Pulsed light inactivation of the bumble bee trypanosome parasite Crithidia bombi

Abstract

The anthropogenic movement of managed bees has led to the introduction and global spread of parasites with significant adverse effects on the health of both managed and wild species. This constitutes the first study to report on the use of high-intensity pulsed light (PL) for the inactivation of the trypanosome parasite Crithidia bombi, a pest of wild and managed bees. Through initial PL range-finding studies we identified a putative effective UV dose of 12.96 μJ/cm² for C. bombi treatment. This was a result of tests on waterborne protozoan Cryptosporidium parvum, and was determined using in vitro combined cell culture-qPCR infectivity assays. This irradiance produced ca. ≥4 log₁₀ oocyst reductions of C. parvum. To confirm this dose as appropriate for treatment of C. bombi, we used the buff tailed bumble bee (Bombus terrestris) as an animal infectivity model. C. bombi was collected from the feces of wild B. terrestris queens and used to inoculate 30 commercially supplied workers (B. terrestris audux) in order to obtain a colony-specific C. bombi inoculum. This was used for subsequent tests on 60 randomly-selected unparasitised workers, which were divided evenly and fed either PL-treated or untreated (control) C. bombi inoculant. Of the 28 surviving workers fed with pooled C. bombi untreated inoculum, 25 exhibited infection as confirmed by detection of the parasite in fecal samples after 9 days, where the remaining two did not excrete feces. Twenty-eight of 30 (93%) workers fed PL-treated C. bombi at 12.96 μJ/cm² under similar test conditions were uninfected after the same time period (the remaining two workers did not produce feces for testing). Thus we demonstrate for the first time, that PL is potentially a reliable and efficient technology for the non-thermal inactivation of C. bombi for the pollination industry. Although in vivo treatment of whole bees with PL is not possible, the use of this technology on equipment used in commercial bumble bee breeding facilities could potentially reduce infection rates, therefore contributing to making the industry more sustainable and less of a risk to wild pollinators.

El movimiento antropogénico de las abejas manejadas ha llevado a la introducción y expansión global de parásitos con efectos adversos significativos sobre la salud de las abejas tanto manejadas como silvestres. Éste constituye el primer estudio que informa sobre el uso de luz pulsada de alta intensidad (LP) para la inactivación del parásito tripanosomátido Crithidia bombi, una plaga de abejas silvestres y manejadas. A través de la búsqueda inicial del rango de LP, encontramos un efecto putativo de tratamiento de C. bombi con una dosis UV de 12.96 µJ/cm². Éste fue el resultado de pruebas con el protozoo trasladado en barcos, Cryptosporidium parvum, que combinaron el cultivo de células in vitro con los ensayos de infectividad por qPCR. Esta irradiación produjo aproximadamente una reducción de ≥4 log₁₀ en los oocistos de C. parvum. Para confirmar que la dosis era apropiada en el tratamiento de C. bombi, usamos el abejorro Bombus terrestris como animal modelo de infección. Se colectó C. bombi de las heces de reinas de B. terrestris silvestres y se usó para inocular 30 obreras de nidos comerciales (B. terrestris audax) para obtener un inóculo C. bombi específico de colonia. Este inóculo se usó en las pruebas consiguientes en 60 obreras sin parásitos elegidas aleatoriamente, que se dividieron equitativamente y se alimentaron con inóculos tratados con LP o sin tratar (control). De las 28 obreras supervivientes alimentadas con el inóculo de C. bombi sin tratar, se confirmó la infección en 25 mediante la detección de parásitos en muestras fecales a los 9 días, mientras que los dos restantes no excretaron heces. Veintiocho de 30 (93%) obreras alimentadas con C. bombi tratada con LP a 12.96 µJ/cm² bajo condiciones similares no estaban infectadas después del mismo período de tiempo (las dos obreras restantes no produjeron heces para comprobarlo). Así, demostramos por primera vez que la LP es una tecnología potencialmente segura y eficiente para la inactivación no-térmica de C. bombi en la industria polinizadora. Aunque el tratamiento in vivo de las abejas enteras con LP no es posible, el uso de esta tecnología en el equipamiento usado para criar abejorros comerciales podría potencialmente reducir las tasas de infección, y contribuir de esta manera a hacer la industria más sostenible y reducir el riesgo para los abejorros silvestres.

Keywords:

• bumble bee
• Bombus terrestris audux
• Crithidia bombi parasite
• pulsed light
• disinfection
• pollination industry