Molecular epidemiology of Paenibacillus larvae infection in Finland

Abstract

The epidemiology of a Paenibacillus larvae infection, causing American Foulbrood (AFB), was studied regionally in Finland and temporally in the apiaries. Altogether 156 P. larvae isolates from honey or brood samples supplied by 114 beekeepers were analysed by NotI pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and biotyping, as well as for tetracycline resistance. Fifty-two NotI macrorestriction profiles (MRP) and three biotypes were detected. All isolates were susceptible to tetracycline. Most MRPs and biotypes IV and V were widely spread throughout the country, though a few MRPs and biotype I were clustered around certain areas. Analysis of subsequent isolates from 25 beekeepers usually showed persistence of the infection in the apiaries, but in six cases unrelated infections emerged. Typing of contemporary isolates from one beekeeper revealed the presence of the same infection in distant apiaries, thus indicating that the spread of infection was through apicultural practices instead of neighbourhood. NotI PFGE allowed efficient strain discrimination and can be recommended for epidemiological surveillance of AFB.

Zusammenfassung

Die Amerikanische Faulbrut (AFB) ist die schwerwiegendste Brutkrankheit der Honigbienen (Apis mellifera). Sie wird durch das Gram-positive, Sporen bildende Bakterium Paenibacillus larvae verursacht. In Finnland ist AFB eine häufige Krankheit, deren Behandlung durch das finnische Gesetz festgelegt ist. AFB wird durch verunreinigte Ausrüstung und Bienenfutter, durch infizierte Honigbienen und die Honigräuberei zwischen Bienenvölker übertragen.

Die Epidemiologie von AFB kann durch molekulare Subtypisierung von P. larvae Isolaten untersucht werden. Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE) gilt als der „Goldene Standard“ für die molekulare Subtypisierung bakterieller Pathogene, diese wurde allerdings bisher nicht für epidemiologische Untersuchungen von AFB eingesetzt. Ziel dieser Untersuchung war die Entwicklung einer hochgradig unterscheidungsfähigen PFGE-Typisierungsmethode und darüber hinaus die Beschreibung der Epidemiologie von P. larvae sowohl regional in Finnland als auch zeitlich in den Völkern einzelner Imker.

Eine NotI PFGE-Analyse unterteilte die Isolate in 52 Subtypen und unterschied sie von der ATCC-Typ Linie. Auf Grund ihrer genetischen Ähnlichkeit gruppierten sich die meisten Subtypen in zwei Hauptzweigen, von denen einer 44 Subtypen mit 128 Isolaten und die ATCC Linie enthielt, der andere enthielt 6 Subtypen mit 25 Isolaten. Drei der Subtypen konnten keinem der Hauptzweige zugerechnet werden. Die Biotypen der Jeliñski-Klassifikation wurden anhand der Fermentation mit Salizin und Mannitol und der Reduktion von Nitrat bestimmt. Es wurden nur die Biotypen I, IV und V vorgefunden, 75 % der Isolate reduzierten Nitrat. In allen Subtypen kamen verschiedene Biotypen vor. Die MIC-Werte gegenüber Tetracyklin wurden mit dem E-Test bestimmt und bewegten sich zwischen 0,023 und 0,190 μg/mL, dies zeigte eine hohe Empfindlichkeit an.

Die meisten der bei einigen Imkern gefundenen PFGE-Subtypen hatten sich über geografisch entfernte Gebiete von Finnland verbreitet, es wurden aber auch regionale Häufungen beobachtet. Bei der Untersuchung von über vier Jahre aufeinander folgenden Isolaten von 25 Imkern zeigte sich, dass die Genotypen und Biotypen in den meisten Fällen gleich blieben oder nur geringfügige Änderungen aufwiesen. In sechs Fällen traten Infektionen ohne Bezug auf. Die Typisierung von 13 gleichzeitigen Isolaten aus 11 Bienenständen eines Imkers ergab die gleiche infektiöse Linie in allen Bienenständen, dies belegte die Verbreitung der Infektion innerhalb der Bienenstände, aber nicht aus der Nachbarschaft. Die NotI PFGE Analysis erlaubte eine effiziente Linienunterscheidung und kann daher als epidemiologisches Werkzeug der Überwachung von AFB empfohlen werden, um damit die Ausbreitung der Infektionen zu untersuchen oder um Behandlungsmaßnahmen zu planen und ihre Wirksamkeit zu erfassen.