Verwenden von Einzel Sensillum Aufnahme auf Riech Neuron Antworten von Bed Bugs zu Semiochemicals Detect
18. Januar 2016
Bettwanzen verlassen sich auf olfaktorische Rezeptorneuronen, die in ihren antennen olfaktorischen Sensillen untergebracht sind, um Semiochemikalien in der Umwelt zu erkennen. Mit Hilfe der Einzelsensillum-Aufzeichnung demonstrieren wir eine Methode zur Bewertung der Reaktion von Bettwanzen auf Semiochemikalien und untersuchen den damit verbundenen Kodierungsprozess.
Das übergeordnete Ziel der Einzelsensillumaufzeichnung ist es, die neuronalen Reaktionen des antennalen olfaktorischen Sensillums auf verschiedene Geruchsstoffe zu untersuchen. Diese Methode kann helfen, die wichtigsten Fragen im Bereich der chemischen Ökologie zu beantworten, z. B. ob das Insekt die chemischen Geruchsstoffe aus seiner Umgebung wahrnehmen kann und wie es die chemischen Geruchsstoffe verarbeitet. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie es ermöglicht, die Aktivität einzelner Neuronen der Funktion zu spiegeln.
Es ermöglicht eine genauere Messung der Empfindlichkeit von Neuronen gegenüber den chemischen Odoranten. Die Implikation dieser Technik erstreckte sich auf die Entwicklung von Lockstoffen oder Abwehrmitteln bei der Insektenbekämpfung. Denn mit dieser Technik kann eine große Menge an Chemikalien verwendet werden, die für das Insekt biologisch wichtig sind.
Beginnen Sie diese Prozedur, indem Sie Bettwanzen zwei bis drei Minuten lang auf Eis betäuben. Befestigen Sie dann die Insekten, Antennen und Körper mit doppelseitigem Klebeband auf einem Mikroskop-Deckglas und entfernen Sie die Beine mit einer feinen Schere. Verwenden Sie eine kleine Stecknadel, um die Antennen auf dem Klebeband vorsichtig anzupassen.
Legen Sie dann den Deckglas gegen eine kleine Kugel Zahnwachs, um die Manipulation zu erleichtern, und stellen Sie ihn in einem 90-Grad-Winkel ein, um die Aufnahmeelektrode zu platzieren. Sobald sie gesichert ist, legen Sie die Bettwanze unter ein Stereomikroskop. Schalten Sie die Lichtquelle ein und stellen Sie die Beleuchtungsintensität ein, bis die Antennen deutlich sichtbar sind.
Fokussieren Sie dann das Mikroskop bei starker Vergrößerung auf das zweite Flagellum der Fühler der Bettwanze. Verbinden Sie in diesem Schritt den Vorverstärker mit einem Signalerfassungsregler, der zur Signalaufzeichnung und -visualisierung mit dem Computer verbunden ist. Öffnen Sie als Nächstes die Software und klicken Sie in der Menüleiste auf Aufnehmen.
Wählen Sie dann Welle, um die Aufzeichnung der Wellensignale zu starten. Schalten Sie den an den Vorverstärker angeschlossenen Lautsprecher ein, um den Ton der neuronalen Reaktionen des Antennensensillums darzustellen. Führen Sie nun die Referenzelektrode in den Bauch der stabilisierten Bettwanze ein.
Nachdem die Referenzelektrode mit dem Bauch der Bettwanze verbunden wurde, bewegen Sie die Aufzeichnungselektrode in Richtung des hinteren Endes der Fühler der Bettwanze. Wenn die Aufzeichnungselektrode mit der Spitze der rechten Antennen in Kontakt kommt, positionieren Sie die Elektrode bei geringer Vergrößerung. Stellen Sie dann die Aufnahmeelektrode ein und erhöhen Sie die Vergrößerung allmählich, bis sich sowohl die Elektrode als auch das Antennensensillum in derselben Ebene befinden und unter dem Mikroskop deutlich sichtbar sind.
Führen Sie danach die Aufzeichnungselektrode mit dem Mikromanipulator in den Schaft des Sensillums ein. Senken Sie es tiefer ab, wenn die Hintergrundgeräusche zu hoch sind. Sobald klare Aktionspotentiale aus dem aufgezeichneten Sensillum beobachtet wurden, füllen Sie eine Mikropipette mit botanischem Stimulus.
Verwenden Sie die Mikropipette, um ein 10-Mikroliter-Aliquot des Stimulus auf einen Filterpapierstreifen in einer Glaspastierpipette aufzutragen. Die genaue und direkte Aufzeichnung der Elektroden im Sensillum ist der Schlüssel zum Erfolg des Experiments. Hintergrundgeräusche können teilweise reduziert werden, nachdem die Elektroden etwas tiefer eingeführt wurden.
Schließen Sie dann die beladene Pipette an den Ausgang des Stimulusflussschlauchs an und setzen Sie die Pipettenspitze in das kleine Loch im Röhrchen ein, das zu den Antennen hin ausgerichtet ist. Wenn alle Verbindungen stabilisiert sind, drücken Sie den Fußschalter des Stimulus-Controllers, um einen Stimulus in den kontinuierlichen befeuchteten Luftstrom abzugeben und die Aufnahme zu starten. Der Aufnahmevorgang dauert 10 Sekunden und beginnt eine Sekunde vor der Stimulation.
Zählen Sie die Aktionspotentiale offline für zwei 500-Millisekunden-Perioden, eine vor und eine nach der Stimulation. Um einen weiteren Stimulus zu präsentieren, markieren Sie eine neue Pipette mit 001%Eukalyptol, die getestet werden soll. Tragen Sie 10 Mikroliter des Stimulus auf, bevor Sie ein kleines Stück Filterpapier darauf legen.
Warten Sie dann zwei bis fünf Minuten, bis der Reiz in der Glaspipette vollständig verdampft ist. Befestigen Sie die Pipette am Auslass des Stimulus-Flow-Rohrs. Führen Sie anschließend die Pipettenspitze in das kleine Loch des Röhrchens ein, das zu den Antennen hin ausgerichtet ist.
Drücken Sie den Fußschalter und starten Sie die 10-Sekunden-Aufnahme. Trennen Sie danach die Pipette und bereiten Sie eine weitere Pipette mit 01%Eukalyptol vor. Testen Sie alle anderen Dosen von Eukalyptol auf den Antennensensillen, um die abhängigsten Reaktionen zu beobachten.
In dieser Abbildung zeigt die Signalspur die typische neuronale Reaktion eines olfaktorischen Sensillums auf das Lösungsmittel, das als Kontrolle in der Einzelsensillum-Aufzeichnung verwendet wird. Die Signalaufzeichnung begann eine Sekunde vor dem 0,5-Sekunden-Puff-Stimulus. Das Signal wurde nach dem Auslösen des Stimulusstoßes 10 Sekunden lang kontinuierlich aufgezeichnet.
Diese Signalspur zeigt die extrem starke neuronale Reaktion eines olfaktorischen Sensillums auf einen botanischen Stimulus von 10%positivem Betapynen. Nachdem der Reizstoß an das olfaktorische Sensillum abgegeben wurde, feuern die olfaktorischen sensorischen Neuronen in diesem Sensillum mit hoher Frequenz in eine lang anhaltende zeitliche Dynamik. Denn in diesem Verfahren ist die Botschaft, dass das Verhalten eines Insekts durchgeführt werden kann, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie z.B. was sind die Verhaltensreaktionen von Insekten auf bestimmte Chemikalien mit starken Neuronenreaktionen.
Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein besseres Verständnis dafür haben, wie Sie die Reaktionen der olfaktorischen Neuronen von Insekten auf den chemischen Reiz aufzeichnen können.
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Übersicht
Diese Studie untersucht die neuronalen Reaktionen von Wanzen auf verschiedene Geruchsstoffe mittels Einzelsinneshaaraufzeichnung. Die Methode ermöglicht eine präzise Messung, wie diese Insekten chemische Signale in ihrer Umgebung wahrnehmen und verarbeiten.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Chemische Ökologie
- Insektenverhalten
Hintergrund
- Bettwanzen nutzen olfaktorische Rezeptorneuronen, um Semiochemikalien wahrzunehmen.
- Das Verständnis ihrer Reaktion auf Gerüche ist entscheidend für Schädlingsbekämpfungsstrategien.
- Mit der Einzelsinneshaaraufzeichnung lassen sich Einblicke in die neuronale Aktivität gewinnen.
- Mithilfe dieser Technik kann die Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen chemischen Reizen bewertet werden.
Zweck der Studie
- Untersuchung, wie Bettwanzen chemische Geruchsstoffe wahrnehmen.
- Verständnis des Kodierungsprozesses olfaktorischer Signale bei Insekten.
- Bewertung des Potenzials zur Entwicklung von Lockstoffen oder Abwehrmitteln.
Verwendete Methoden
- Einzel-Sinneshaars-Aufnahmetechnik.
- Auswertung neuronaler Antworten auf verschiedene Geruchsstoffe.
- Bestimmung der Empfindlichkeit olfaktorischer Neuronen.
- Analyse von Fragen der chemischen Ökologie im Zusammenhang mit Insektenverhalten.
Hauptergebnisse
- Bettnetze können verschiedene chemische Geruchsstoffe aus ihrer Umgebung wahrnehmen.
- Die Einzelsinneszellen-Ableitungsmethode liefert detaillierte Einblicke in die neuronale Aktivität.
- Die Ergebnisse weisen auf mögliche Ansatzpunkte für die Entwicklung von Schädlingsbekämpfungsmethoden hin.
- Die Erkenntnisse tragen zum Verständnis der olfaktorischen Informationsverarbeitung bei Insekten bei.
Schlussfolgerungen
- Die Studie vertieft das Wissen darüber, wie Wanzen mit chemischen Signalen interagieren.
- Die Einzelsinneszellen-Ableitung ist ein wertvolles Werkzeug in der Forschung zur chemischen Ökologie.
- Die Auswirkungen auf Schädlingsbekämpfungsstrategien sind erheblich.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Mit der Einzelsinneszellen-Ableitung ist eine präzise Messung der Antwort olfaktorischer Neuronen auf Semiochemikalien möglich, was die Validierung von Zielstrukturen in der Vektorkontrolle in einem frühen Stadium unterstützt. Dieser Ansatz liefert quantitative neuronale Daten, um die Risiken bei der Identifizierung von Kandidaten für Lock- oder Abwehrstoffe zur Bekämpfung von Bettwanzen zu verringern. Die Methode erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Identifizierung verhaltenswirksamer Verbindungen, bevor anschließende verhaltensbezogene Tests durchgeführt werden.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Überprüft therapeutische Hypothesen, indem chemische Reize mit Feuermustern neuronaler Zellen in den olfaktorischen Sensilla des Bettwanzens verknüpft werden.
- Operativer Wert: Ermöglicht die Profilierung dosisabhängiger Antworten, um Empfindlichkeitsschwellen für die Untersuchung von Semiochemika zu bestimmen.
- Prädiktiver Wert: Stärkt die Zuverlässigkeit der Zielstrukturen, indem die Aktivierung olfaktorischer Neuronen durch potenzielle Lock- oder Abweisstoffe bestätigt wird.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bereitet validierte olfaktorische Sensilla als krankheitsrelevantes System für die hochpräzise Bewertung von Substanzen vor.
- Operationaler Wert: Liefert quantitative, reproduzierbare neuronale Signale, die für die Standardisierung von Assays über verschiedene chemische Bibliotheken hinweg unerlässlich sind.
- Skalierbarkeit: Ermöglicht die Prüfung mehrerer Stimuluskonzentrationen zur Charakterisierung der Antwortdynamik und zur Bestätigung von Treffern.
Translationale und präklinische Forschung
- Translationale Kontinuität: Verbindet Daten neuronaler Reaktionen mit Verhaltensausgängen und unterstützt so die Identifizierung von Wirkstoffen für Schädlingsbekämpfungsmaßnahmen.
- Mechanistische Ent风险bewertung: Klärt die Aktivierung olfaktorischer Signalwege und verringert damit Unklarheiten hinsichtlich des Wirkmechanismus von Semiochemikalien-Kandidaten.
- Predictive Confidence: Ermöglicht die frühzeitige Priorisierung von Verbindungen basierend auf der Stärke der neuronalen Reaktion und deren Dosisabhängigkeit.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode passt in frühe Entdeckungsworkflows und liefert mechanistische Erkenntnisse, die die Überführung von Hits in Leads bei Vektorkontrollprogrammen unterstützen.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung, indem untersucht wird, ob Bettwanzen bestimmte chemische Umweltreize wahrnehmen.
- Screening: Liefert Zählungen von Aktionspotentialen als quantitative Ergebnisse zum Vergleich neuronaler Reaktionen bei unterschiedlichen Reizen und Dosen.
- Analytik: Ermöglicht den statistischen Vergleich der neuronalen Aktivität vor und nach Reizgabe, um signifikante Reaktionen festzustellen.
- Translationale Forschung: Verknüpft neuronale Reaktionen mit verhaltensrelevanter Aussagekraft und unterstützt so Entscheidungen über die Weiterentwicklung von Lock- oder Abwehrstoffen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform zum Screening verschiedener Bibliotheken von Semiochemikalien an olfaktorischen Zielstrukturen von Bettwanzen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Bietet eine mechanistische Entlastung durch direkte Messung der Empfindlichkeit olfaktorischer Neuronen gegenüber Semiochemikalien.
- Operativer Wert: Stellt Reproduzierbarkeit sicher durch standardisierte Elektrodenplatzierung und Stimulusapplikationsprotokolle.
- Strategischer Wert: Verbessert Entscheidungen über Fortführung oder Abbruch, indem Verbindungen mit starken, dosisabhängigen neuronalen Reaktionen frühzeitig in der Entdeckungsphase identifiziert werden.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung von Semiochemikalien-Kandidaten basierend auf nachgewiesener Zielinteraktion.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in Elektrophysiologie und Mikromanipulation für die präzise Einführung der Sensillenelektrode.
- Setzt stabile Systeme zur Stimulation und eine geräuscharme Infrastruktur zur Signalakquisition voraus.
- Erfordert eine Standardisierung zwischen Neurobiologie- und Chemiegruppen, um eine konsistente Stoffpräparation sicherzustellen.
- Die Übertragung auf verschiedene Insektenarten kann artenspezifische Vorbereitungen der Antennen und Identifizierung der Sensillen erfordern.
- Zu den praktischen Einschränkungen gehören die technische Empfindlichkeit gegenüber der Elektrodenpositionierung und Störungen durch Hintergrundrauschen.
