Nosema and honeybees

Microsporidia are intracellular parasites of a diverse range of organisms from insects to mammals, including humans. Two species of microsporidia, Nosema apis and Nosema ceranae, have been known to infect the European honeybee, Apis mellifera. Infections due to Nosema are not fatal but can result in Nosemosis, a kind of dysentery in the honeybee.

While, N. apis is native to the European honeybee, N. ceranae is an emerging pathogen that jumped host from the Asian honeybee to the European honeybee in the last couple of decades (Paxton et al. 2007). Effects of infection due to N. ceranae are controversial. Some experimental studies suggest a higher virulence of N. ceranae, even resulting in a higher mortality rate among the honeybees (Higes et al. 2009, Natsopoulou et al. 2014), while others have not found definite evidence for such claims. Nevertheless, it has been established that N. ceranae is better adapted to the warmer temperatures than N. apis (Martín-Hernandez et al. 2009). This results in spores remaining active over warm winters thereby increasing risk of over-winter infections.

Life cycle of N. apis/N. ceranae: Outside the host microsporidia exist only as inactive spores. The spores are orally ingested by the honeybee and suitable factors in the midgut cause the extrusion of the polar filament. The cell contents of the spore are injected through the polar filament into the host cell. Multiplication takes place in two stages: the proliferation (merogony) and the sporogonic phases, resulting in new spores. Eventually the host cell cell bursts releasing the contents back into the gut. © Springer Life Sciences

Histology of honey bee midguts 7 days post-infection: Light microscopy analysis of control (A, B) and N. ceranae infected midguts (C, D) stained with Hematoxylin-Eosin. In control guts, the peritrophic membrane (pm) and epithelial cells (ec) are homogenous, while in parasitized the guts peritrophic membrane and epithelial cells show signs of degeneration and lyses, respectively. A) and C) x100, B) and D) x400. Scale bar: 10 µm (Dussaubat et al. 2012).

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Nosema und die Honigbiene

Mikrosporidien sind intrazelluläre Parasiten, die in fast allen tierischen Organismen zu finden sind, darunter vor allem Insekten, aber auch Säugetiere und der Mensch. Zwei Mikrosporidienarten, Nosema apis und Nosema ceranae infizieren die Honigbiene, Apis mellifera. Die Folgen der Erkrankung sind bekannt als Nosemose und können zu starken Verlusten in befallenen Völkern führen. Bienen, die an Nosemose leiden leiden unter der Zerstörung ihrer Darmzellen. Erkennbar wird dies oft äußerlich an durchfallähnlichen Symptomen und Kotflecken rund um das Flugloch des Bienenstocks.

Nosema apis ist schon lange in der Europäischen Honigbiene bekannt. Nosema ceranae dagegen wurde zunächst bei der Asiatischen Honigbiene (Apis cerana) gefunden und ist seit einigen Jahren auch bei der Europäischen Honigbiene, Apis mellifera nachgewiesen (Paxton et al. 2007). Die Auswirkungen der Infektionen der Europäischen Honigbiene durch Nosema ceranae werden kontrovers diskutiert. Einige experimentelle Arbeiten berichten stärkere Schädigungen der Europäischen Honigbiene durch Nosema ceranae, die auch zu höheren Absterberaten führen (Higes et al. 2009, Natsopoulou et al. 2014) während andere Untersuchungen dies nicht bestätigen. Es konnte aber gezeigt werden, daß Nosema ceranae besser an höhere Temperaturen angepasst ist als Nosema apis (Martín-Hernandez et al. 2009). Wärmere Winter begünstigen daher Nosema ceranae und das Risiko einer N. ceranae- Nosemose im folgenden Frühjahr.

Entwicklungszyklus der Nosema spp.: Außerhalb ihres Wirtsorganismus können sie nur als dauerhafte Spore existieren. Die Infektion eines Wirtes erfolgt durch die orale Aufnahme der Sporen, z.B. mit der Nahrung. Im Darm eines geeigneten Wirtsorganismus wird die Spore aktiviert und ein langer Infektionsschlauch ausgestülpt. Dieser dringt in eine Darmzelle ein und der Sporeninhalt (der eigentliche Parasit) wird in diese Zelle injiziert. Die Vermehrung der Mikrosporidien in der Wirtszelle findet in zwei Schritten statt: Die Vielteilung (Merogonie) und die Sporenbildung (Sporogonie), bei der eine Vielzahl neuer Sporen entstehen. Am Ende platzt die Wirtszelle und die neugebildeten Sporen werden in den Darm der Biene geschleudert.

Histologie des Darms der Honigbiene (sieben Tage nach der Infektion durch Nosema ceranae): Lichtmikroskopische Darstellung des Honigbienedarms (Apis mellifera) ohne (A, B) und mit (C, D) Infektion durch Nosema ceranae. Färbung mit Hämatoxylin-Eosin. Bei den gesunden Bienen (A: 100fach vergrößert; B: 400fach vergrößert) sind die peritrophische Schicht (PM) un die Darmzellen intakt. Bei Nosema ceranae – infizierten Bienen (C: 100fach; D: 400fach) ist die peritrophische Schicht degeneriert und die Zellen z.T. zerstört. Maßstab: 10 µm Dussaubat et al. 2012.

Tipp: Auf der Internetseite Scientific Beekeeping.com (englische Sprache) finden sich viele interessante Artikel zum Thema Nosemose aus der Sicht eines Imkers.