Mobiltelefonmikroskop registrerer den tavse dræber af honningbier

Bier er blandt de vigtigste arter, der er ansvarlige for at bestøve omkring en tredjedel af verdens fødevareforsyning, med deres bidrag alene i USA til en værdi af 15-20 milliarder dollars hvert år. Hurtige fald i honningbikolonier globalt, og specifikt i USA, har lagt øget pres på landbrugsbestøvning og fremtidens fødevaresikkerhed. Parasitter er en af ​​de faktorer, der påvirker bipopulationens fald, hvor Nosema ceranea og Nosema apis er nogle af de mest almindelige. Nosema apis-infektion kan have symptomer på dysenteri og afføring af honningbier ved indgangen til bikuben, men Nosema ceranae-infektion viser ingen fysiske symptomer. Denne 'stille dræber' af honningbier inficerer arbejderbier, droner og dronninger, og kan endda resultere i kolonisammenbrud.

I øjeblikket, den eneste måde at diagnosticere denne sygdom på er gennem påvisning af parasitsporer ved hjælp af et lysmikroskop. Imidlertid, denne traditionelle test udføres i laboratoriemiljøer og kræver ekspertbetjening. Derfor, en biavler skal sende lokale prøver til et fjerntliggende laboratorium for nøjagtig diagnose, hvilket er tidskrævende og dyrt.

Forskere ved UCLA Samueli School of Engineering, i samarbejde med Institut for Biologi på Barnard College, har udviklet et mobiltelefonmikroskop, der muliggør hurtig og automatiseret detektion af Nosema-sporer i honningbier i markmiljøer. Denne mobile og omkostningseffektive platform, vejer kun 0,8 pund, er sammensat af et smartphone baseret fluorescensmikroskop, en specialudviklet smartphone-applikation og en nem at udføre prøveforberedelsesprotokol, der muliggør fluorescensmærkning af biparasitsporer selv i marken.

Aydogan Ozcan, UCLA Chancellor's Professor of Electrical and Computer Engineering og associeret direktør for California NanoSystems Institute ved UCLA ledede forskningen i samarbejde med Jonathan Snow, en assisterende professor ved Institut for Biologi ved Barnard College (NY), og Hatice Ceylan Koydemir, seniorforsker ved UCLA. Undersøgelsen blev offentliggjort i Lab på en chip , et tidsskrift fra Royal Society of Chemistry (UK).

Sygdomsdiagnostik ved denne nye platform involverer prøveforberedelse, hvor honningbiers tarmvæv fjernes og mellemtarm dissekeres, efterfulgt af tilsætning af en lille mængde af en plet for at fluorescerende mærke parasitsporer. En dråbe af den tilberedte opløsning anbringes derefter på et objektglas, som derefter indsættes i mobiltelefonens mikroskop til analyse. Et billede af prøven optages derefter af smartphonen og overføres til en computer til automatiseret analyse for hurtigt at afsløre sporetallet, som sendes tilbage til brugeren på mindre end 90 sekunder.

Forskerne testede ydeevnen af ​​denne mobile platform ved hjælp af feltprøver og fastslog, at enheden er i stand til at detektere parasitkoncentrationen pr. bi, der er under den tærskel, der er nødvendig for at rådgive behandling mod Nosema-parasitter. Derfor, dette mobiltelefonbaserede instrument opfylder den nødvendige detektionsfølsomhed for at etablere behandlingen.

"At sikre biers velfærd er et meget vigtigt problem for global fødevaresikkerhed og økosystemstabilitet. Der er mange faktorer, der påvirker hurtigt faldende bibestande, med parasitære infektioner, der spiller en væsentlig rolle. Den udviklede mobile enhed baner vejen for at løse dette nye problem på en billig måde, og, til vores viden, det er den første og eneste eksisterende bærbare platform til Nosema spore-detektion i markmiljøer." sagde Ozcan.

Undersøgelsen blev støttet af North American Pollinator Protection Campaign, et National Science Foundation Engineering Research Center (ERC) og Howard Hughes Medical Institute (HHMI).