Nietermiczna plazma przy ciśnieniu atmosferycznym do inaktywacji Paenibacillus larvae, czynnika powodującego zgnilca amerykańskiego u pszczół miodnych (Apis mellifera)

Dlaczego zdrowie pszczół ma znaczenie dla nas wszystkich

Pszczoły miodne robią znacznie więcej niż tylko wytwarzają miód: zapylają wiele owoców, orzechów i warzyw, które trafiają na nasze talerze. Jedną z najbardziej niszczycielskich chorób zagrażających tym owadom jest zgnilec amerykański, który zabija rozwijające się larwy i może zniszczyć całe rodziny pszczele. Ponieważ bakteria wywołująca tę chorobę tworzy wyjątkowo odporne przetrwalniki, pszczelarze często muszą palić zainfekowane ule, aby powstrzymać dalsze rozprzestrzenianie. W badaniu oceniono nowe, wolne od chemikaliów narzędzie — nietermiczną plazmę przy ciśnieniu atmosferycznym, nazywaną też „zimną plazmą” — aby sprawdzić, czy może osłabić tę bakterię i pomóc chronić rodziny pszczele.

Uparta choroba uli

Zgnilec amerykański wywoływany jest przez bakterię Paenibacillus larvae. Młode larwy pszczół zakażają się, gdy spożywają pokarm zanieczyszczony przetrwalnikami. Po przedostaniu się do jelita przetrwalniki się uaktywniają, mnożą i ostatecznie penetrują ciało larwy, powodując jej śmierć. Martwa larwa wysycha do twardej, sznurkowatej skali pełnej milionów nowych przetrwalników, które mogą pozostawać zakaźne na sprzęcie pasiecznym przez dekady. Obecne metody kontroli obejmują antybiotyki i — w wielu miejscach — niszczenie całych rodzin pszczelich. Antybiotyki nie zabijają przetrwalników, mogą pozostawiać pozostałości w miodzie i sprzyjać powstawaniu opornych szczepów, dlatego istnieje silny nacisk na znalezienie bezpieczniejszych, zrównoważonych alternatyw.

Co wnosi zimna plazma

Plazmę czasem nazywa się czwartym stanem skupienia — to gaz, w którym część cząstek jest naładowana. W tej pracy badacze użyli małego strumienia (jetu), który tworzy plazmę z powietrza lub gazu argonowego w temperaturze pokojowej, wystarczająco łagodną dla materiałów wrażliwych na ciepło. Tego typu plazma jest bogata w wysoko reaktywne formy tlenu i azotu, a także naładowane cząstki i niewielką ilość promieniowania ultrafioletowego. Te składniki razem mogą atakować zewnętrzną powierzchnię drobnoustrojów, uszkadzać ich białka i materiał genetyczny, a w efekcie prowadzić do ich śmierci. Zespół najpierw potwierdził, że ich plazmy z powietrza i argonu generują wiele takich reaktywnych gatunków, a następnie sprawdził, jak skutecznie powstrzymują wzrost P. larvae w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych.

Poddawanie bakterii działaniu plazmy

Gdy P. larvae hodowano na płytkach agarowych i eksponowano bezpośrednio na strumień plazmy, zarówno zabiegi powietrzne, jak i argonowe tworzyły wyraźne strefy wolne od bakterii, co świadczyło o silnym zahamowaniu wzrostu. Plazma powietrzna tworzyła największe przejaśnienia, zwłaszcza przy dłuższych czasach ekspozycji. W zawiesinach ciekłych obu gazów ponownie obserwowano zmniejszenie liczby żywych komórek, a dłuższe ekspozycje nasilaly efekt; tutaj plazma argonowa dała największy spadek liczby żywych drobnoustrojów po dziesięciu minutach. Mikroskopia i testy biochemiczne ujawniły, co działo się z komórkami: bakterie traktowane plazmą wypuszczały DNA i białka, w barwieniu żywe/nieżywe świeciły jako „martwe” i pod mikroskopem elektronowym wykazywały chropowate, wgniecione i zapadnięte powierzchnie. Zmiany te wskazują na poważne uszkodzenia osłonki bakterii i jej wnętrza.

Testowanie metody na prawdziwych larwach pszczół

Aby sprawdzić, czy te laboratoryjne efekty mają znaczenie u żywego gospodarza, naukowcy karmili laboratoryjnie hodowane larwy pszczół miodnych pokarmem zanieczyszczonym albo nieleczonymi bakteriami, albo bakteriami uprzednio wystawionymi na plazmę powietrzną lub argonową. Larwy, którym podano nieleczone P. larvae, miały najwyższe obciążenia bakteryjne, co potwierdziło skuteczne zakażenie. Larwy karmione bakteriami traktowanymi plazmą powietrzną nie miały wykrywalnego P. larvae, a te, którym podano bakterie traktowane argonem, miały mniej bakterii niż całkowicie zakażone kontrolne grupy. Pomimo tego wyraźnego zmniejszenia obciążenia bakteryjnego, krzywe przeżywalności w ciągu siedmiu dni wyglądały podobnie we wszystkich grupach, łącznie z kontrolami niezakażonymi. Innymi słowy, w ramach warunków tego eksperymentu osłabienie bakterii nie przełożyło się jeszcze na zauważalną poprawę krótkoterminowego przeżycia larw.

Co to oznacza dla przyszłej ochrony uli

Podsumowując, badanie pokazuje, że zimna plazma może znacząco uszkadzać i zmniejszać żywotność bakterii wywołującej zgnilca amerykańskiego, zarówno na płytkach hodowlanych, jak i w bakteriach podawanych larwom pszczół. Plazma powietrzna była szczególnie skuteczna na powierzchniach stałych, podczas gdy plazma argonowa wykazała silne działanie w cieczy, co podkreśla, że rodzaj gazu i sposób zabiegu mają znaczenie. Jednakże ponieważ przeżywalność larw nie poprawiła się w krótkim terminie, potrzebne są dalsze ulepszenia — w szczególności metody, które niezawodnie inaktywują odporne przetrwalniki i zmniejszają czynniki wirulencji bakterii. Jeśli uda się sprostać tym wyzwaniom i opracować urządzenia do zastosowań terenowych, nietermiczna plazma mogłaby stać się szybkim, pozbawionym pozostałości środkiem dezynfekcyjnym dla sprzętu pasiecznego, dając pszczelarzom sposób walki z groźną chorobą bez konieczności polegania wyłącznie na antybiotykach czy niszczeniu rodzin.

Cytowanie: Boonmee, T., Sinpoo, C., Nakpla, S. et al. Non-thermal atmospheric pressure plasma inactivation of Paenibacillus larvae, the causative agent of American foulbrood in honeybees (Apis mellifera). Sci Rep 16, 11139 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40749-3

Słowa kluczowe: choroby pszczół, zgnilec amerykański, zimna plazma, Paenibacillus larvae, zdrowie pszczół