טיפוח בקנה מידה גדול של נמטודות כדי ללמוד את ההתנהגויות הקולקטיביות שלהם
25 באוגוסט 2023
כאן, מדווח על מערכת לחקר התנהגויות קולקטיביות של נמטודות על ידי טיפוחן בכמויות גדולות באמצעות מדיום אגר מזון לכלבים. מערכת זו מאפשרת לחוקרים להפיץ מספר גדול של תולעי דאואר וניתן ליישם אותה על Caenorhabditis elegans ומינים קרובים אחרים.
אנו חוקרים את המנגנון העומד בבסיס ההתנהגות הקולקטיבית מנקודת המבט של מטפיזיקה פעילה ומדעי המוח. בתחום המחקר של התנהגות קולקטיבית, מערכת ניסויית הוקמה באמצעות יצורים שאינם חיים וברמה התאית. עם זאת, עדיין מאתגר לתכנן את מערכת הניסויים ברמת בעלי החיים כדי לחקור את ההתנהגות הקולקטיבית במעבדה.
שחזרנו בהצלחה את ההתנהגות הקולקטיבית עם חיית מודל מסורתית, נמטודה C.elegans. מערכת זו מאפשרת לשלוט בפרמטר באמצעות מודל מתמטי המוצע להתנהגות קולקטיבית של בעלי חיים, וחוקרת את המנגנון העצבי העומד בבסיס ההתנהגות הקולקטיבית באמצעות גנטיקה מולקולרית.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה בוחן התנהגויות קולקטיביות של נמטודות, תוך התמקדות בשימוש במערכת גידול המונית שפותחה לאחרונה המשתמשת במצע אגר של מזון לכלבים להרביית תולעי dauer. השיטות מאפשרות סביבה מבוקרת לניתוח המנגנונים העצביים העומדים מאחורי התנהגות קולקטיבית ב-Caenorhabditis elegans ובמינים קרובים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מחקר
- התנהגות קולקטיבית
- מדעי העצבים
- גנטיקה מולקולרית
רקע
- אתגרים בחקר התנהגות קולקטיבית של בעלי חיים בתנאי מעבדה
- הצורך במערכות ניסיוניות המטפלות באורגניזמים חיים
- שימוש בנמטודות כאורגניזמי מודל
שיטות שנעשה בהן שימוש
- שחזור של התנהגות קולקטיבית עם נמטודות
- Caenorhabditis elegans ומיני נמטודות קרובים
- בקרת פרמטרים באמצעות מודלים מתמטיים, טכניקות דימות ושיטות אופטוגנטיות
תוצאות עיקריות
- המערכת מאפשרת תצפית על דפוסי התנהגות קולקטיבית בנמטודות מורעבות
- רמות לחות מוגברות משפיעות על גודל דפוסי רשת התולעים
- תנאים סביבתיים מסוימים מובילים להיווצרות צבירים של תולעים רדומות
מסקנות
- מחקר זה מדגים שיטה יעילה לניתוח ההתנהגות הקולקטיבית של נמטודות בסביבה מבוקרת
- הממצאים תורמים להבנה עמוקה יותר של דינמיקה התנהגותית במערכות ביולוגיות
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
גידול רחב-היקף של Caenorhabditis elegans למחקרים של התנהגות קולקטיבית מאפשר חקירה מבוקרת של מניעים עצביים וסביבתיים של דינמיקה קבוצתית. מערכת זו תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטית ובביטחון חיזוי בשלבי הגילוי המוקדמים, על ידי התרה של מניפולציה מדויקת של משתנים סביבתיים ורקעים גנטיים. גישה זו רלוונטית לתיקוף מטרות ולסריקה פנוטיפית, שבה התנהגויות מגיחות (emergent behaviors) מספקות מידע עבור היפותזות ברמת המסלולים והרשתות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר חקירה מונחית-השערה של מעגלים עצביים העומדים בבסיס התנהגויות קולקטיביות.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של מטרות על ידי קישור הפרעות גנטיות לפנוטיפים קבוצתיים נצפים.
- מסייע בהפחתת סיכונים מכניסטיים באמצעות מודולציה סביבתית ואופטוגנטית.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספק מערכת ניתנת להרחבה להערכה כמותית של פנוטיפים התנהגותיים.
- מנרמל משתנים סביבתיים וגנטיים לצורך פיתוח בדיקות הניתנות לשחזור.
- מאפשר דימות ותגובות ברמה קבוצתית בעלות תוכן גבוה (high-content) וניתוח שלהן למענה להפרעות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתיישב עם מערכות רלוונטיות למחלות שבהן התנהגויות קולקטיביות ממדלות הפרעות עצביות או התנהגותיות.
- תומך ברצף מהשלב הגילוי ועד לאישור פרה-קליני באמצעות מתן אפשרות להשוואות בין מצבים שונים.
- מציע ערך חיזוי לזיהוי ביומרקרים תרגומיים בפנוטיפיקה התנהגותית.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד (Pipeline)
מערכת גידול וניתוח התנהגות זו משתלבת ברצף שבין שלבי הגילוי המוקדמים לזיהוי המולקולות המובילות, ותומכת הן בבחינת היפותזות והן בבדיקה פנוטיפית כמותית.
- ביולוגיה של גילוי: מאפשרת בדיקה מבוקרת של היפותזות עצביות וסביבתיות במודל ניתן לטיפול גנטי.
- סריקה: מספקת תוצרי התנהגות כמותיים הניתנים לשחזור, המתאימים לסריקות גנטיות או לסריקת תרכובות.
- אנליטיקה: מספקת דימות בקצב פריימים גבוה וכמותיות של תבניות רשת לצורך ניתוח סטטיסטי חסון.
- מחקר תרגומי: מגשר בין שלבי הגילוי לשלבים הפרה-קליניים על ידי מידול התנהגויות מורכבות הרלוונטיות להפרעות נוירולוגיות.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס פלטפורמה רב-פעמית למגוון מחקרים התנהגותיים וגנטיים בקרב צוותי מו"פ.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות התנהגותיות.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של פרוטוקולי טיפוח והדמיה לצורך הדירות ויכולת הרחבה.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות לגבי המשך או הפסקת פיתוח (go/no-go) על ידי קישור גורמים גנטיים וסביבתיים להתנהגויות קבוצתיות כמותיות.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף מותאם סיכונים של מטרות ופנוטיפים לצורך קידום.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בגנטיקה של נמטודות, בניתוח התנהגותי ובבקרה סביבתית.
- נדרשת גישה למיקרוסקופיית macrozoom ולתשתית לוויסות טמפרטורה ולחות.
- נדרשת סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולי גידול והדמיה.
- ייתכן שיהיה צורך בהתאמה עבור זני נמטודות שונים או עבור מדדי קצה התנהגותיים.
- המגבלות כוללות שונות פוטנציאלית בתגובה הסביבתית ובספיקת ההדמיה.
