Hodowla nicieni na dużą skalę w celu zbadania ich zbiorowych zachowań
25 sierpnia 2023
Tutaj zgłaszany jest system do badania zbiorowych zachowań nicieni poprzez hodowlę ich masowo przy użyciu pożywki agarowej z karmą dla psów. System ten pozwala naukowcom na rozmnażanie dużej liczby robaków dauer i może być stosowany do Caenorhabditis elegans i innych pokrewnych gatunków.
Badamy mechanizm leżący u podstaw zachowań zbiorowych z perspektywy aktywnej metafizyki i neuronauki. W dziedzinie badań nad zachowaniami zbiorowymi ustanowiono system eksperymentalny z wykorzystaniem organizmów nieożywionych i na poziomie komórkowym. Jednak nadal wyzwaniem pozostaje zaprojektowanie eksperymentalnego systemu pracy zwierząt w celu zbadania zbiorowego zachowania w laboratorium.
Udało nam się zrekonstruować zbiorowe zachowanie z tradycyjnie używanym modelem zwierzęcym, nicieniami aeris. System ten umożliwia kontrolowanie parametru za pomocą modelu matematycznego proponowanego dla zbiorowego zachowania całego zwierzęcia i bada mechanizm neuronalny leżący u podstaw zachowania zbiorowego za pomocą genetyki molekularnej. Zacznij od umieszczenia czterech dorosłych robaków na pożywce wzrostowej nicieni lub NGM, płytce agarowej wysianej E. coli OP50.
Hoduj robaki pierwszego pokolenia do głodu na płytce NGM w temperaturze 23 stopni Celsjusza przez siedem dni. Następnie przenieś niewielkie ilości agaru z karmą dla psów lub pożywki DFA na środek nowej płytki NGM wysianej E. coli OP50. W przypadku eksperymentów optogenetycznych wlej 40 mikrolitrów all-trans-retinalu do DFA przed inokulacją robaków.
Następnie umieść 0,5 miligrama karmy dla psów na podłożu DFA, około dwóch milimetrów od pokrywki talerza. Unikaj zanieczyszczenia, naświetlając płytkę NGM światłem ultrafioletowym przez 15 minut. Zbierz wygłodzone robaki z płytek NGM za pomocą wysterylizowanej wody, a następnie zaszczep zebrane robaki na pożywce DFA znajdującej się na NGM.
Rozmnażaj robaki w temperaturze 23 stopni Celsjusza, umożliwiając im wspinanie się w kierunku pokrywy płytki przez 10 do 14 dni. Zwiększona wilgotność wykazała większe rozmiary komór we wzorcach sieci robaków, zanim ostatecznie się zapadła, pozostawiając uśpione skupiska robaków na wewnętrznej powierzchni pokrywy. Zacznij od umieszczenia nowej płytki NGM pozbawionej E. coli i DFA na aluminiowej płytce na stoliku mikroskopu makrozoom
.Użyj regulatora temperatury Pelletier, aby utrzymać dno płyty w temperaturze 23 stopni Celsjusza przez co najmniej pięć minut. Następnie zastąp talerz pokrywką talerza, na który wspięły się nicienie. Zwiększ temperaturę dna płyty do 26 stopni Celsjusza, aby zmienić wilgotność we wnętrzu.
Teraz uchwyć obrazy wewnętrznej powierzchni pokrywy talerza z prędkością 20 klatek na sekundę za pomocą kamery mikroskopowej. Trzymaj robaki ZX 899 na DFA, utrzymując ten stan przez pięć minut przed oświetleniem. Teraz oświetl robaki ZX 899 przymocowane do pokrywy płytki Petriego utrzymywanej w temperaturze 23 stopni Celsjusza.
Uchwyć obrazy wewnętrznej powierzchni płyty z szybkością 20 klatek na sekundę. Zwiększona wilgotność wykazała większe rozmiary komór we wzorcach sieci robaków, zanim ostatecznie się zapadła, pozostawiając uśpione skupiska robaków na wewnętrznej powierzchni pokrywy.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie analizuje zachowania zbiorowe nicieni, koncentrując się na zastosowaniu nowo opracowanego systemu hodowli masowej z wykorzystaniem pożywki agarowej z karmą dla psów do propagacji form dauer. Metody te umożliwiają stworzenie kontrolowanego środowiska do analizy mechanizmów neuronalnych stojących za zachowaniem zbiorowym u Caenorhabditis elegans oraz gatunków pokrewnych.
Kluczowe elementy badania
Obszar badawczy
- Zachowania zbiorowe
- Neuronauka
- Genetyka molekularna
Wprowadzenie
- Wyzwania w badaniu zbiorowego zachowania zwierząt w warunkach laboratoryjnych
- Potrzeba systemów eksperymentalnych obsługujących żywe organizmy
- Wykorzystanie nicieni jako organizmów modelowych
Zastosowane metody
- Rekonstrukcja zachowań zbiorowych u nicieni
- Caenorhabditis elegans i pokrewne gatunki nicieni
- Kontrola parametrów z wykorzystaniem modeli matematycznych, technik obrazowania i metod optogenetycznych
Główne wyniki
- System umożliwia obserwację wzorców zachowań zbiorowych u głodnych nicieni
- Zwiększony poziom wilgotności wpływa na rozmiar wzorców sieci robaków
- Określone warunki środowiskowe prowadzą do powstawania skupisk uśpionych robaków
Wnioski
- Niniejsze badanie demonstruje wykonalną metodę analizy zbiorowego zachowania nicieni w kontrolowanym środowisku
- Wyniki przyczyniają się do głębszego zrozumienia dynamiki behawioralnej w systemach biologicznych
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Kultywacja Caenorhabditis elegans na dużą skalę do badań nad zachowaniem zbiorowym umożliwia kontrolowaną analizę neuronalnych i środowiskowych czynników sterujących dynamiką grupy. System ten wspiera mechanistyczną redukcję ryzyka oraz zwiększa pewność prognostyczną we wczesnej fazie odkryć, pozwalając na precyzyjną manipulację zmiennymi środowiskowymi i tłem genetycznym. Podejście to jest istotne dla walidacji celów oraz przesiewu fenotypowego, w których zachowania emergentne dostarczają informacji dla hipotez na poziomie szlaków i sieci.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie obwodów neuronalnych leżących u podstaw zachowań zbiorowych w oparciu o postawione hipotezy.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów poprzez powiązanie perturbacji genetycznych z obserwowalnymi fenotypami grupowymi.
- Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego dzięki modulacji środowiskowej i optogenetycznej.
Przesiewy i opracowanie analizy
- Zapewnia skalowalny system do ilościowej oceny fenotypów behawioralnych.
- Standaryzuje zmienne środowiskowe i genetyczne w celu opracowania powtarzalnych testów.
- Umożliwia obrazowanie o wysokiej zawartości informacji (high-content imaging) oraz analizę reakcji na poziomie grupy w odpowiedzi na zaburzenia.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodne z systemami istotnymi dla chorób, w których zachowania zbiorowe modelują zaburzenia neurologiczne lub behawioralne.
- Zapewnia ciągłość od fazy odkryć do walidacji przedklinicznej, umożliwiając porównania między różnymi stanami chorobowymi.
- Oferuje wartość prognostyczną w identyfikacji translacyjnych biomarkerów w fenotypowaniu behawioralnym.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ten system hodowli i analizy behawioralnej wpisuje się w proces od wczesnego etapu odkrywania do identyfikacji wiodących związków, wspierając zarówno weryfikację hipotez, jak i ilościowe przesiewy fenotypowe.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia kontrolowane testowanie hipotez neuronalnych i środowiskowych w genetycznie podatnym modelu.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalnych, ilościowych wyników behawioralnych, odpowiednich do przesiewów związków chemicznych lub genetycznych.
- Analityka: Zapewnia obrazowanie z wysoką częstotliwością klatek oraz kwantyfikację wzorców sieciowych dla rzetelnej analizy statystycznej.
- Badania translacyjne: Łączy etapy odkrywcze i przedkliniczne poprzez modelowanie złożonych zachowań istotnych w przypadku zaburzeń neurologicznych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy platformę wielokrotnego użytku dla różnorodnych badań behawioralnych i genetycznych w zespołach badawczo-rozwojowych (R&D).
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów behawioralnych.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje protokoły hodowli i obrazowania w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) poprzez powiązanie czynników genetycznych i środowiskowych z mierzalnymi zachowaniami grupowymi.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację celów i fenotypów przeznaczonych do dalszego rozwoju w oparciu o analizę ryzyka.
Uwagi dotyczące implementacji
- Wymaga doświadczenia w genetyce nicieni, analizie behawioralnej oraz kontroli środowiska.
- Wymagany jest dostęp do mikroskopii makrozoom oraz infrastruktury regulującej temperaturę i wilgotność.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów hodowli i obrazowania pomiędzy zespołami.
- Możliwa jest konieczność adaptacji metody dla różnych szczepów nicieni lub punktów końcowych analizy behawioralnej.
- Ograniczenia obejmują potencjalną zmienność odpowiedzi na warunki środowiskowe oraz przepustowość obrazowania.
