Un metodo di imaging basato su smartphone per il saggio di evitamento del prato di C. elegans

Riepilogo

Questo articolo descrive un metodo semplice e a basso costo per registrare il comportamento di evitamento del prato di Caenorhabditis elegans, utilizzando elementi prontamente disponibili come uno smartphone e una scatola luminosa a diodi emettitori di luce (LED). Forniamo anche uno script Python per elaborare il file video in un formato più adatto al conteggio.

Abstract

Quando esposto a batteri tossici o patogeni, il nematode Caenorhabditis elegans mostra un comportamento appreso di evitare il prato, in cui i vermi lasciano gradualmente la loro fonte di cibo e preferiscono rimanere fuori dal prato batterico. Il test è un modo semplice per testare la capacità dei vermi di percepire segnali esterni o interni per rispondere correttamente a condizioni dannose. Sebbene si tratti di un test semplice, il conteggio richiede molto tempo, in particolare con campioni multipli, e le durate dei test che si estendono durante la notte sono scomode per i ricercatori. Un sistema di imaging in grado di visualizzare molte lastre per un lungo periodo è utile ma costoso. Qui, descriviamo un metodo di imaging basato su smartphone per registrare l'evitamento del prato in C. elegans. Il metodo richiede solo uno smartphone e una scatola luminosa a diodi emettitori di luce (LED), per fungere da sorgente luminosa trasmessa. Utilizzando applicazioni fotografiche time-lapse gratuite, ogni telefono può visualizzare fino a sei lastre, con nitidezza e contrasto sufficienti per contare manualmente i vermi al di fuori del prato. I filmati risultanti vengono elaborati in file AVI (Audio Video Interleave) di 10 s per ogni punto temporale orario, quindi ritagliati per mostrare ogni singola lastra per renderli più suscettibili di conteggio. Questo metodo è un modo economico per coloro che cercano di esaminare i difetti di evitamento e può potenzialmente essere esteso ad altri saggi di C. elegans.

Introduzione

Tra i molti vantaggi dello studio di C. elegans, il suo semplice sistema nervoso offre l'opportunità di studiare come i cambiamenti a livello genetico e cellulare influenzano la funzione della rete e la produzione comportamentale. Nonostante abbia un numero limitato di neuroni, C. elegans mostra una vasta gamma di comportamenti complessi. Uno di questi è l'evitamento del prato, in cui il nematode batterivoro risponde a una fonte di cibo dannosa lasciando il prato batterico. C. elegans evita prati di batteri patogeni ^1,2,3, prati di batteri che producono tossine o sono arricchiti con tossine

Protocollo

1. Configurazione dell'apparato di imaging (Figura 1A-E)

1. Assicurati che sia disponibile una fotocamera per smartphone con i seguenti requisiti minimi:
   Fotocamera da 12 megapixel (MP)
   Video con risoluzione 1080p
   5 GB di spazio di archiviazione (20 minuti di video sono 3-4 Gb)
   App video time-lapse dall'app store (applicazioni gratuite disponibili)
2. Posizionare la scatola luminosa a LED sul rack inferiore dell'incubatore a 25 °C dove verrà eseguito il test.
3. Per nascondere il motivo tratteggiato sulla superficie luminosa del LED, stendere due fogli di tessuto per copri....

Discussione

Immaginare il comportamento animale, piuttosto che basarsi sull'osservazione diretta, non è solo conveniente, ma ha anche il vantaggio di lasciare documentazione visiva. Ciò consente l'analisi cieca da parte di una terza persona oggettiva o potrebbe anche essere utilizzato per l'analisi automatizzata utilizzando tecniche di riconoscimento delle immagini. Nonostante i vantaggi, l'attrezzatura standard solitamente offerta è ad alto costo, quindi ci si impegna nella configurazione una volta acquistata.

Materiali

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