Name: Lifespan Machine Experiment Preparation and Setup for Lifespan and Behavioral Aging Assays on Caenorhabditis elegans
Uploaded: 2024-01-26T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Lifespan Machine Experiment Preparation and Setup for Lifespan and Behavioral Aging Assays on Caenorhabditis elegans at JoVE.com

lifespan machine experiment preparation and setup for lifespan and behavioral aging assays on caenorhabditis elegans

Yaşlanmanın Gizemlerini Açığa Çıkarmak: Yüksek Verimli İçgörüler için Lifespan Machine

Aging is a complex, multifaceted process characterized by a decline in the physiological function of an organism, which leads to an increase in the risk of disease and death over time1. Lifespan, measured as the time from birth or the onset of adulthood until death, provides an unambiguous outcome of aging2 and an indirect but rigorously quantitative proxy for measuring the relative rate of aging between populations3. Aging studies often depend on accurate measurements of lifespan, similar to clinical trials, to compare outcomes between one population exposed to an intervention and an unexposed control group. Unfortunately, reproducibility issues pervade aging research, sometimes due to statistically underpowered experiments4 and often because of the inherent sensitivity of lifespan assays to subtle variations in the environment5. Robust experiments require multiple replicates of large populations, and this process particularly benefits from the experimental scalability offered by automation6.
The rigorous demands of lifespan assays originate from the unpredictability of the aging process itself. Isogenic individuals housed in identical environments display different death times and rates of physiological decline7, suggesting that lifespan involves a high degree of stochasticity7,8. Therefore, large populations are required to measure quantitative changes in the aging process, such as changes in the mean or maximum lifespan, and to overcome biases arising from individual variability. In addition, a capacity for high-throughput lifespan assays is crucial to support studies of survival curve shapes and models of the dynamics of aging9.
The nematode Caenorhabditis elegans is an invaluable model for aging research due to its short lifespan, genetic tractability, and rapid generation time, which underscore its suitability for high-throughput aging and lifespan assays. Traditionally, the lifespan in C. elegans has been measured by following a synchronized, small population of about 50-100 animals over time on solid media and writing down the time of individual deaths. As animals age and lose mobility, manually scoring the death times requires individually prodding the animals and checking for small movements of the head or tail. This is usually a tedious and laborious process, though efforts have been made to accelerate it10,11,12. Importantly, slow experimental pipelines hinder progress in our understanding of aging and the effectiveness of tested interventions.
To meet the demands of aging research for quantitative data, many technologies have been developed for automating data collection, including a remarkable range of approaches from microfluidic chambers to flatbed scanners13,14,15,16,17,18. The LSM differs from other methods in its extensive optimization for the collection of highly precise and accurate lifespan data, which is achieved through the development of careful equipment calibration protocols combined with an extensive software suite that allows users to validate, correct, and refine automated analyses13. Though the software can, in principle, be applied to diverse imaging modalities, in practice, most users use flatbed scanners modified to allow for fine-tuned control over the environmental temperature and humidity - factors of critical importance due to their major effect on lifespan19. The LSM takes images of nematodes every 20 min over intervals ranging from days to months, depending on the environmental conditions and genotype. The data produced are of much higher temporal resolution compared to data from manual assays, and the images collected provide a permanent visual record of the nematode position across the lifespan. Using machine-learning methods, death times are automatically assigned to each individual. These results can be rapidly, manually validated using a client software called &#34;Worm Browser&#34;. As a result of its hardware and software, the LSM can generate survival curves that are statistically indistinguishable from manual death scoring at the hands of experienced researchers, with the added advantage of decreased workload and higher scalability13.
The latest version of the LSM also allows for the study of behavioral aging by collecting morphological and behavioral data throughout the nematode&#39;s life and reporting it along with the lifespan of each individual. In particular, the LSM captures the time of each animal&#39;s vigorous movement cessation (VMC), a landmark often used to quantify the &#34;healthspan&#34; of an individual as distinct from its lifespan. By simultaneously collecting lifespan and behavioral aging data, the LSM supports the study of interventions that may have differential effects on different phenotypic outcomes of aging20. A variety of macroscopically observable phenotypes can be used to study behavioral aging, such as body movement or pharyngeal pumping21, tissue integrity22, and movement speed or stimulus-induced turning17. Comparisons between different aging phenotypes can support analyses of the causal structure of aging processes. For instance, the comparison between VMC and lifespan was recently used to characterize two distinct aging processes in C. elegans23.
While initially developed to measure lifespan in C. elegans, the LSM supports the collection of survival and behavioral data from a range of nematode species, including C. briggsae, C. tropicalis, C. japonica, C. brenneri, and P. pacificus23. The technology facilitates the study of the effect of biological and environmental interventions on lifespan, stress resistance, and pathogen resistance and can be coupled to experimental tools such as targeted assays of RNA interference or auxin-inducible protein degradation systems. To date, it has been used in the scientific literature for a wide range of applications6,24,25,26,27,28,29,30.
Here, we outline a step-by-step protocol for performing a Lifespan Machine experiment using agar plates, from the initial stages of the experimental setup to the output of the resulting survival curves. A distinctive feature of the LSM is that the effort is highly front-loaded, meaning that the majority of the researcher&#39;s time is spent during experimental setup and, to a small degree, during post-image&#160;acquisition. The data collection is completely automated for the whole duration of the experiment and allows the researcher to have a &#34;hands-free&#34; experience. The steps described here are held in common among many different types of survival assays - the same experimental setup is performed for lifespan, thermotolerance, oxidative stress, and pathogenesis assays. In the representative results section, we discuss a subset of data from a recently published manuscript to illustrate the effectiveness of the analysis pipeline and highlight the most important steps during image analysis23.

Yazar Spotlight: Otomatik Kullanım Ömrü İzleme - Ömür Makinesi ile Yaşlanma Dinamiklerini Keşfetmek 

Lifespan Machine'i kullanarak yüksek verimli davranışsal yaşlanma ve ömür testleri

In our lab, we study the physiological and molecular determinants of aging and lifespan, and we do so in a quantitative manner. For this, we use the nematode C.elegans as a fast-aging genetically tractable model, and we use it with a combination of tools such as the Lifespan Machine. Reproducibility is an important issue in aging research.To overcome this, large population of animals are often required for measuring robust changes in lifespan, and therefore, this process really benefits from automated high-throughput protocols. Lots of people have used the Lifespan Machine for many different purposes and are really happy about that. For our own applications, the two most significant findings are, first, in 2016, our discovery of temporal scaling as a common outcome of many interventions in aging.And second, in 2022, our discovery that healthspan and lifespan are determined by distinct underlying physical declines. The Lifespan Machine adapts commonly used agar plate protocols to collect survival and behavioral aging data from large populations of nematodes. By automation and high-frequency of image acquisition, it eliminates the daily tedious process of by-hand survival assays and gathers previously unattainable datasets on nematode behavior.

Watch this Scientific Journal Video about Lifespan Machine Experiment Preparation and Setup for Lifespan and Behavioral Aging Assays on Caenorhabditis elegans at JoVE.com

Lifespan Machine Experiment Preparation and Setup for Lifespan and Behavioral Aging Assays on Caenorhabditis elegans   

Caenorhabditis elegans Üzerinde Yaşam Boyu ve Davranışsal Yaşlanma Testleri için Yaşam Süresi Makine Deneyi Hazırlığı ve Kurulumu

Başlamak için, tarayıcı plakalarının nematodlar yüklü olarak hazır olduğundan emin olun. Genel olarak, plaka başına yaklaşık 40 hayvan ve 200 mikrolitre bakteri çimi, ömür boyu sürecek bir deney için en uygun koşullardır. Tarayıcı plakalarını destekleyecek cam bölmelerin her iki tarafına buğu önleyici bir cam temizleyici uygulayarak deney düzeneğine başlayın.Ardından, camın tarayıcı plakalarıyla temas edecek tarafına koruyucu bir hidrofobik cam işlemi uygulayın. Beş ila 10 dakika bekleyin ve cam bölmedeki kalıntıları temizleyin. Camın tarayıcı plakalarıyla temas edecek tarafını dezenfekte etmek için% 70 etanol uygulayın.Bir ila iki dakika bekletin ve ardından etanolü bir bez veya kağıt havluyla çıkarın. Plakaları tarayıcılara yüklemek için, otoklav kauçuk paspaslarını işlem görmüş plaka destek camının üzerine yerleştirin. Yüklü nematodlarla görüntüleme için kullanılan tarayıcı plakalarını alın ve kapağı çıkarın.Plakaları cam yüzeye bakan kauçuk paspas yerlerine yerleştirin. Plaka yükleme sırasında deneycinin parmaklarını korumak için tarayıcı fanlarının fişini çekin. Plakaları ve onları destekleyen cam levhaları yavaşça tarayıcının yüzeyine kaydırın.Tarayıcı fanlarını yeniden etkinleştirin ve ön ve yan fanlara güç verildiğini onaylayın. Bu noktada tarayıcıları açın. Deneye başlamadan önce, tüm tarayıcı yüzeyinin önizleme yakalama görüntüsünü elde etmek de dahil olmak üzere temel görüntü alma öncesi adımları gerçekleştirin.Web arayüzünü kullanarak ana sayfanın görüntü alma bölümünü bulun ve Yakalama Aygıtları ve Görüntü Sunucuları adlı bağlantıyı takip edin. Açılan kutuda, yeni cihazlar ara'ya tıklayın ve sunucuya bağlı her tarayıcının görüntü yakalama cihazları kutusunda göründüğünden emin olun. Yeni yüklenen plakaları içeren her tarayıcıya karşılık gelen onay kutusunu seçin ve ardından önizleme yakalama iste düğmesine tıklayın.Ardından, Solucan tarayıcısında dosya açma görüntüsünü seçin ve ardından her önizleme yakalama görüntüsünü açmak için istediğiniz görüntüyü seçin. Her görüntü için, plakaları içeren bölgelere karşılık gelen sütunları seçmek için tıklayın. Tüm görüntüler tanımlandıktan sonra, görüntü alımını seçin.Tarama alanlarını tanımlayın, seçilen tarama alanlarını diske kaydedin ve ardından bölgenin özelliklerini diske aktarmak için istediğiniz konumu seçin. Deney adını, tarayıcılardaki her sütunun fiziksel konumlarını, denemenin toplam süresini ve görüntü yakalama sıklığını içeren bir dosya oluşturun. Bunu bir metin ve XML dosyası olarak kaydedin.Solucan tarayıcısında görüntü alımına tıklayın, deneme programını gönderin ve oluşturulan XML dosyasını seçin. Solucan tarayıcısı, zamanlamanın bir özetinin çıktısını alıp almayacağını veya denemeyi çalıştırıp çalıştırmayacağını sorar. Bir özet dosyası oluşturun, zamanlanmış yakalamaların tarihlerini, özetteki tarayıcıların konumunu, adını ve sayısını doğrulayın.Yine, gösterildiği gibi deneme zamanlaması için XML dosyasını yükleyin. Solucan tarayıcısı ikinci kez zamanlamanın özetinin çıktısını mı yoksa denemeyi mi çalıştıracağını sorar. Bu kez, denemeyi çalıştırmayı seçin.Kullanım ömrü makinesi artık deney programında belirtilen son taramalar tamamlanana kadar bağımsız olarak çalışacaktır. Deneme sona erdikten ve tüm görüntü ve posta ücreti alma adımları gerçekleştirildikten sonra, Solucan tarayıcısını kullanarak otomatik sonuçları el ile doğrulayın. Solucan tarayıcı menüsünde dosyaya tıklayın, geçerli denemeyi seçin ve istediğiniz denemeyi seçin.Film şeridini oluşturmak için doğrulamaya tıklayın, tüm deneye göz atın ve ardından her solucanın ölümünden hemen sonra seçin. Solucan olmayan nesneleri film şeridinden hariç tutmak için nesnenin görüntüsüne sağ tıklayın. Bir sayfadaki tüm nesneleri aynı anda hariç tutmak için, kontrol tuşunu basılı tutun ve herhangi bir nesneye sağ tıklayın.Hariç tutulan bir nesneyi analize yeniden dahil etmek için iki kez sağ tıklayın. Film şeridi ek açıklaması sırasında yapılan ek açıklamaları kaydetmek için kaydet düğmesine tıklayın. Film şeridindeki herhangi bir nesneye bir kez sol tıklayarak o nesneyle ilgili ayrıntılı zaman serisi bilgilerini görüntüleyen yeni bir pencere açın.Ölüm zamanlarını manuel olarak açıklamak için, ölüm zamanına karşılık gelen noktada alt çubuğa sol tıklayın. Zaman dilimleri arasında hareket etmek için boşluk çubuğunu ve klavyenin sağ veya sol oklarını kullanın veya istediğiniz zaman diliminde doğrudan çubuğa tıklayın. İstenilen zaman diliminde alt çubuğa sağ tıklayarak daralma ve genişleme olaylarına manuel olarak açıklama ekleyin.Sol taraftaki hayatta kalma eğrilerine ve film şeridinin sağ tarafındaki her birey için şiddetli hareketin durma zamanını ölüm zamanıyla karşılaştıran dağılım grafiğine bakın. Bir deney için ölüm zamanları oluşturmak için, Worm tarayıcısında veri dosyalarını, ölüm zamanlarını seçin ve ardından mevcut deney için ölüm zamanları oluştur'a tıklayın. Manuel veri doğrulamanın hayatta kalma eğrileri üzerindeki etkisi burada gösterilmektedir.Film şeridi açıklamasından önce üretilen ilk hayatta kalma eğrileri, solucan olmayan nesnelerin yanlış bir şekilde dahil edilmesiyle bozuldu. Manuel film şeridi açıklaması sırasında solucan olmayan nesneleri hariç tuttuktan sonra, ortaya çıkan hayatta kalma eğrileri önemli ölçüde iyileştirilmiş çözünürlük gösterdi. Grafiksel gösterim, görüntü elde etme sonrası analizin farklı adımlarında tahmini ortalama kalan ömrü ve bunun solucan ömrü ile korelasyonunu gösterir.Davranışsal yaşlanma analizinde ölüm sürelerinin manuel olarak açıklanmasının özellikle daha uzun yaşayan solucanlarda önemli olduğu bulunmuştur. Bu durumda, en düşük öküz konsantrasyonlarına maruz kalanlar. Sonuç olarak, yaşam süresi makinesi otomatik ölüm süresi tahmini, hayatta kalma testleri için yeterince doğrudur.Davranışsal yaşlanma tahlilleri manuel açıklamalardan yararlanabilir.

Research

JoVE Journal

Biology

Lifespan Machine Experiment Preparation and Setup for Lifespan and Behavioral Aging Assays on Caenorhabditis elegans

High-Throughput Behavioral Aging and Lifespan Assays Using the Lifespan Machine

Genetically identical animals kept in a constant environment display a wide distribution of lifespans, reflecting a large non-genetic, stochastic aspect ...