La coltivazione su larga scala dei nematodi per studiarne i comportamenti collettivi

Riepilogo

Qui, viene riportato un sistema per studiare i comportamenti collettivi dei nematodi coltivandoli alla rinfusa utilizzando un terreno di agar per cibo per cani. Questo sistema consente ai ricercatori di propagare un gran numero di vermi dauer e può essere applicato a Caenorhabditis elegans e ad altre specie correlate.

Abstract

Gli animali mostrano comportamenti collettivi dinamici, come osservato in stormi di uccelli, banchi di pesci e folle di esseri umani. I comportamenti collettivi degli animali sono stati studiati sia nel campo della biologia che in quello della fisica. In laboratorio, i ricercatori hanno utilizzato vari animali modello come il moscerino della frutta e il pesce zebra per circa un secolo, ma è rimasta una grande sfida studiare il comportamento collettivo complesso su larga scala orchestrato da questi animali modello geneticamente trattabili. Questo articolo presenta un protocollo per creare un sistema sperimentale di comportamenti collettivi in Caenorhabditis elegans. I vermi propagati si arrampicano sul coperchio della piastra di Petri e mostrano un comportamento di sciamatura collettiva. Il sistema controlla anche le interazioni e i comportamenti dei vermi modificando l'umidità e la stimolazione della luce. Questo sistema ci permette di esaminare i meccanismi alla base dei comportamenti collettivi modificando le condizioni ambientali ed esaminando gli effetti della locomozione a livello individuale sui comportamenti collettivi che utilizzano i mutanti. Pertanto, il sistema è utile per la ricerca futura sia in fisica che in biologia.

Introduzione

Sia i non scienziati che gli scienziati sono affascinati dai comportamenti collettivi degli animali, come negli stormi di uccelli e nei banchi di pesci. I comportamenti collettivi sono stati analizzati in una vasta gamma di campi, tra cui la fisica, la biologia, la matematica e la robotica. In particolare, la fisica della materia attiva è un campo di ricerca in crescita che si concentra su sistemi composti da elementi semoventi, cioè sistemi dissipativi, come stormi di uccelli, banchi di pesci, biofilm di batteri mobili, citoscheletri composti da molecole attive e gruppi di colloidi semoventi. La teoria della fisica della materia attiva sostiene che, per quanto comple....

Protocollo

1. Preparazione dei vermi

NOTA: Preparare il ceppo wild-type N2 Bristol¹² e il ceppo ZX899 (lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP])¹³ per l'osservazione dei comportamenti collettivi e degli esperimenti optogenici, rispettivamente. Mantenere la varietà ZX899 in condizioni di oscurità.

1. Depositare quattro vermi adulti ben nutriti su una piastra di 60 mm contenente 14 mL di terreno di coltura per nematodi (NGM) con agar e seminati con E. coli OP50¹².
2. Far crescere i vermi F1 fino a farli morire di fame nella....

Discussione

In questo studio, mostriamo un protocollo per la preparazione di un sistema per il comportamento collettivo su larga scala di C. elegans in laboratorio. Il metodo basato sul DFA è stato originariamente stabilito con Caenorhabditis japonica¹⁴ e Neoaplectana carpocapsae Weiser¹⁵, entrambi animali non modello. Tuttavia, questo metodo non è stato applicato per indagare i comportamenti collettivi. Il C. elegans è un animale modello genetica.......

Materiali

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