مقايسة الانجذاب الكيميائي لـ C. elegans

تُسمى حركة الخلية أو الكائن الحي استجابةً لمحفز كيميائي بسلوك الانجذاب الكيميائي. سنتعلم في هذا الفيديو كيفية إجراء مقايسة للانجذاب الكيميائي باستخدام الديدان الخيطية من نوع C. elegans. كما سنناقش كيفية تطبيق مقايسات الانجذاب الكيميائي في C. elegans لدراسة التعلم والذاكرة، والتكيف الشمي، ومرض ألزهايمر.

لنناقش أولاً نوعين مختلفين من الانجذاب الكيميائي. تُسمى الحركة باتجاه محفز كيميائي بالانجذاب الكيميائي الإيجابي. وفي المقابل، تُسمى الحركة بعيداً عن المحفز الكيميائي بالانجذاب الكيميائي السلبي، مما يسمح للكائنات بالابتعاد عن المواد الكيميائية الضارة.

يمكن أن يحدث الانجذاب الكيميائي على مستوى الكائن الحي، كما هو الحال عندما تتحرك الكائنات نحو مصدر غذائي. كما يحدث الانجذاب الكيميائي أيضاً على المستوى الخلوي داخل الكائنات؛ فعلى سبيل المثال، تهاجر الخلايا المناعية نحو المسببات المرضية أو مواقع الالتهاب. وفي مثال آخر، تتحرك الخلايا المنوية نحو البويضة استجابةً لجذب كيميائي تفرزه البويضة. ويعد الانجذاب الكيميائي أيضاً عملية مهمة أثناء النمو، حيث تهاجر الخلايا استجابةً لمحفز كيميائي، مما يؤدي إلى تكوين الأنسجة والأعضاء في الكائن الحي النامي.

بالنسبة لدودة C. elegans البرية التي تعيش في التربة، فإن الانجذاب الكيميائي مهم للكشف عن البكتيريا والتحرك نحوها، كونها مصدر غذائها الرئيسي. وفي المقابل، تنفر C. elegans من المعادن الثقيلة، والمواد ذات الأس pH المنخفض، والمنظفات، وهي مواد سامة لهذا الكائن.

تبدأ مقايسات الانجذاب الكيميائي عادةً بتجهيز أطباق الانجذاب الكيميائي. باستخدام مسطرة وقلم تحديد، قسّم طبقاً بقطر 5 cm يحتوي على وسط نمو النيماتودا (NGM) إلى أربعة أرباع متساوية. ثم ارسم دائرة بنصف قطر 0.5 cm حول مركز الربع؛ ستكون هذه هي نقطة البداية للديدان. حدد وضع علامة على نقطة في كل ربع، بحيث تكون كل نقطة على مسافة متساوية من المركز ومن النقاط الأخرى.

عند تحضير الديدان للمقايسة، من الضروري استخدام ديدان بالغة شابة متزامنة العمر لضمان أن الاختلافات في الانجذاب الكيميائي ليست ناتجة عن المرحلة التنموية. بمجرد مزامنة الديدان، اجمعها عن طريق سحب 2 ml من محلول S-basal المنظم ووضعه على طبق يحتوي على الديدان البالغة الشابة. قم بتدوير الطبق وإمالته لغسل الديدان من الطبق.

بعد ذلك، انقل محلول الديدان/S-basal باستخدام الماصة إلى أنبوب طرد مركزي دقيق. اغسل الديدان عن طريق إجراء طرد مركزي قصير لمحلول الديدان/S-basal، ثم أزل السائل الطافي وأضف ملليلتراً آخر من محلول S-basal إلى كتلة الديدان المترسبة. اقلب الأنبوب وكرر عملية الغسل مرتين إضافيتين. بعد الغسل، أزل كل محلول S-basal باستثناء 100 μl تقريباً. ثم أضف 2 μl من خليط الديدان/S-basal إلى طبق NGM. وباستخدام المجهر، قم بعدّ عدد الديدان الموجودة. من الناحية المثالية، يجب أن يتراوح عدد الديدان بين 50-250 دودة لكل 2 μl من S-basal.

الآن وبعد أن أصبحت أطباق الانجذاب الكيميائي والديدان جاهزة، يمكننا البدء في مقايسة الانجذاب الكيميائي. أولاً، اخلط أحجاماً متساوية من محلول الاختبار الخاص بك مع 0.5 M من أزيد الصوديوم، وهو مخدر سيعمل على شل حركة الديدان بمجرد وصولها إلى وجهتها. كرر العملية نفسها مع محلول الضبط. بعد ذلك، انقل بواسطة الماصة 2 μl من خليط الديدان/S-basal إلى مركز طبق الانجذاب الكيميائي. ثم، انقل 2 μl من محلول الاختبار أو محلول الضبط وضعهما في نقاط محددة بملصقات مناسبة على طبق الانجذاب الكيميائي. وبمجرد امتصاص محلولي الاختبار والضبط، أعد وضع الغطاء، واقلب الطبق، ثم اضبط المؤقت لمدة 1 hour.

بعد ترك الديدان لمدة ساعة للاستجابة للمحفزات الكيميائية على الطبق، يمكن تحليل البيانات. قم بعدّ عدد الديدان داخل كل ربع يدويًا. إذا كانت الديدان تنجذب إلى المادة الكيميائية المختبرة، فسيكون عدد الديدان الموجودة في تلك الأرباع أكبر. أما إذا كانت محايدة تجاه تلك المادة، فستتوزع الديدان في كل ربع بالتساوي.

استخدم هذه البيانات لحساب مؤشر الانتحاء الكيميائي، وهو عبارة عن عدد الديدان في أرباع الاختبار ناقص عدد الديدان في ربع الضبط، مقسومًا على العدد الإجمالي للديدان. ويشير مؤشر الانتحاء الكيميائي القريب من +1 إلى الانجذاب، بينما يشير المؤشر القريب من -1 إلى التنافر.

بعد أن تعلمنا كيفية إعداد مقايسة الانجذاب الكيميائي، دعونا نلقي نظرة على كيفية تطبيق هذه التجارب للإجابة على التساؤلات العلمية.

إحدى الطرق التي طُبقت بها مقايسات الانجذاب الكيميائي في C. elegans هي دراسة التعلم والذاكرة. على سبيل المثال، يمكن تدريب الديدان على ربط محفز كيميائي بمصدر غذائي. حيث يتم تجويع الديدان التي كانت تتغذى جيداً لمدة ساعة واحدة، ثم يتم تدريبها باستخدام الغذاء، بالإضافة إلى مادة كيميائية مثل البيوتانون (butanone).

بعد ذلك، توضع الديدان في طبق يحتوي على الغذاء، ولكن بدون البيوتانون. ومن ثم سيحدد إجراء مقايسة الانجذاب الكيميائي ما إذا كانت الديدان قد تعلمت ربط البيوتانون بالغذاء. ويمكن إجراء العديد من المتغيرات لهذه التجربة لتحديد معلومات أخرى، مثل الجينات أو الخلايا العصبية المهمة للتعلم والذاكرة.

التكيف الشمي هو ظاهرة تحدث عندما تقلل الخلايا العصبية الحسية من استجابتها لمحفز ما بمرور الوقت، مما يسمح للحيوان بالاستجابة لمحفزات أخرى قد تكون أكثر أهمية. على سبيل المثال، فإن ديدان C. elegans من النوع البري التي تتعرض لرائحة معينة لفترة من الزمن، ستتجاهل تلك الرائحة أثناء مقايسة الانجذاب الكيميائي بسبب التكيف الشمي، بدلاً من أن تنجذب إليها. وبناءً على ذلك، يمكن إجراء مسوحات جينية عالية الإنتاجية للكشف عن المنظمات الجينية للتكيف الشمي، مثل egl-4. بالإضافة إلى ذلك، يمكن مراقبة الديدان المعدلة وراثياً التي تعبر عن بروتينات موسومة فلورياً لرصد التغيرات في التموضع أثناء التكيف الشمي.

أخيراً، يمكن استخدام مقايسات الانجذاب الكيميائي في C. elegans لدراسة مرض الزهايمر. حيث يمكن للعلماء التعبير عن ببتيد الأميلويد بيتا البشري الموسوم فلورياً - وهو علامة مميزة لمرض الزهايمر - في الخلايا العصبية لديدان C. elegans. ومن المثير للاهتمام أن مقايسات الانجذاب الكيميائي كشفت أن الديدان التي تعبر عن الأميلويد بيتا في مجموعة من الخلايا العصبية تظهر انجذاباً كيميائياً منخفضاً تجاه مادة جاذبة كيميائياً مقارنة بمجموعة الضبط. ويمكن إجراء العديد من المتغيرات لهذه التجربة، بما في ذلك التعبير عن الأميلويد بيتا في مجموعات عصبية أو أنسجة أخرى، أو تحديد ما إذا كانت هناك أي مركبات يمكنها تخفيف آثار التعبير عن الأميلويد بيتا، مما يؤدي في النهاية إلى علاج محتمل.

لقد شاهدتم للتو مقدمة JoVE حول الانجذاب الكيميائي في C. elegans. أولاً، قمنا بتعريف مفهوم الانجذاب الكيميائي وسبب أهميته في الطبيعة للكائنات الحية والخلايا. ثم استعرضنا كيفية إجراء اختبار الانجذاب الكيميائي باستخدام C. elegans. وأخيرًا، ناقشنا كيف يمكن تطبيق دراسة الانجذاب الكيميائي لفهم التعلم والذاكرة، والتكيف الشمي، ومرض الزهايمر. شكراً للمشاهدة!