Volatile Characterization of American Foulbrood Disease Using Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography

Význam tématu

Choroba amerického moru plodu (AFB) způsobená bakterií Paenibacillus larvae je pro včelstva vysoce letální a vyžaduje destruktivní metody léčby, včetně spálení úlů. Rychlá a neinvazivní identifikace infikovaných vzorků by umožnila efektivnější kontrolu šíření onemocnění a snížila ekonomické ztráty včelařů.

Cíle a přehled studie

Hlavními cíli studie bylo:

• Charakterizovat profil těkavých organických sloučenin (VOC) spojených s různými stadii AFB pomocí GC×GC-TOFMS.
• Ověřit účinnost gamma-ozáření jako neinvazivní metody sterilizace infikovaných materiálů z úlu.

Použitá instrumentace

Pro analýzu VOC byly využity následující přístroje:

• Comprehensive two-dimensional gas chromatography s quad-jet duálním kryogenním modulátorem.
• TOFMS detektor Pegasus BT4D (LECO Corporation).
• Kolony: 1D HP-5Q (29,3 m × 250 µm ID × 0,25 µm df) a 2D DB-17MS (0,975 m × 250 µm ID × 0,25 µm df).
• SPME sondy LPAL-3 pro odebrání vzorků z hlavičkového prostoru.

Metodika

Vzorky zahrnovaly materiál z zdravých pláství, stařené infikované válečky, čerstvé infikované válečky a infikované válečky ošetřené gamma-ozářením. Vzorky byly skladovány v mrazicích lahvičkách a bez další přípravy analyzovány SPME-GC×GC-TOFMS.
Podmínky analýzy:

• Teplotní program hl. pece: 40 °C (3 min) → 240 °C při 8 °C/min (1 min držení).
• Offset sekundární pece +5 °C, modulátoru +15 °C.
• Nosičový plyn: vodík 1,25 mL/min.
• TOFMS: rozsah 29–500 amu, 200 spekter/s, ionizační zdroj 250 °C.

Hlavní výsledky a diskuse

GC×GC-TOFMS umožnila jasné rozlišení vzorků:

• Zdravý materiál měl nejnižší celkovou intenzitu VOC.
• Gamma-ozářené vzorky vykázaly nejvyšší úroveň celkových těkavých látek, naznačující uvolnění specifických markerů po ozáření.
• Mezi dominantní sloučeniny patřily propionová kyselina (2-methyl-), 2,3-butanediol a 1,4-dichlorbenzen.

Odlišení profilů VOC poskytuje základ pro vývoj cílené detekce AFB, včetně výcviku pachových psů.

Přínosy a praktické využití metody

Výsledná metoda nabízí:

• Rychlé a neinvazivní stanovení infekce včelího plodu.
• Podporu výcviku vůně citlivých psů a automatizovaných detekčních systémů.
• Možnost ověřit úspěšnost sterilizace gamma-ozářením bez destrukce materiálu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další výzkum by se mohl zaměřit na:

• Identifikaci vysoce specifických markerů AFB vůči běžným biochemickým interferencím.
• Integraci mobilních GC×GC systémů pro terénní kontrolu včelstev.
• Rozšíření metody na další patogeny včel a kvantitativní sledování účinnosti dezinsekčních postupů.

Závěr

GC×GC-TOFMS prokázala schopnost diferencovat VOC profily zdravého a infikovaného včelího materiálu a ověřila přínos gamma-ozáření při uvolnění a potenciálním odstranění markerů AFB. Tato přístupná metoda může významně zrychlit detekci a kontrolu onemocnění amerického moru plodu.

Reference

(1) Liolios V., Kanelis D., Tananaki C., Rodopoulou M.-A. A comparative study of healthy and American Foulbrood-infected bee brood (Apis mellifera L.) through the investigation of volatile compounds. Agriculture 2022, 12(6), 812.
(2) Genersch E. American Foulbrood in honeybees and its causative agent, Paenibacillus larvae. J. Invertebr. Pathol. 2010, 103, S10–S19.
(3) Genersch E. Paenibacillus larvae and American Foulbrood – long since known and still surprising. J. Für Verbraucherschutz Leb. 2008, 3(4), 429–434.