Hodowla nicieni na dużą skalę w celu zbadania ich zbiorowych zachowań
25 sierpnia 2023
Tutaj zgłaszany jest system do badania zbiorowych zachowań nicieni poprzez hodowlę ich masowo przy użyciu pożywki agarowej z karmą dla psów. System ten pozwala naukowcom na rozmnażanie dużej liczby robaków dauer i może być stosowany do Caenorhabditis elegans i innych pokrewnych gatunków.
Badamy mechanizm leżący u podstaw zachowań zbiorowych z perspektywy aktywnej metafizyki i neuronauki. W dziedzinie badań nad zachowaniami zbiorowymi ustanowiono system eksperymentalny z wykorzystaniem organizmów nieożywionych i na poziomie komórkowym. Jednak nadal wyzwaniem pozostaje zaprojektowanie eksperymentalnego systemu pracy zwierząt w celu zbadania zbiorowego zachowania w laboratorium.
Udało nam się zrekonstruować zbiorowe zachowanie z tradycyjnie używanym modelem zwierzęcym, nicieniami aeris. System ten umożliwia kontrolowanie parametru za pomocą modelu matematycznego proponowanego dla zbiorowego zachowania całego zwierzęcia i bada mechanizm neuronalny leżący u podstaw zachowania zbiorowego za pomocą genetyki molekularnej. Zacznij od umieszczenia czterech dorosłych robaków na pożywce wzrostowej nicieni lub NGM, płytce agarowej wysianej E. coli OP50.
Hoduj robaki pierwszego pokolenia do głodu na płytce NGM w temperaturze 23 stopni Celsjusza przez siedem dni. Następnie przenieś niewielkie ilości agaru z karmą dla psów lub pożywki DFA na środek nowej płytki NGM wysianej E. coli OP50. W przypadku eksperymentów optogenetycznych wlej 40 mikrolitrów all-trans-retinalu do DFA przed inokulacją robaków.
Następnie umieść 0,5 miligrama karmy dla psów na podłożu DFA, około dwóch milimetrów od pokrywki talerza. Unikaj zanieczyszczenia, naświetlając płytkę NGM światłem ultrafioletowym przez 15 minut. Zbierz wygłodzone robaki z płytek NGM za pomocą wysterylizowanej wody, a następnie zaszczep zebrane robaki na pożywce DFA znajdującej się na NGM.
Rozmnażaj robaki w temperaturze 23 stopni Celsjusza, umożliwiając im wspinanie się w kierunku pokrywy płytki przez 10 do 14 dni. Zwiększona wilgotność wykazała większe rozmiary komór we wzorcach sieci robaków, zanim ostatecznie się zapadła, pozostawiając uśpione skupiska robaków na wewnętrznej powierzchni pokrywy. Zacznij od umieszczenia nowej płytki NGM pozbawionej E. coli i DFA na aluminiowej płytce na stoliku mikroskopu makrozoom
.Użyj regulatora temperatury Pelletier, aby utrzymać dno płyty w temperaturze 23 stopni Celsjusza przez co najmniej pięć minut. Następnie zastąp talerz pokrywką talerza, na który wspięły się nicienie. Zwiększ temperaturę dna płyty do 26 stopni Celsjusza, aby zmienić wilgotność we wnętrzu.
Teraz uchwyć obrazy wewnętrznej powierzchni pokrywy talerza z prędkością 20 klatek na sekundę za pomocą kamery mikroskopowej. Trzymaj robaki ZX 899 na DFA, utrzymując ten stan przez pięć minut przed oświetleniem. Teraz oświetl robaki ZX 899 przymocowane do pokrywy płytki Petriego utrzymywanej w temperaturze 23 stopni Celsjusza.
Uchwyć obrazy wewnętrznej powierzchni płyty z szybkością 20 klatek na sekundę. Zwiększona wilgotność wykazała większe rozmiary komór we wzorcach sieci robaków, zanim ostatecznie się zapadła, pozostawiając uśpione skupiska robaków na wewnętrznej powierzchni pokrywy.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
To badanie bada zbiorcze zachowania nicieni, koncentrując się na użyciu nowo opracowanego systemu masowego hodowli z wykorzystaniem pożywki agar na bazie karmy dla psów do rozmnażania nicieni w stadium dauer. Metody te pozwalają na analizę mechanizmów nerwowych stojących za zbiorczym zachowaniem w kontrolowanym środowisku u Caenorhabditis elegans i pokrewnych gatunków.
Kluczowe elementy badania
Obszar badań
- Zachowanie zbiorowe
- Neuronauki
- Genetyka molekularna
Tło
- Wyzwania w badaniu zbiorowego zachowania zwierząt w warunkach laboratoryjnych
- Potrzeba systemów eksperymentalnych, które radzą sobie z żywymi organizmami
- Wykorzystanie nicieni jako organizmów modelowych
Stosowane metody
- Rekonstrukcja zbiorowego zachowania z wykorzystaniem nicieni
- Caenorhabditis elegans i pokrewne gatunki nicieni
- Kontrola parametrów za pomocą modeli matematycznych, technik obrazowania i metod optogenetycznych
Główne wyniki
- System umożliwia obserwację wzorców zachowań zbiorowych u głodujących nicieni
- Zwiększony poziom wilgotności wpływa na wielkość wzorców sieci nicieni
- Określone warunki środowiskowe prowadzą do klastrowań uśpionych nicieni
Wnioski
- To badanie demonstruje wykonalną metodę analizy zbiorowego zachowania nicieni w kontrolowanym środowisku
- Wyniki przyczyniają się do głębszego zrozumienia dynamiki zachowań w systemach biologicznych
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Large-scale cultivation of Caenorhabditis elegans for collective behavior studies enables controlled interrogation of neural and environmental drivers of group dynamics. This system supports mechanistic de-risking and predictive confidence in early discovery by allowing precise manipulation of environmental variables and genetic backgrounds. The approach is relevant for target validation and phenotypic screening where emergent behaviors inform pathway and network-level hypotheses.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables hypothesis-driven investigation of neural circuits underlying collective behaviors.
- Supports functional target validation by linking genetic perturbations to observable group phenotypes.
- Facilitates mechanistic de-risking through environmental and optogenetic modulation.
Screening & Assay Development
- Provides a scalable system for quantitative assessment of behavioral phenotypes.
- Standardizes environmental and genetic variables for reproducible assay development.
- Enables high-content imaging and analysis of group-level responses to perturbations.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant systems where collective behaviors model neural or behavioral disorders.
- Supports continuity from discovery to preclinical validation by enabling cross-condition comparisons.
- Offers predictive value for translational biomarker identification in behavioral phenotyping.
Pipeline & Workflow Integration
This cultivation and behavioral analysis system fits within the early discovery to lead identification continuum, supporting both hypothesis testing and quantitative phenotypic screening.
- Discovery Biology: Enables controlled testing of neural and environmental hypotheses in a genetically tractable model.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative behavioral outputs suitable for compound or genetic screens.
- Analytics: Provides high-frame-rate imaging and network pattern quantification for robust statistical analysis.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical stages by modeling complex behaviors relevant to neurological disorders.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for diverse behavioral and genetic studies across R&D teams.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in behavioral target validation.
- Operational Value: Standardizes cultivation and imaging protocols for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by linking genetic and environmental factors to quantifiable group behaviors.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of targets and phenotypes for advancement.
Implementation Considerations
- Requires expertise in nematode genetics, behavioral analysis, and environmental control.
- Needs access to macrozoom microscopy and temperature/humidity regulation infrastructure.
- Demands cross-team standardization of cultivation and imaging protocols.
- Adaptation may be needed for different nematode strains or behavioral endpoints.
- Limitations include potential variability in environmental response and imaging throughput.
