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Sandra Ehrenberg

• American and European foulbrood (AFB and EFB) are devastating bacterial brood diseases of honey bees (Apis mellifera), which cause colony and economic losses worldwide. The causative agent of AFB, Paenibacillus larvae, are grouped into different ERIC-genotypes (Enterobacterial repetitive intergenic consensus) the two most common of which are ERIC I and ERIC II. In the field, the differentiation between the symptoms of AFB and EFB (caused by Melissococcus plutonius) can be difficult. The differentiation between the ERIC-genotypes in the field based on the symptoms is not possible at all. The differentiation between the ERIC-genotypes of P. larvae during diagnosis can help to understand the spread of the AFB disease. Hence, a tool capable of detection and distinction between the bacterial brood diseases and the P. larvae-genotypes is needed. For the optimal prevention of disease spread, the diagnosis needs to be fast, cheap and reliable. This study focuses on the development of a diagnostic sandwich ELISA and a lateral flow device (LFD) for the detection and distinction of EFB and AFB, including the differentiation of the two main occurring P. larvae genotypes. The therefore necessary specific monoclonal antibodies (mAbs) were obtained by immunizing mice with M. plutonius or P. larvae strains belonging to either ERC I or ERIC II. The generated mAbs were characterized for their specificity towards the target bacteria and for their cross reactivity towards other bee-associated bacteria. The screening for suitable mAbs resulted in two specific mAbs against M. plutonius, two against P. larvae in general and two against ERIC II. In combination with the anti-P. larvae mAbs, the anti-ERIC II mAbs were used for genotyping. In order to evaluate the suitability of the mAbs, their antigens were identified. The target antigens of the produced mAbs turned out to be proteins that could be of further interest as they seem to be involved in the pathogenesis and host-pathogen-interaction. The mAbs with the same antigens were used in the sandwich ELISA for testing the cross reactivity and strain detection. Suitable mAb combinations were used for LFD production. The LFDs were then successfully tested against several field isolates of AFB and EFB causing agents and no cross reactivity with bee-associated bacteria was detected. The P. larvae strains used for mAb testing were genotyped to obtain information about the respective genetic variance. In the process atypical P. larvae strains were identified and further characterized using the generated mAbs. The ability of the mAbs to also recognise the atypical strains as well indicates that the mAbs bind to an antigen that is common among different P. larvae strains. All in all, a fast tool for detection and differentiation of EFB, AFB and the two ERIC-genotypes was developed that has to be further tested for its reliability in the field.
• Die Amerikanische und Europäische Faulbrut (AFB und EFB) sind verheerende bakterielle Brutkrankheiten der Honigbiene (Apis mellifera), die weltweit zu Kolonieverlusten und damit auch zu ökonomischen Einbußen führen kann. Verursacher der AFB ist Paenibacillus larvae, welcher sich in verschiedene ERIC-Genotypen (Enterobacterial repetitive intergenic consensus) einteilen lässt, von denen die Typen ERIC I und ERIC II am häufigsten auftreten. Die EFB wird durch Melissococcus plutonius verursacht. Die Unterscheidung der beiden Faulbrutkrankheiten im Feld am Bienenvolk kann aufgrund der ähnlichen Symptomatik problematisch sein und die Differenzierung der AFB-Genotypen ist im Feld bislang nicht möglich. Da die Genotypunterscheidung relevant für die Verbreitungsanalyse der AFB ist, wäre ein diagnostischer Schnelltest, welcher EFB und AFB detektiert und zusätzlich zwischen den ERIC-Genotypen unterscheiden kann, sehr hilfreich. Um die Verbreitung der Brutkrankheiten möglichst schnell und gezielt eindämmen zu können, sollte ein entsprechender diagnostischer Test schnell, kostengünstig und zuverlässig sein. Daher war es das Ziel dieser Studie einen Sandwich ELISA und einen Schnelltest für die Diagnose von EFB und AFB, sowie die Unterscheidung der P. larvae Genotypen zu entwickeln. Hierzu wurden monoklonale Antikörper (mAks) in Mäusen hergestellt. Die Mäuse wurden entweder mit M. plutonius oder P. larvae, (separat mit ERIC I oder ERIC II) immunisiert. Die generierten mAks wurden auf ihre Spezifität gegenüber dem Zielbakterium, sowie auf die Kreuzreaktivität mit bienenassoziierten Bakterien getestet. Für die Detektion von M. plutonius, P. larvae und ERIC II wurden jeweils zwei geeignete mAks für die weitere Anwendung ausgewählt. Die anti-P. larvae und anti-ERIC II mAks wurden zusammen für die Genotypisierung verwendet. Im Verlauf der mAk-Charakterisierung wurden die erkannten Antigene als relevante Proteine für weitere Pathogenese-Untersuchungen und Wirt-Pathogen-Interaktionen identifiziert. Die mAks, welche die gleichen Antigene des jeweiligen Bakteriums erkennen, wurden für die Etablierung des Sandwich ELISAs verwendet und auf ihre Spezifität und Kreuzreaktivität getestet. Geeignete mAk-Kombinationen wurden für die Herstellung der Schnelltests verwendet. Die Schnelltests wurden ebenfalls auf Kreuzreaktivität mit bienenassoziierten Bakterien und verschiedenen Feldstämmen der AFB- und EFB-Erreger erfolgreich getestet. Zudem wurden die verwendeten P. larvae Stämme genotypisiert, um die genetische Varianz der getesteten Stämme zu bestimmen. Dabei wurden unter anderem atypische P. larvae Stämme identifiziert und mithilfe der mAks charakterisiert. Die erfolgreiche Identifizierung der atypischen P. larvae Stämme durch die mAks zeigt, dass die mAks ein Antigen erkennen, welches in den verschiedenen P. larvae-Stämmen weit verbreitet ist. Es wurden Schnelltests für die Detektion und Unterscheidung der EFB, AFB und der zwei hauptäschlich vorkommenden ERIC-Genotypen entwickelt. Jedoch, müssen diese weiterhin auf ihre Zuverlässigkeit im Feld getestet werden.