מאמר זה מתאר שיטה פשוטה וזולה לתיעוד התנהגות הימנעות מדשאה של Caenorhabditis elegans, באמצעות פריטים זמינים כגון טלפון חכם וקופסת אור פולטת אור (LED). אנו מספקים גם סקריפט Python לעיבוד קובץ הווידאו לפורמט נוח יותר לספירה.
Method Article
מאמר זה מתאר שיטה פשוטה וזולה לתיעוד התנהגות הימנעות מדשאה של Caenorhabditis elegans, באמצעות פריטים זמינים כגון טלפון חכם וקופסת אור פולטת אור (LED). אנו מספקים גם סקריפט Python לעיבוד קובץ הווידאו לפורמט נוח יותר לספירה.
כאשר היא נחשפת לחיידקים רעילים או פתוגניים, הנמטודה Caenorhabditis elegans מפגינה התנהגות נלמדת של הימנעות מדשאה, שבה התולעים עוזבות בהדרגה את מקור המזון שלהן ומעדיפות להישאר מחוץ למדשאת החיידקים. הבדיקה היא דרך קלה לבחון את יכולתן של התולעים לחוש רמזים חיצוניים או פנימיים כדי להגיב כראוי לתנאים מזיקים. למרות שמדובר בבדיקה פשוטה, הספירה גוזלת זמן, במיוחד עם דגימות מרובות, ומשכי הבדיקה הנמשכים לילה אינם נוחים לחוקרים. מערכת הדמיה שיכולה לצלם לוחות רבים לאורך תקופה ארוכה היא שימושית אך יקרה. כאן, אנו מתארים שיטת הדמיה מבוססת סמארטפון לתיעוד הימנעות מדשאה ב- C. elegans. השיטה דורשת רק טלפון חכם וקופסת אור של דיודה פולטת אור (LED), שישמשו כמקור אור משודר. באמצעות יישומי מצלמה ללא קיטועי זמן, כל טלפון יכול לצלם עד שש לוחות, עם חדות וניגודיות מספיקות כדי לספור תולעים באופן ידני מחוץ לדשא. הסרטים המתקבלים מעובדים לקבצי 10 s audio video interleave (AVI) עבור כל נקודת זמן של שעה, ולאחר מכן נחתכים כדי להציג כל צלחת בודדת כדי להפוך אותם לנוחים יותר לספירה. שיטה זו היא דרך חסכונית עבור אלה המעוניינים לבחון פגמים הימנעות וניתן להרחיב אותה לבדיקות C. elegans אחרות.
בין היתרונות הרבים של חקר C. elegans, מערכת העצבים הפשוטה שלה מציעה הזדמנות לחקור כיצד שינויים ברמה הגנטית והתאית משפיעים על תפקוד הרשת ועל התפוקה ההתנהגותית. למרות שיש להם מספר מוגבל של נוירונים, C. elegans מציגים מגוון רחב של התנהגויות מורכבות. אחד מהם הוא הימנעות מדשאה, שבה הנמטודה החיידקית מגיבה למקור מזון מזיק על ידי עזיבת הדשא החיידקי. C. elegans נמנעים ממדשאות של חיידקים פתוגניים 1,2,3, מדשאות של חיידקים המייצרים רעלים או מתובלים ברעלים1,4, ואפילו חיידקים מבטאי RNAi שהשמדת גן המטרה שלהם מזיקה לבריאות התולעים 4,5. מחקרים הראו כי תולעים מגיבות לרמזים חיצוניים כגון מטבוליטים המיוצרים על ידי חיידקים פתוגניים 1,6, או רמזים פנימיים המצביעים על כך שהמזון גורם להם לחלות 4,7. רמזים אלה מעובדים באמצעות מסלולי איתות שמורים, כגון מסלול חלבון קינאז המופעל על ידי מיטוגן (MAPK) ומסלול בטא גורם גדילה משתנה (TGFβ), ודורשים תקשורת בין המעי למערכת העצבים 4,6,7,8.
למרות שהבדיקה פשוטה, ההתנהגות הנלמדת מתפתחת במשך שעות רבות, לעתים קרובות בן לילה. בעוד שישנם מוטנטים שאינם מסוגלים לעזוב, ובמקרה זה די בניקוד הימנעות בנקודת זמן אחת בלבד כדי להדגים את הפגם, מוטנטים רבים אכן עוזבים בסופו של דבר אך הם איטיים יותר לצאת. עבור אלה, התנועה של התולעים צריך להיות מעקב כל כמה שעות, אשר יכול להיות קשה לעשות בן לילה. גם הספירה עצמה לוקחת זמן, מה שיוצר זמן השהיה בין הלוחות, ובכך מגביל את מספר הצלחות שניתן לבדוק בו זמנית. שימוש במערך הדמיה כדי להקליט לוחות רבים בו זמנית למשך כל תקופת הבדיקה יהיה שימושי מאוד, אך עלות ההתקנה יכולה להיות אסורה, בהתאם למצב המימון של מעבדת המחקר.
כדי להתמודד עם זה, פיתחנו שיטה פשוטה מאוד המשתמשת בסמארטפונים כדי להקליט מבחני הימנעות. כל טלפון יכול להקליט סרטוני קיטועי זמן של עד שש לוחיות בדיקה. כדי לספק אור משודר, אנו משתמשים בקופסת אור של דיודה פולטת אור (LED) שניתן לרכוש בקלות באינטרנט. לוחות Assay ממוקמים על פלטפורמה מוגבהת, הנתמכת על ידי מנהרות מלבניות חלולות, הממקדות את האור הנכנס ויוצרות ניגודיות. אנו מספקים גם סקריפט Python הממיר את הסרטונים לקבצי Audio Video interleave (AVI) המציגים קליפים של 10 שניות של כל נקודת זמן לשעה. לאחר מכן הסרטונים נחתכים ללוחות נפרדים ונשמרים בקבצים נפרדים לשימוש לספירה ידנית.
השיטה מספקת הליך בעלות נמוכה כי הוא גם קל מאוד לשימוש, באמצעות פריטים זמינים עבור רוב האנשים. כאן, אנו מתארים את השיטה באמצעות בדיקת הימנעות דשא מבוססת היטב נגד הפתוגן האנושי Pseudomonas aeruginosa (PA14), שהפרוטוקול שלו תואר בעבר 2,9. לבסוף, אנו סוקרים גם את השיקולים והמגבלות של שיטת ההדמיה עבור אלה שרוצים ליישם אותה בניסויי התנהגות אחרים של C. elegans.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. הגדרת מכשיר הדימות (איור 1A-E)
2. הכנת מאגרים ומדיה
3. הכנת לוחות NGM עתירי פפטון (עבור PA14)
הערה: לוחות אלה צריכים להיעשות לפחות 5 ימים לפני הבדיקה.
4. סנכרון תולעים על ידי הלבנה
הערה: התחל שלב זה 3 ימים לפני הבדיקה.
5. הכנת חיידקים (Pseudomonas aeruginosa, PA14)
הערה: התחל שלב זה 4 ימים לפני הבדיקה.
6. הכנה להקלטה
הערה: בצע פעולה זו ממש לפני הבדיקה.
7. בדיקת הימנעות מדשאה
8. עיבוד וידאו באמצעות סקריפט Python
9. ספירה ידנית באמצעות ImageJ
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
הסרטון הראשון שהופק על ידי התסריט הוא 1 שעה מתחילת הבדיקה. הווידאו במשך 0 שעות אינו נשמר, כמו תולעים להתחיל את הבדיקה בתוך הדשא, ולכן שיעור התפוסה הוא תמיד 100%.
תולעי N2 מסוג פרא מושוות למוטנטים מסוג npr-1, שפגם בהימנעות מדשאה שלהם מבוסס היטב בספרות 6,10 (איור 3A-E). כפי שניתן לראות בסוג הבר, תולעים עוזבות בהדרגה את מדשאות החיידקים ונשארות בחוץ (
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
הדמיה של התנהגות בעלי חיים, במקום להסתמך על תצפית ישירה, היא לא רק נוחה אלא גם בעלת יתרון של השארת תיעוד חזותי. זה מאפשר ניתוח עיוור על ידי אדם שלישי אובייקטיבי, או אפילו יכול לשמש לניתוח אוטומטי באמצעות טכניקות זיהוי תמונה. למרות היתרונות, הציוד הסטנדרטי המוצע בדרך כלל הוא בעלות גבוהה, ולכן אדם מחויב להתקנה לאחר הרכישה.
שימוש בסמארטפונים לאיסוף הקלטות וידאו של התנהגות פשוטה של C. elegans מציע מספר יתרונות. הוא דורש היכרות מינימלית עם ידע טכנולוגי וקל מאוד להתקנה, תוך שימוש בפריטים שנ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
לא הוכרז על ניגוד עניינים.
אנו מודים לדאוק ג'ונג לי על קריאה ביקורתית של כתב היד ובדיקת קוד פייתון. מחקר זה נערך בחסות קרן המחקר הלאומית של קוריאה 2017R1A5A2015369 (K.-h.Y.) ו-2019R1C1C1008708 (K.-h.Y).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| צלחת פטרי 35 מ"מ | SPL | #10035 | |
| בקטו אגר | BD | #214010 | |
| בקטו פפטון | BD | #211677 | |
| CaCl2 | DAEJUNG | 2507-1400 | |
| כולסטרול | BioBasic | CD0122 | |
| דיפוטסיום מימן פוספט (K2HPO4) | JUNSEI | 84120-0350 | |
| גליצרול | BioBasic | GB0232 | |
| King B מרק | תא MB | MB-K0827 | |
| תיבת אור LED מרובת כריות | Artmate | N/A | זוהי כרית אור LED המופעלת באמצעות USB למטרות מעקב וציור. Artmate הוא מותג קוריאני, אך חיפוש אחר "תיבת אור LED למעקב" בכל מנוע חיפוש אמור להניב אפשרויות רבות של מותגים אחרים. הממד הכולל הוא בסביבות 9 אינץ' x 12 אינץ' (גודל A4). לדוגמה, מאמזון ארה"ב: https://www.amazon.com/LITENERGY-Ultra-Thin-Adjustable-Streaming-Stenciling/dp/B07H7FLJX1/ref=sr_1_5?crid=YMYU0VYY226R&keywords= LED%2Blight%2Bbox& qid=1674183224& sprefix =led%2Blight%2Bbo%2Caps%2C270& sr=8-5& th=1 |
| MgSO4 | DAEJUNG | 5514-4400 | |
| שרוול נייר פלסטיק (שקוף) | Smead | #85753 | כל יריעת פלסטיק שקופה עם מעט קשיחות יכולה לשמש כבמה. לדוגמה, מאמזון ארה"ב: https://www.amazon.com/Smead-Organized-Translucent-Project-85753/dp/B07HJTRCT7/ref=psdc_1069554_t3_B09J48GXQ 8 |
| אשלגן דימימן פוספט (KH2PO4) | JUNSEI | 84185-0350 | |
| רצועת חשמל | כדי להכיל 3 טלפונים ותיבת LED אחת, אתה צריך לפחות 4 שקעים. | ||
| סמארטפון | N/ | A N/ | A דרישת מינימום: מצלמה רחבה של 12MP, הקלטת וידאו HD 1080p ב-30fps |
| נתרן כלורי (NaCl) | DAEJUNG | #7548-4100 | |
| נתרן פוספט דו-בסיסי נטול מים (Na2HPO4) | YAKURI# | 31727 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission