Per interagire in modo significativo con il loro ambiente e generare un comportamento adattivo, gli animali devono interpretare le informazioni sensoriali che ricevono: se un dato segnale sensoriale è benefico o dannoso per la loro sopravvivenza non è quasi sempre predeterminato, ma dipende dal contesto. Un compito chiave dei sistemi sensoriali e nervosi è, quindi, quello di assegnare valenza all'informazione ambientale attraverso l'apprendimento associativo. Alcuni stimoli sono intrinsecamente appetitivi, come il cibo, e altri sono intrinsecamente avversivi, come i segnali nocicettivi. Tali stimoli incondizionati (US) possono alterare le risposte ad altri stimoli presentati insieme ad essi; di conseguenza, gli animali possono sviluppare un'attrazione o un'avversione per l'altro, lo stimolo condizionato (CS). Questo viene interpretato in modo tale che CS segnali o preveda gli Stati Uniti 1,2,3. Lo studio dei modelli di apprendimento associativo è necessario per chiarire i meccanismi genetici, cellulari e fisiologici sottostanti. Tuttavia, questo può essere impegnativo a causa della necessità di utilizzare modelli in vivo, della variabilità del comportamento, della licenza richiesta per la manipolazione degli animali o delle tempistiche spesso lunghe di formazione sia del ricercatore che degli animali, e questo di solito preclude che venga svolto da studenti universitari in un contesto di ricerca, e ancora di più in un contesto didattico.
Pertanto, i modelli di invertebrati offrono l'opportunità di condurre saggi di apprendimento associativo con studenti universitari o di laurea magistrale. Gli invertebrati non richiedono licenze per animali per essere maneggiati e possono essere convenienti. Un paradigma frequentemente utilizzato per l'apprendimento associativo è l'apprendimento della chemiotassi del sale in C. elegans 4,5,6,7,8,9. I C. elegans percepiscono la concentrazione di cloruro di sodio (NaCl) nel loro ambiente e imparano ad associare un particolare [NaCl] alla presenza o all'assenza di cibo, rispettivamente. In generale, gli animali imparano a migrare verso concentrazioni di sale che in precedenza erano presentate con abbondante cibo batterico e imparano ad allontanarsi da quelle che si presentavano in assenza di cibo batterico. Il sale è quindi lo stimolo condizionato, e il cibo o la fame sono lo stimolo incondizionato3. Questa associazione si forma in meno di un'ora ed è un esempio di memoria associativa a breve termine. L'apprendimento associativo della chemiotassi NaCl è modulato, tra l'altro, dalla segnalazione della chinasi calcio/calmodulina dipendente (CaMK), dalla segnalazione dopaminergica e dalla segnalazione insulina/fosfatidilinositolo (PI) 3-chinasi 5,9,10, il che suggerisce che coinvolge i sistemi motivazionali e la plasticità sinaptica CaMK-dipendente e può funzionare in modo simile alle vie di segnalazione che governano l'apprendimento associativo nei vertebrati.
In un protocollo stabilito per l'apprendimento della chemiotassi del sale, gli animali migrano in un gradiente spaziale di sale su una piastra di agar creata posizionando due tappi di agar con sale assente o alto, rispettivamente, sulla piastra7. Questi saggi sono difficili da eseguire in modo quantitativo da parte degli studenti universitari a causa della variazione dinamica della concentrazione di NaCl sulla piastra del saggio della chemiotassi nel tempo e nello spazio, perché il NaCl dai tappi si diffonde continuamente nella piastra di agar. Un saggio più facile da eseguire è l'uso di piastre a quadranti, in cui vengono presentate due diverse concentrazioni di sale (ad esempio, 25 mM di NaCl e 0 mM di NaCl) e separate da barriere plastiche11. Tuttavia, a causa della presentazione di solo due diverse concentrazioni di NaCl, non può essere utilizzato contemporaneamente per saggiare l'attrazione e/o l'evitamento di un calo o di un aumento di NaCl rispetto alla condizione basale. C. elegans viene solitamente coltivato su piastre NGM (Nematode Growth Media) in presenza di 50 mM di NaCl ed E. coli OP5012 e, pertanto, forma un'associazione positiva di questa concentrazione di NaCl con il cibo per impostazione predefinita.
Qui, presentiamo un protocollo di apprendimento della chemiotassi salina adattato che può essere eseguito sia da ricercatori che da studenti universitari. Gli animali vengono prima condizionati a diversi ambienti di NaCl presentati in presenza o assenza di cibo. Vengono quindi trasferite su piastre di analisi con una scelta di concentrazioni di sale basse, medie e alte in piastre di agar con camera a Y. Il loro apprendimento della chemiotassi in questo contesto può essere utilizzato per studiare l'effetto di vari fattori che lo modulano, come il genotipo, i contesti ambientali o l'età degli animali.
Questo protocollo è adattato a una classe di laboratorio pratico universitario suddivisa in otto gruppi di studenti, con ogni gruppo di studenti che esegue una serie di sei misurazioni in ogni punto temporale sperimentale (una misurazione per condizione sperimentale). Tuttavia, il protocollo può essere regolato per funzionare per un singolo sperimentatore o per qualsiasi numero di gruppi/persone, con opportune modifiche alle quantità di reagenti.