Caenorhabditis elegans został pierwotnie zaproponowany jako organizm modelowy w 1965 roku1 i od tego czasu jest szeroko stosowany w badaniach nad genetyką, rozwojem, zachowaniem, starzeniem się i metabolizmem2. Ze względu na duży rozmiar lęgu i przezroczysty naskórek, C. elegans szczególnie dobrze nadaje się do wysokoprzepustowych badań przesiewowych za pomocą fluorescencyjnych reporterów3. Ich krótki cykl życiowy, hermafrodytyczna reprodukcja i genetyczna homologia z ludźmi sprawiają, że C. elegans jest cennym systemem modelowym do badań nad rozwojem4 i aging biology5. Co więcej, C. elegans są stosunkowo łatwe w utrzymaniu. Robaki mogą być hodowane w płynnych kulturach lub na stałych płytkach agarowych i spożywać dietę złożoną z żywych bakterii Escherichia coli OP504.
Jednak źródło żywego pożywienia C. elegans może zakłócić badania nad metabolizmem, suplementacją leków i zachowaniem. Ponieważ żywe bakterie mają swój własny metabolizm, warunki eksperymentalne, które wpływają na bakterie, zmieniają również składniki odżywcze i metabolity dostępne dla robaków. Na przykład różnice w stężeniach żelaza, aminokwasów i folianów w bakteriach mają różny wpływ na rozwój, fizjologię i długość życia C. elegans6. Wiele powszechnych praktyk laboratoryjnych może wywołać takie zmiany w składzie składników odżywczych i metabolitach wytwarzanych przez OP50. W szczególności narażenie na 5-fluoro-2'-deoksyurydynę (FUdR), związek powszechnie stosowany w celu zapobiegania rozmnażaniu u C. elegans, wywołuje szerokie zmiany w ekspresji genu OP50, w tym szlaki biosyntezy aminokwasów7. Żywe bakterie mogą również zakłócić badania, w których C. elegans są uzupełniane małymi cząsteczkami, ponieważ bakterie mogą częściowo lub całkowicie metabolizować związki aktywne. Co więcej, wpływ tych małych cząsteczek na bakterie może z kolei zmienić fizjologię C. elegans, jak to miało miejsce w przypadku leku wydłużającego życie metforminy8. Wreszcie, żywe bakterie mogą zmieniać środowisko robaka w sposób, który zmienia zachowanie, takie jak wydzielanie atrakcyjnych substancji zapachowych9, wytwarzanie egzogennych neuromodulatorów10 i tworzenie gradientów tlenu w gęstym trawniku bakteryjnym11.
Aby złagodzić zakłócający wpływ metabolizmu bakterii na badania nad C. elegans, opracowano wiele metod zabijania bakterii (Tabela 1). Trzy popularne strategie zabijania OP50 to promieniowanie UV, zabijanie termiczne i antybiotykoterapia. Chociaż jest prosta i stosunkowo tania, każda z tych metod może mieć niepożądany wpływ zarówno na bakterie, jak i C. elegans. Zabijanie promieniami UV za pomocą sieciownika UV12 jest mało wydajne, a szybkość jest ograniczona liczbą płytek, które mogą zmieścić się w sieciowniku UV. Co więcej, skuteczność zabijania promieniami UV może się różnić w zależności od płytki w partii, a testowanie wzrostu na wszystkich płytkach może stać się trudne w dużych eksperymentach. Zabijanie ciepła OP50 poprzez wystawienie kultury na działanie temperatur >60 °C wiąże się z osobnym zestawem wyzwań. Wysoka temperatura może uszkodzić składniki odżywcze niezbędne dla robaka i zniszczyć strukturę komórkową bakterii, tworząc bardziej miękką teksturę, która skraca ilość czasu spędzanego przez robaki na jedzeniu13. Ta metoda również nie może być stosowana przez cały cykl życiowy C. elegans, ponieważ robaki karmione bakteriami zabitymi termicznie mogą zatrzymać się na wczesnym etapie rozwoju13. Antybiotykoterapia jest trzecią powszechną metodą hamowania metabolizmu bakterii14, ale antybiotyki mogą również wpływać na wzrost i metabolizm robaków15.
Jednym z rozwiązań pozwalających na wyeliminowanie metabolicznego wpływu żywych bakterii przy jednoczesnym zachowaniu struktury bakteryjnej i niezbędnych składników odżywczych jest zabicie OP50 za pomocą paraformaldehydu (PFA)16. PFA to polimer formaldehydu, który może sieciować białka w komórkach17, aby zapobiec replikacji bakterii bez niszczenia wewnętrznych struktur komórkowych, takich jak wewnętrzna błona plazmatyczna18. Ze względu na zachowanie wewnętrznej struktury komórkowej, bakterie traktowane PFA nie wykazują wzrostu ani aktywności metabolicznej, ale pozostają jadalnym i bogatym w składniki odżywcze źródłem pożywienia dla C. elegans16. Tutaj znajduje się szczegółowy protokół, który pokazuje, jak metabolicznie dezaktywować bakterie za pomocą paraformaldehydu.
| metoda | Wymagane materiały | Skalowalny? | Odżywcze? | Wpływ na robaka? |
| UV | Sieciowanie UV | Ograniczone przez: | Tak | Zmienny wpływ na długość życia NGM12, 23, 24 |
| Liczba płytek, które pasują do sieciownika UV | Zmienny wpływ na długość życia w FUdR24, 26, 27 |
| Czas naświetlania na płytkę | Zmniejszone preferencje żywieniowe16 |
| Możliwość sprawdzenia każdej płytki pod kątem wzrostu8 |
| Ciepło | >60 °C inkubator | Tak | Nie: niszczy ścianę komórkową, obniża wartość odżywczą | Zatrzymanie rozwoju 13 |
| Zmniejszone preferencje żywieniowe13 |
| Przedłuża żywotność NGM31 |
| Antybiotyki | Antybiotyki (kanamycyna, karbenicylina, itp.) | Tak | Tak | Opóźnia wzrost i rozwój15 |
| Przedłuża żywotność w płynnych mediach19 |
| Przedłuża żywotność NGM15 |
| PFA | 0,5% Paraformaldehyd | Tak | Tak | Mały rozmiar lęgu zmniejsza sięo 16 |
| Małe wydłużenie czasu rozwoju16 |
| Zmniejszone preferencje żywieniowe16 |
Tabela 1. Porównanie metod zabijania OP50. Zabijanie promieniami UV, zabijanie ciepłem, antybiotykoterapii i leczenie PFA mają różny wpływ na stan odżywienia bakterii i zdrowie robaków karmionych leczonymi bakteriami. Te metody replikacyjnej inaktywacji E. coli różnią się również wymaganymi materiałami i skalowalnością.