Нетермическая плазма при атмосферном давлении для инактивации Paenibacillus larvae — возбудителя американского гнильца у медоносных пчёл (Apis mellifera)

Почему здоровье пчёл важно для всех нас

Медоносные пчёлы делают гораздо больше, чем производят мёд: они опыляют многие фрукты, орехи и овощи, которые попадают на наши столы. Одно из самых разрушительных заболеваний, угрожающих этим насекомым, — американский гнилец, который убивает развивающихся личинок и может уничтожать целые ульи. Поскольку бактерия, вызывающая это заболевание, образует крайне стойкие споры, пасечники часто вынуждены сжигать инфицированные ульи, чтобы остановить распространение. В этом исследовании изучается новый, не содержащий химикатов инструмент — нетермическая плазма при атмосферном давлении, иногда называемая «холодной плазмой», чтобы выяснить, может ли она ослабить эту бактерию и помочь защитить пчелиные семьи.

Упрямое ульевое заболевание

Американский гнилец вызывается бактерией Paenibacillus larvae. Молодые личинки пчёл заражаются, когда в их корм попадают споры. Попав в кишечник, споры активируются, размножаются и в конечном счёте проникают в тело личинки, убивая её. Мёртвая личинка высыхает в твёрдую, верёвкообразную чешуйку, заполненную миллионами новых спор, которые могут оставаться инфекционными на оборудовании улья десятилетиями. Существующие методы борьбы включают антибиотики и, во многих местах, уничтожение целых семей. Антибиотики не уничтожают споры, могут оставлять следы в мёде и способствовать появлению лекарственно‑устойчивых штаммов, поэтому существует сильный интерес к более безопасным и устойчивым альтернативам.

Что даёт холодная плазма

Плазму иногда называют четвёртым состоянием вещества — газом, в котором часть частиц заряжена. В этой работе исследователи использовали небольшой факел, создающий плазму из воздуха или аргона при комнатной температуре, достаточно мягкую для термочувствительных материалов. Такой тип плазмы богат высокореактивными формами кислорода и азота, а также заряженными частицами и небольшим количеством ультрафиолетового излучения. В комплексе эти компоненты могут атаковать внешнюю поверхность микробов, повреждать их белки и генетический материал и в конечном итоге приводить к гибели. Команда сначала подтвердила, что их воздушная и аргоновая плазма действительно продуцируют многие из этих реактивных видов, а затем протестировала, насколько эффективно они подавляют рост P. larvae в контролируемых лабораторных условиях.

Подвергая бактерии действию плазмы

Когда P. larvae выращивали на агаровых чашках и облучали непосредственно плазменной струёй, как при обработке воздухом, так и аргоном образовывались чёткие зоны без бактерий, что указывает на сильное подавление роста. Воздушная плазма создавала самые большие зоны очистки, особенно при более длительных обработках. В жидких суспензиях бактерий оба газа вновь снижали число живых клеток, причём более длительное воздействие усиливало эффект; в этой модели аргоновая плазма дала наибольшее снижение жизнепригодных клеток после десятиминутной обработки. Микроскопия и биохимические тесты показали, что происходило с клетками: у обработанных плазмой бактерий наблюдалась утечка ДНК и белков, они окрашивались как «мертвые» при дифференциальном пятнении живых/мертвых, а на сканах электронного микроскопа поверхности выглядели шершавыми, вмятинными и смятыми. Эти изменения указывают на серьёзные повреждения оболочки бактерий и их внутренностей.

Испытание метода на настоящих пчелиных личинках

Чтобы проверить, имеют ли лабораторные эффекты значение в живом хозяине, учёные скармливали выращенным в лаборатории личинкам медоносных пчёл корм, содержащий либо необработанные бактерии, либо бактерии, предварительно подвергнутые воздействию воздушной или аргоновой плазмы. Личинки, получавшие необработанные P. larvae, несли наибольшую бактериальную нагрузку, что подтверждало успешное заражение. У тех, кого кормили бактериями, обработанными воздушной плазмой, P. larvae не обнаруживали, а у получивших аргоном обработанные бактерии число бактерий было меньше, чем в полностью инфицированных контролях. Несмотря на явное сокращение бактериальной нагрузки, кривые выживаемости в течение семи дней были похожи во всех группах, включая незаражённые контроли. Иными словами, в условиях данного эксперимента ослабление бактерий пока не привело к заметному улучшению краткосрочной выживаемости личинок.

Что это значит для защиты ульев в будущем

В целом исследование показывает, что холодная плазма может значительно повреждать и снижать жизнеспособность бактерии, вызывающей американский гнилец, как на питательных средах, так и в бактериях, скармливаемых личинкам медоносных пчёл. Воздушная плазма была особенно эффективна на твёрдых поверхностях, тогда как аргоновая проявила сильные эффекты в жидкости, что подчёркивает важность выбора газа и конфигурации обработки. Однако поскольку выживаемость личинок в коротком сроке не улучшилась, необходимы дальнейшие доработки — в частности методы, которые надёжно инактивируют стойкие споры и уменьшают факторы вирулентности бактерий. Если эти задачи удастся решить и будут созданы приборы для полевых условий, нетермическая плазма может стать быстрым, не оставляющим следов средством дезинфекции ульевого оборудования, дающим пасечникам способ бороться с опасной болезнью без единственного опоры на антибиотики или уничтожение семей.

Цитирование: 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

Ключевые слова: болезни медоносных пчёл, американский гнилец, холодная плазма, Paenibacillus larvae, здоровье пчёл