L. (1956) Etiology of European foulbrood; a disease of the larval honey-bee, Nature 178, 3.CrossRefGoogle Scholar
  2. Bailey L. (1957) The isolation and cultural characteristics of Streptococccus pluton (Bacillus pluton White) and further observations on Bacterium eurydice White, J. Gen. Microbiol. 17, 39–48.PubMedGoogle Scholar
  3. Bailey L. (1961) European Foulbrood, Am. Bee J. 101, 89–92.Google Scholar
  4. Bailey L. (1963) The pathogenicity for honey-bee larvae of microorganisms associated with European foulbrood, J. Insect Pathol. 5, 198–205.Google Scholar
  5. Bailey L. (1983) Melissococcus pluton, the cause of European foulbrood of honey bees (Apis spp.), J. Appl. Bacteriol. 55, 65–69.Google Scholar
  6. Bailey L., Ball B.V. (1991) Honey Bee Pathology, Academic Press, London, pp. 132–153.Google Scholar
  7. Bailey L., Collins N.D. (1982) Reclassification of Streptococcus pluton (White) in a new genus Melissococcus as Melissococcus pluton, J. Appl. Bacteriol. 53, 215–217.Google Scholar
  8. Belloy L., Imdorf A., Fries I., Forsgren E., Berthoud H., Kuhn R., Charrière J.-D. (2007) Spatial distribution of Melissococcus plutonius in adult honey bees collected from apiaries and colonies with and without symptoms of European foulbrood, Apidologie 38, 136–140.CrossRefGoogle Scholar
  9. Cai J., Collins M.D. (1994) Evidence for a close phylogenetic relationship between Melissococcus pluton, the causative agent of European foulbrood disease, and the genus Enterococcus, Int. J. Syst. Bacteriol. 44, 365–367.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  10. Cheshire F.R., Cheyne W.W. (1885) The pathogenic history and the history under cultivation of a new bacillus (B. alvei), the cause of a disease of the hive bee hitherto known as foulbrood, J. R. Microsc. Soc. 5, 581–601.Google Scholar
  11. Djordjevic S., Noone K., Smith L., Hornitzky M. (1998) Development of a hemi-nested PCR assay for the specific detection of Melissococcus pluton, J. Apic. Res. 37, 165–174.Google Scholar
  12. Forsgren E., Cassel Lundhagen A., Imdorf A., Fries I. (2005) Distribution of Melissococcus plutonius in honeybee colonies with and without symptoms of European foulbrood, Microbiol. Ecol. 0, 1–6.Google Scholar
  13. Hornitzky M.A.Z., Smith L. (1998) Procedures for the culture of Melissococcus pluton from diseased brood and bulk honey samples, J. Apic. Res. 37, 293–294.Google Scholar
  14. Lindström A., Fries I. (2005) Sampling of adult bees for detection of American foulbrood (Paenibacillus larvae subsp. larvae) spores in honey bee (Apis mellifera) colonies, J. Apic. Res. 44, 82–86.Google Scholar
  15. Paulsen T., Banerjei L., Myers G.S.A., Nelson K.E., Seshadri R., Read T.D., Fouts D.E., Eisen J.A., Gill S.R., Heidelberg J.F., Tettelin H., Dodson R.J., Umayam L., Brinkac L., Beanan M., Daugherty S., DeBoy R.T., Durkin S., Kolonay J., Madupu R., Nelson W., Vamathevan J., Tran B., Upton J., Hansen T., Shetty J., Khouri H., Utterback T., Radune D., Ketchum K.A., Dougherty B.A., Fraser C.M. (2003) Role of mobile DNA in the evolution of vancomycin-resistant Enterococcus faecalis, Science 299, 2071–2074.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  16. Poyart C., Quesnes G., Trieu-Cuot P. (2000) Sequencing the gene encoding manganesedependent Superoxide dismutase for rapid species identification of Enterococci, J. Clin. Microbiol. 38, 415–418.PubMedGoogle Scholar
  17. Terzaghi B.E., Sandine W.E. (1975) Improved medium for lactic Streptococci and their bacteriophages, Appl. Microbiol. 29, 807–813.PubMedGoogle Scholar
  18. Thompson H.M., Brown M.A. (2001) Is contact colony treatment with antibiotics an effective control for European foulbrood? Bee World 82, 130–138.Google Scholar
  19. Thompson H.M., Waite R.J., Wilkins S., Brown M.A., Bigwood T., Shaw M., Ridgway C., Sharman M. (2006) Effects of shook swarm and supplementary feeding on oxytetracycline levels in honey extracted from treated colonies, Apidologie 37, 51–57.CrossRefGoogle Scholar
  20. Trüper H.G., De’Clari L. (1998) Taxonomic note: erratum and correction of further specific epithets formed as substantives (nouns) “in apposition”, Int. J. Syst. Bacteriol. 48, 615.Google Scholar
  21. Waite R.J., Brown M.A., Thompson H.M., Bew M.H. (2004) Controlling European foulbrood with the shook swarm method and oxytetracycline in the UK, Apidologie 34, 569–575.CrossRefGoogle Scholar
  22. Waite R., Brown M., Thompson H. (2003) Hygienic behaviour in honey bees in the UK: a preliminary study, Bee World 84, 19–26.Google Scholar
  23. White G.F. (1912) The cause of European foulbrood, Circ. U. S. Dep. Agric. 157, 1–15. Zentrum für Bienenforschung (2003) Richtlinien zur Bekämpfung der Bienenkrankheiten.Google Scholar

Copyright information

© Springer S+B Media B.V. 2008

Authors and Affiliations

  • Alexandra Roetschi
    • 1
  • Hélène Berthoud
    • 1
  • Rolf Kuhn
    • 1
  • Anton Imdorf
    • 1
  1. 1.Agroscope Liebefeld-Posieux ALPSwiss Bee Research CentreBernSwitzerland

Personalised recommendations