Bijen behoren tot de belangrijkste soorten die verantwoordelijk zijn voor de bestuiving van ongeveer een derde van de wereldvoedselvoorziening, met hun bijdrage in de Verenigde Staten alleen al ter waarde van $ 15-20 miljard per jaar. Snelle afname van honingbijenkolonies wereldwijd, en in de Verenigde Staten specifiek, hebben de bestuiving van de landbouw en de toekomst van voedselzekerheid steeds meer onder druk gezet. Parasieten vormen een van de factoren die de afname van de bijenpopulatie beïnvloeden, waarbij Nosema ceranea en Nosema apis enkele van de meest voorkomende zijn. Nosema apis-infectie kan de symptomen hebben van dysenterie en ontlasting van honingbijen bij de ingang van de korf, maar infectie met Nosema ceranae vertoont geen lichamelijke symptomen. Deze 'stille moordenaar' van honingbijen infecteert werkbijen, darren en koninginnen, en kan zelfs leiden tot instorting van de kolonie.

Momenteel, de enige benadering om deze ziekte nauwkeurig te diagnosticeren, is door de detectie van parasietsporen met behulp van een lichtmicroscoop. Echter, deze traditionele test wordt uitgevoerd in laboratoriumomgevingen en vereist een deskundige bediening. Daarom, een imker moet lokale monsters naar een afgelegen laboratorium sturen voor een nauwkeurige diagnose, wat tijdrovend en duur is.

Onderzoekers aan de UCLA Samueli School of Engineering, in samenwerking met de afdeling Biologie van Barnard College, hebben een mobiele-telefoonmicroscoop ontwikkeld die snelle en geautomatiseerde detectie van Nosema-sporen in honingbijen in veldomgevingen mogelijk maakt. Dit mobiele en kosteneffectieve platform, met een gewicht van slechts 0,8 pond, bestaat uit een op smartphones gebaseerde fluorescentiemicroscoop, een op maat ontwikkelde smartphone-applicatie en een eenvoudig uit te voeren monstervoorbereidingsprotocol dat fluorescentiemarkering van sporen van bijenparasieten mogelijk maakt, zelfs in het veld.

Aydogan Ozcan, UCLA Chancellor's Professor of Electrical and Computer Engineering en de associate director van het California NanoSystems Institute aan de UCLA leidde het onderzoek in samenwerking met Jonathan Snow, een assistent-professor aan de afdeling Biologie van Barnard College (NY), en Hatice Ceylan Koydemir, een senior onderzoeksmedewerker aan de UCLA. De studie is gepubliceerd in Lab op een chip , een tijdschrift van de Royal Society of Chemistry (VK).

Ziektediagnostiek door dit nieuwe platform omvat monstervoorbereiding, waar darmweefsel van honingbijen wordt verwijderd en middendarm wordt ontleed, gevolgd door het toevoegen van een kleine hoeveelheid van een vlek om parasietsporen fluorescent te markeren. Een druppel van de bereide oplossing wordt vervolgens op een glasplaatje geplaatst, die vervolgens voor analyse in de microscoop van de mobiele telefoon wordt geplaatst. Een afbeelding van het monster wordt vervolgens vastgelegd door de smartphone en verzonden naar een computer voor geautomatiseerde analyse om snel het aantal sporen te onthullen, die in minder dan 90 seconden naar de gebruiker wordt teruggestuurd.

De onderzoekers testten de prestaties van dit mobiele platform met behulp van veldmonsters en stelden vast dat het apparaat de parasietconcentratie per bij kan detecteren die onder de drempel ligt die nodig is om behandeling tegen Nosema-parasieten te adviseren. Daarom, dit op een mobiele telefoon gebaseerde instrument voldoet aan de vereiste detectiegevoeligheid voor het vaststellen van de behandeling.

"Het welzijn van bijen verzekeren is een zeer belangrijk probleem voor de wereldwijde voedselzekerheid en de stabiliteit van het ecosysteem. Er zijn veel factoren die van invloed zijn op de snel afnemende bijenpopulaties, waarbij parasitaire infecties een belangrijke rol spelen. Het ontwikkelde mobiele apparaat maakt de weg vrij om dit opkomende probleem op een goedkope manier aan te pakken, en, voor zover we weten, het is het eerste en enige bestaande draagbare platform voor Nosema-sporendetectie in veldomgevingen", aldus Ozcan.

Het onderzoek werd ondersteund door de North American Pollinator Protection Campaign, een National Science Foundation Engineering Research Center (ERC) en het Howard Hughes Medical Institute (HHMI).