Eine Smartphone-basierte Bildgebungsmethode für den Rasenvermeidungstest von C. elegans

Zusammenfassung

Dieser Artikel beschreibt eine einfache und kostengünstige Methode zur Aufzeichnung des Rasenvermeidungsverhaltens von Caenorhabditis elegans mit leicht verfügbaren Gegenständen wie einem Smartphone und einem Leuchtkasten mit Leuchtdioden (LED). Wir stellen auch ein Python-Skript zur Verfügung, um die Videodatei in ein Format zu verarbeiten, das besser zum Zählen geeignet ist.

Zusammenfassung

Bei Kontakt mit toxischen oder pathogenen Bakterien zeigt der Fadenwurm Caenorhabditis elegans ein erlerntes Rasenvermeidungsverhalten, bei dem die Würmer nach und nach ihre Nahrungsquelle verlassen und sich bevorzugt außerhalb des Bakterienrasens aufhalten. Der Assay ist eine einfache Möglichkeit, die Fähigkeit der Würmer zu testen, äußere oder innere Signale wahrzunehmen, um richtig auf schädliche Bedingungen zu reagieren. Obwohl es sich um einen einfachen Assay handelt, ist das Zählen zeitaufwändig, insbesondere bei mehreren Proben, und Testdauern, die sich über Nacht erstrecken, sind für Forscher unpraktisch. Ein Bildgebungssystem, das viele Platten über einen langen Zeitraum abbilden kann, ist nützlich, aber kostspielig. Hier beschreiben wir ein Smartphone-basiertes Bildgebungsverfahren zur Erfassung der Rasenvermeidung bei C. elegans. Die Methode erfordert nur ein Smartphone und einen Leuchtkasten mit Leuchtdiode (LED), der als Durchlichtquelle dient. Mit kostenlosen Zeitraffer-Kameraanwendungen kann jedes Telefon bis zu sechs Platten mit ausreichender Schärfe und Kontrast abbilden, um Würmer außerhalb des Rasens manuell zu zählen. Die resultierenden Filme werden für jeden stündlichen Zeitpunkt in 10-Sekunden-Audio-Video-Interleave-Dateien (AVI) verarbeitet und dann zugeschnitten, um jede einzelne Platte anzuzeigen und sie für die Zählung zugänglicher zu machen. Diese Methode ist eine kostengünstige Methode für diejenigen, die Vermeidungsfehler untersuchen möchten, und kann möglicherweise auf andere C. elegans-Assays ausgeweitet werden.

Einleitung

Zu den vielen Vorteilen der Untersuchung von C. elegans gehört das einfache Nervensystem, das die Möglichkeit bietet, zu untersuchen, wie sich Veränderungen auf genetischer und zellulärer Ebene auf die Netzwerkfunktion und den Verhaltensoutput auswirken. Trotz einer begrenzten Anzahl von Neuronen zeigen C. elegans ein breites Spektrum an komplexen Verhaltensweisen. Eine davon ist die Rasenvermeidung, bei der der bakterivore Fadenwurm auf eine schädliche Nahrungsquelle reagiert, indem er den Bakterienrasen verlässt. C. elegans meiden Rasenflächen mit pathogenen Bakterien ^1,2,3, Rasenflächen mit Bakterien, di....

Protokoll

1. Einrichten des Bildgebungsgeräts (Abbildung 1A-E)

1. Stellen Sie sicher, dass eine Smartphone-Kamera mit den folgenden Mindestanforderungen verfügbar ist:
   12 Megapixel (MP) Kamera
   Video mit 1080p-Auflösung
   5 GB Speicherplatz (20 min Video sind 3-4 GB)
   Zeitraffer-Video-App aus dem App-Store (kostenlose Anwendungen verfügbar)
2. Platzieren Sie den LED-Leuchtkasten auf dem unteren Gestell des 25 °C-Inkubators, in dem der Assay stattfinden soll.
3. Um das gepunktete Muster auf der LED-Lichtfläche zu verbergen, breiten Sie zwei Tücher aus, um die gesamte Oberfläche der LED-B....

Diskussion

Die Abbildung des Verhaltens von Tieren, anstatt sich auf die direkte Beobachtung zu verlassen, ist nicht nur bequem, sondern hat auch den Vorteil, dass eine visuelle Dokumentation hinterlassen wird. Dies ermöglicht eine blinde Analyse durch eine objektive dritte Person oder könnte sogar für eine automatisierte Analyse mit Bilderkennungstechniken verwendet werden. Trotz der Vorteile ist die Standardausstattung, die in der Regel angeboten wird, teuer, so dass man sich nach dem Kauf an das Setup gebunden hat.

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
35 mm Petri dish	SPL	#10035
Bacto agar	BD	#214010
Bacto Peptone	BD	#211677
CaCl2	DAEJUNG	2507-1400
Cholesterol	BioBasic	CD0122
Dipotassium hydrogen phosphate (K2HPO4)	JUNSEI	84120-0350
Glycerol	BioBasic	GB0232
King B Broth	MB cell	MB-K0827
LED light box multi-pad	Artmate	N/A	This is a USB powered, LED light pad for tracing and drawing purposes. Artmate is a Korean brand, but searching for "LED light box for tracing" in any search engine should yield numerous options from other brands. Overall dimension is around 9" x 12" (A4 size). For example, from amazon US: https://www.amazon.com/LITENERGY-Ultra-Thin-Adjustable-Streaming-Stenciling/dp/B07H7FLJX1/ref=sr_1_5?crid=YMYU0VYY226R&keywords= LED%2Blight%2Bbox&qid=1674183224&sprefix =led%2Blight%2Bbo%2Caps%2C270&sr=8-5&th=1
MgSO4	DAEJUNG	5514-4400
Plastic paper sleeve (clear)	Smead	#85753	Any clear plastic sheet with a bit of stiffness can be used as stage. For example, from Amazon US: https://www.amazon.com/Smead-Organized-Translucent-Project-85753/dp/B07HJTRCT7/ref=psdc_1069554_t3_B09J48GXQ 8
Potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4)	JUNSEI	84185-0350
Power strip			To accommodate 3 phones and one LED box, you need at least 4 outlets.
Smartphone	N/A	N/A	Minimum requirement: 12MP wide camera, 1080p HD video recording at 30fps
Sodium chloride(NaCl)	DAEJUNG	#7548-4100
Sodium phosphate dibasic anhydrous (Na2HPO4)	YAKURI	#31727