Die großflächige Kultivierung von Nematoden, um ihr kollektives Verhalten zu untersuchen

Zusammenfassung

Hier wird über ein System zur Untersuchung des kollektiven Verhaltens von Nematoden berichtet, indem sie in großen Mengen mit Hundefutter-Agar-Medium kultiviert werden. Dieses System ermöglicht es Forschern, eine große Anzahl von Dauerwürmern zu vermehren und kann auf Caenorhabditis elegans und andere verwandte Arten angewendet werden.

Zusammenfassung

Tiere zeigen dynamische kollektive Verhaltensweisen, wie sie in Vogelschwärmen, Fischschwärmen und Menschenmassen beobachtet werden. Das kollektive Verhalten von Tieren wurde sowohl in der Biologie als auch in der Physik untersucht. Im Labor verwenden die Forscher seit etwa einem Jahrhundert verschiedene Modelltiere wie die Fruchtfliege und den Zebrafisch, aber es ist nach wie vor eine große Herausforderung, das komplexe kollektive Verhalten dieser genetisch manipulierbaren Modelltiere zu untersuchen. In diesem Artikel wird ein Protokoll vorgestellt, um ein experimentelles System kollektiver Verhaltensweisen bei Caenorhabditis elegans zu erstellen. Die vermehrten Würmer klettern auf den Deckel der Petriplatte und zeigen ein kollektives Schwarmverhalten. Das System steuert auch die Interaktionen und das Verhalten von Würmern, indem es die Luftfeuchtigkeit und die Lichtstimulation ändert. Dieses System ermöglicht es uns, die Mechanismen zu untersuchen, die kollektivem Verhalten zugrunde liegen, indem wir die Umweltbedingungen ändern und die Auswirkungen der Fortbewegung auf individueller Ebene auf kollektives Verhalten mit Hilfe von Mutanten untersuchen. Daher ist das System sowohl für die zukünftige Forschung in der Physik als auch in der Biologie nützlich.

Einleitung

Sowohl Nichtwissenschaftler als auch Wissenschaftler sind fasziniert vom kollektiven Verhalten von Tieren, wie z. B. in Vogelschwärmen und Fischschwärmen. Kollektive Verhaltensweisen wurden in einer Vielzahl von Bereichen analysiert, darunter Physik, Biologie, Mathematik und Robotik. Insbesondere die Physik der aktiven Materie ist ein wachsendes Forschungsgebiet, das sich auf Systeme konzentriert, die aus selbstfahrenden Elementen bestehen, dh dissipativen Systemen, wie Vogelschwärmen, Fischschwärmen, Biofilmen beweglicher Bakterien, Zytoskeletten, die aus aktiven Molekülen bestehen, und Gruppen von selbstfahrenden Kolloiden. Die Theorie der aktiven Materiephysik beha....

Protokoll

1. Vorbereitung von Würmern

HINWEIS: Bereiten Sie den Wildtyp-N2-Bristol-Stamm¹² und den ZX899-Stamm (lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP])¹³ für die Beobachtung kollektiver Verhaltensweisen bzw. optogenetischer Experimente vor. Pflegen Sie den ZX899-Stamm unter dunklen Bedingungen.

1. Legen Sie vier gut genährte erwachsene Würmer auf eine 60-mm-Platte mit 14 ml Nematodenwachstumsmedium (NGM) mit Agar und besiedelt mit E. coli OP50¹².
2. Züchten Sie F1-Würmer 7 Tage lang in der NGM-Platte bei 23 °C bis zum ....

Diskussion

In dieser Studie zeigen wir ein Protokoll zur Vorbereitung eines Systems für das großräumige kollektive Verhalten von C. elegans im Labor. Die DFA-basierte Methode wurde ursprünglich mit Caenorhabditis japonica¹⁴ und Neoaplectana carpocapsae Weiser¹⁵ etabliert, die beide keine Modelltiere sind. Diese Methode wurde jedoch nicht angewendet, um kollektive Verhaltensweisen zu untersuchen. Der C. elegans ist ein genetisch manipulierbares M.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Escherichia coli and C. elegans strains
E. coli OP50	Caenorhabditis Genetics Center	OP50	Food for C. elegans. Uracil auxotroph. E. coli B.
lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP]	author	ZX899	lite-1(ce314) mutant carrying the genes expressing ChR2 and RFP under the control of the mec-4 and unc-122 promoter, respectively
N2 Bristrol	Caenorhabditis Genetics Center		Wild-type C. elegans strain
For worm cultivation
Agar purified, powder	Nakarai tesque	01162-15	For preparation of NGM plates
All-trans retinal	Sigma-Aldrich	R2500	For optogenetics
Bacto pepton	Becton Dickinson	211677	For preparation of NGM plates
Calcium chloride	Wako	036-00485	For preparation of NGM plates
Cholesterol	Wako	034-03002	For preparation of NGM plates
di-Photassium hydrogenphosphate	Nakarai tesque	28727-95	For preparation of NGM plates
Dog food	Nihon Pet Food	VITA-ONE	For preparation of dog food agar medium
LB broth, Lennox	Nakarai tesque	20066-95	For culture of E. coli OP50
Magnesium sulfate anhydrous	TGI	M1890	For preparation of NGM plates
Petri dishes (60 mm)	Nunc	150270	For preparation of NGM plates
Potassium Dihydrogenphosphate	Nakarai tesque	28720-65	For preparation of NGM plates
Sodium Chloride	Nakarai tesque	31320-05	For preparation of NGM plates
Observation
Computer	CT solution	CS6229	Windows10 Pro with Intel Xeon Gold 6238R CPU and 768 GB of RAM
CMOS Camera	Hamamatsu photonics	ORCA-Lightning C14120-20P	For data acquisition
CMOS Camera	Olympus	DP74	For data acquisition
Microscope with SZX-MGFP set	Olympus	MVX10	For data acquisition
x2 Objective lens	Olympus	MV PLAPO 2XC	Working distance 20 mm and numerical aperture 0.5
Shutter control
Shutter	OptoSigma	BSH2-RIX	For controlling temporal pattern of  light illumination
Shutter controller	OptoSigma	SSH-C2B-A	For controlling temporal pattern of  light illumination
Temperature control
Peltier temperature controller unit	VICS	WLVPU-30	For controlling humidity inside a Petri plate
UNI-THEMO CONTROLLER	Ampere	UTC-100	For controlling humidity inside a Petri plate
Data acquisition software
HCImage	Hamamatsu photonics		For data acquisition