선충의 집단 행동을 연구하기 위한 대규모 재배

요약

여기에서는 개 사료 한천 배지를 사용하여 선충을 대량으로 배양하여 선충의 집단 행동을 연구하는 시스템이보고되었습니다. 이 시스템을 통해 연구자들은 많은 수의 다우어 웜을 번식시킬 수 있으며 Caenorhabditis elegans 및 기타 관련 종에 적용할 수 있습니다.

초록

동물은 새 떼, 물고기 떼, 인간 무리에서 관찰되는 것처럼 역동적인 집단 행동을 나타냅니다. 동물의 집단 행동은 생물학과 물리학 분야에서 조사되었습니다. 실험실에서 연구자들은 약 100년 동안 초파리와 제브라피시와 같은 다양한 모델 동물을 사용해 왔지만, 유전적으로 다루기 쉬운 모델 동물에 의해 조정된 대규모의 복잡한 집단 행동을 연구하는 것은 여전히 주요 과제로 남아 있습니다. 이 논문은 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)의 집단 행동에 대한 실험적 시스템을 만들기 위한 프로토콜을 제시합니다. 번식된 벌레는 페트리 판의 뚜껑에 올라가 집단 떼 행동을 보입니다. 이 시스템은 또한 습도와 빛 자극을 변경하여 벌레의 상호 작용과 행동을 제어합니다. 이 시스템을 통해 우리는 환경 조건을 변화시키고 돌연변이를 사용하여 집단 행동에 대한 개인 수준의 운동이 집단 행동에 미치는 영향을 조사함으로써 집단 행동의 기저에 있는 메커니즘을 조사할 수 있습니다. 따라서 이 시스템은 물리학과 생물학 모두에서 향후 연구에 유용합니다.

서문

비과학자와 과학자 모두 새 떼와 물고기 떼와 같은 동물의 집단 행동에 매료되어 있습니다. 집단 행동은 물리학, 생물학, 수학 및 로봇 공학을 포함한 광범위한 분야에서 분석되었습니다. 특히, 활성물질 물리학은 조류 떼, 물고기 떼, 운동성 박테리아의 생물막, 활성 분자로 구성된 세포골격, 자체 추진 콜로이드 그룹과 같은 자체 추진 원소로 구성된 시스템, 즉 소산 시스템에 중점을 둔 연구 분야입니다. 활성 물질 물리학 이론은 개인의 행동이 아무리 복잡하더라도 엄청난 수의 생물의 집단 운동은 소수의 간단한 규칙에 의해 지배된다고 주장합니다. 예를 들어, 자체 추진 입자의 집단 운동에 대한 통일된 설명의 후보인 Vicsek 모델은 동물 무리에서와 같이 2D에서 편심 변동이 있는 장거리 정렬 위상을 형성하기 위해 움직이는 물체의 단거리 정렬 상호 작용이 필요하다고 예측합니다¹. 활성 물질의 물리학과 관련된 하향식 실험적 접근 방식이 빠르게 발전하고 있습니다. 이전 실험에서는 대장균²에서 장거리 주문상의 형성을 확인했습니다. 최근의 다른 연구에서는 세포 ^3,4, 박테리아

프로토콜

1. 웜의 준비

참고: 집단 행동 및 광유전학 실험의 관찰을 위해 야생형 N2 브리스톨 균주¹² 및 ZX899 균주(lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP])¹³ 을 각각 준비합니다. 어두운 조건에서 ZX899 변형을 유지하십시오.

1. 14mL의 선충 성장 배지(NGM)가 포함된 60mm 플레이트에 잘 먹은 성충 4마리를 한천과 함께 넣고 대장균 OP50¹²를 뿌립니다.
2. F1 웜을 23°C의 NGM 플레이트에서 7일 동안 굶어 죽입니다. 이 시점에서 F1 웜의 수율은 약 100개의 웜/플레이트입니다. 벌레의 단계는 다우어와 굶주린 L1 유충의 혼합 개체군으로 구성됩니다.

2. 개 사료 한천(DFA) 미디엄 플레이트 준비

1. 분말 개 사료 2g과 1% 한천 배지 5mL가 들어 있는 유리병을 고압멸균하고 실온으로 냉각합니다(그림 1A<....

토론

이 연구에서는 실험실에서 예쁜꼬마선충(C. elegans)의 대규모 집단 행동을 위한 시스템을 준비하기 위한 프로토콜을 보여줍니다. DFA 기반 방법은 원래 Caenorhabditis japonica¹⁴ 및 Neoaplectana carpocapsae Weiser¹⁵로 확립되었으며, 둘 다 비모델 동물입니다. 그러나 이 방법은 집단 행동을 조사하는 데 적용되지 않았습니다. 예쁜꼬마선충(C. elegans)은 .......

자료

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