טיפוח בקנה מידה גדול של נמטודות כדי ללמוד את ההתנהגויות הקולקטיביות שלהם

Summary

כאן, מדווח על מערכת לחקר התנהגויות קולקטיביות של נמטודות על ידי טיפוחן בכמויות גדולות באמצעות מדיום אגר מזון לכלבים. מערכת זו מאפשרת לחוקרים להפיץ מספר גדול של תולעי דאואר וניתן ליישם אותה על Caenorhabditis elegans ומינים קרובים אחרים.

Abstract

בעלי חיים מפגינים התנהגויות קולקטיביות דינמיות, כפי שנצפה בלהקות ציפורים, להקות דגים והמוני בני אדם. ההתנהגויות הקולקטיביות של בעלי חיים נחקרו בתחומי הביולוגיה והפיזיקה. במעבדה, חוקרים השתמשו בחיות מודל שונות כגון זבוב הפירות ודגי הזברה במשך כמאה שנה, אך נותר אתגר גדול לחקור התנהגות קולקטיבית מורכבת בקנה מידה גדול המתוזמרת על ידי חיות מודל גנטיות אלה. מאמר זה מציג פרוטוקול ליצירת מערכת ניסיונית של התנהגויות קולקטיביות ב- Caenorhabditis elegans. התולעים המתפשטות מטפסות על מכסה צלחת הפטרי ומראות התנהגות נחיל קולקטיבית. המערכת גם שולטת באינטראקציות ובהתנהגויות של תולעים על ידי שינוי הלחות וגירוי האור. מערכת זו מאפשרת לנו לבחון את המנגנונים העומדים בבסיס התנהגויות קולקטיביות על ידי שינוי תנאי הסביבה ובחינת ההשפעות של תנועה ברמת הפרט על התנהגויות קולקטיביות באמצעות מוטנטים. לפיכך, המערכת שימושית למחקר עתידי הן בפיזיקה והן בביולוגיה.

Introduction

הן הלא-מדענים והן המדענים מוקסמים מהתנהגויות קולקטיביות של בעלי חיים, כמו בלהקות ציפורים ובלהקות דגים. התנהגויות קולקטיביות נותחו במגוון רחב של תחומים, כולל פיזיקה, ביולוגיה, מתמטיקה ורובוטיקה. בפרט, פיזיקת החומר הפעיל היא תחום מחקר הולך וגדל המתמקד במערכות המורכבות מיסודות בעלי הנעה עצמית, כלומר מערכות מפזרות, כגון להקות ציפורים, להקות דגים, ביופילמים של חיידקים תנועתיים, שלדים ציטושלדים המורכבים ממולקולות פעילות, וקבוצות של קולואידים בעלי הנעה עצמית. התיאוריה של פיזיקת החומר הפעיל גורסת כי ככל שהתנהגותם של יחידים מורכבת, תנועותיהם הקולקטיביות של מספר עצום של יצורים חיים נשלטות על ידי מספר קטן של כללים פשוטים. לדוגמה, מודל Vicsek, מועמד לתיאור מאוחד של התנועה הקולקטי....

Protocol

1. הכנת תולעים

הערה: הכינו את זן בריסטול^{N2 מסוג פרא 12} ואת זן ZX899 (לייט-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP])¹³ לתצפית על התנהגויות קולקטיביות וניסויים אופטוגנטיים, בהתאמה. שמור על זן ZX899 בתנאי חושך.

1. הפקידו ארבע תולעים בוגרות מוזנות היטב על צלחת 6.......

Discussion

במחקר זה אנו מראים פרוטוקול להכנת מערכת להתנהגות קולקטיבית בקנה מידה גדול של C. elegans במעבדה. השיטה מבוססת DFA הוקמה במקור עם Caenorhabditis japonica¹⁴ ו- Neoaplectana carpocapsae Weiser¹⁵, שניהם בעלי חיים שאינם לדוגמה. עם זאת, שיטה זו לא יושמה כדי לחקור התנהגויות קולקטיביות. C. el.......

Materials

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