O cultivo em larga escala de nematoides para estudar seus comportamentos coletivos

Summary

Aqui, um sistema é relatado para estudar os comportamentos coletivos de nematoides através de cultivá-los a granel usando meio ágar ração para cães. Este sistema permite aos pesquisadores propagar um grande número de vermes dauer e pode ser aplicado a Caenorhabditis elegans e outras espécies relacionadas.

Abstract

Os animais exibem comportamentos coletivos dinâmicos, como observado em bandos de aves, cardumes de peixes e multidões de humanos. Os comportamentos coletivos dos animais têm sido investigados nos campos da biologia e da física. Em laboratório, os pesquisadores usaram vários animais-modelo, como a mosca-da-fruta e o peixe-zebra, por aproximadamente um século, mas continua sendo um grande desafio estudar o comportamento coletivo complexo em grande escala orquestrado por esses animais-modelo geneticamente tratáveis. Este artigo apresenta um protocolo para criar um sistema experimental de comportamentos coletivos em Caenorhabditis elegans. Os vermes propagados sobem na tampa da placa de Petri e apresentam comportamento de enxame coletivo. O sistema também controla as interações e comportamentos dos vermes, alterando a umidade e a estimulação luminosa. Esse sistema nos permite examinar os mecanismos subjacentes aos comportamentos coletivos, alterando as condições ambientais e examinando os efeitos da locomoção em nível individual sobre os comportamentos coletivos usando mutantes. Assim, o sistema é útil para futuras pesquisas em física e biologia.

Introduction

Tanto os não-cientistas quanto os cientistas são fascinados pelos comportamentos coletivos dos animais, como em bandos de pássaros e cardumes de peixes. Comportamentos coletivos têm sido analisados em uma ampla gama de campos, incluindo física, biologia, matemática e robótica. Em particular, a física da matéria ativa é um campo de pesquisa crescente que se concentra em sistemas compostos por elementos autoproppelidos, isto é, sistemas dissipativos, como bandos de aves, cardumes de peixes, biofilmes de bactérias móveis, citoesqueletos compostos por moléculas ativas e grupos de coloides autoproppelidos. A teoria da física da matéria ativa sustenta que, por mais complexo....

Protocol

1. Preparação de vermes

NOTA: Preparar as cepas selvagem N2 Bristol¹² e ZX899 (lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP]⁾¹³ para a observação de comportamentos coletivos e experimentos optogenéticos, respectivamente. Mantenha a cepa ZX899 em condições escuras.

1. Depositar quatro vermes adultos bem alimentados em placa de 60 mm contendo 14 mL de meio de cultura de nematoide (NGM) com ágar e semea.......

Discussion

Neste estudo, mostramos um protocolo para a preparação de um sistema para o comportamento coletivo em larga escala de C. elegans em laboratório. O método baseado em DFA foi originalmente estabelecido com Caenorhabditis japonica¹⁴ e Neoaplectana carpocapsae Weiser¹⁵, ambos animais não modelo. No entanto, esse método não foi aplicado para investigar comportamentos coletivos. O C. elegans é um animal modelo geneticamente tratável11,.......

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