Les abeilles sont parmi les espèces les plus importantes responsables de la pollinisation d'environ un tiers de l'approvisionnement alimentaire mondial, avec leur contribution aux seuls États-Unis évaluée à 15-20 milliards de dollars chaque année. Déclins rapides des colonies d'abeilles mellifères dans le monde, et aux États-Unis en particulier, ont mis à rude épreuve la pollinisation agricole et l'avenir de la sécurité alimentaire. Les parasites constituent l'un des facteurs affectant le déclin des populations d'abeilles, Nosema ceranea et Nosema apis étant parmi les plus courantes. L'infection à Nosema apis peut avoir les symptômes de la dysenterie et de la défécation des abeilles mellifères à l'entrée de la ruche, mais l'infection à Nosema ceranae ne présente aucun symptôme physique. Ce « tueur silencieux » d'abeilles domestiques infecte les abeilles ouvrières, drones et reines des abeilles, et peut même entraîner l'effondrement de la colonie.

Actuellement, la seule approche pour diagnostiquer avec précision cette maladie est la détection des spores du parasite à l'aide d'un microscope optique. Cependant, ce test traditionnel est effectué en laboratoire et nécessite l'intervention d'un expert. Par conséquent, un apiculteur doit envoyer des échantillons locaux à un laboratoire distant pour un diagnostic précis, ce qui prend du temps et coûte cher.

Chercheurs de la UCLA Samueli School of Engineering, en collaboration avec le département de biologie du Barnard College, ont développé un microscope pour téléphone portable qui permet une détection rapide et automatisée des spores de Nosema chez les abeilles mellifères sur le terrain. Cette plateforme mobile et économique, pesant seulement 0,8 livres, est composé d'un microscope à fluorescence basé sur un smartphone, une application pour smartphone développée sur mesure et un protocole de préparation d'échantillons facile à exécuter qui permet le marquage par fluorescence des spores de parasites d'abeilles même sur le terrain.

Aydogan Ozcan, Le professeur de génie électrique et informatique de l'UCLA et le directeur associé du California NanoSystems Institute de l'UCLA ont dirigé la recherche en collaboration avec Jonathan Snow, professeur assistant au département de biologie du Barnard College (NY), et Hatice Ceylan Koydemir, associé de recherche principal à l'UCLA. L'étude a été publiée dans Laboratoire sur puce , un journal de la Royal Society of Chemistry (Royaume-Uni).

Le diagnostic des maladies par cette nouvelle plateforme implique la préparation d'échantillons, où le tissu intestinal des abeilles mellifères est retiré et les intestins moyens disséqués, suivi de l'ajout d'une petite quantité de colorant pour marquer par fluorescence les spores du parasite. Une goutte de la solution préparée est ensuite déposée sur une lame de verre, qui est ensuite inséré dans le microscope du téléphone portable pour analyse. Une image de l'échantillon est ensuite capturée par le smartphone et transmise à un ordinateur pour une analyse automatisée afin de révéler rapidement le nombre de spores, qui est renvoyé à l'utilisateur en moins de 90 secondes.

Les chercheurs ont testé les performances de cette plate-forme mobile à l'aide d'échantillons de terrain et ont déterminé que l'appareil est capable de détecter la concentration de parasites par abeille inférieure au seuil nécessaire pour conseiller un traitement contre les parasites Nosema. Par conséquent, cet instrument basé sur un téléphone portable répond à la sensibilité de détection requise pour établir le traitement.

« Assurer le bien-être des abeilles est un problème très important pour la sécurité alimentaire mondiale et la stabilité des écosystèmes. De nombreux facteurs affectent les populations d'abeilles en déclin rapide, les infections parasitaires jouant un rôle important. L'appareil mobile développé ouvre la voie à la résolution de ce problème émergent de manière peu coûteuse, et, A notre connaissance, c'est la première et la seule plate-forme portable existante pour la détection des spores de Nosema sur le terrain », a déclaré Ozcan.

L'étude a été soutenue par la Campagne nord-américaine de protection des pollinisateurs, un National Science Foundation Engineering Research Center (ERC) et le Howard Hughes Medical Institute (HHMI).