$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Простота эксплуатации, многопараметрических анализа и высокую пропускную способность иллюстрированный WF-NTP протокол (рисунки 1 и 2) делает возможным определить очень небольшие изменения в поведение червя в очень точным образом. Платформа отображения информации основана на заказ опто механики, и он может быть собран с использованием 6 Монохромная камера MP, в сочетании с высоким разрешением объектив 16 мм фокусное расстояние для 1'' датчика, освещается с 8'' 8'' белая подсветка (см. Таблицу материалы и также ссылаться на36 для получения дополнительной информации). Соответствующее программное обеспечение WF-NTP написана на Python и был разработан для запуска на Windows платформах. Она работает на пользовательских собранный компьютер с 3,00 ГГц окта core процессоров и 64 ГБ оперативной памяти (ОЗУ). Программное обеспечение также была разработана для параллелизации работ и анализа видео, основанный в ОЗУ и процессор компьютера; т.е., машина с нижней расчет мощности приведет к менее видео параллельно. Настройки, которую мы используем в настоящее время оптимизирована для запуска ca. 16 видео параллельно и могут завершить анализ ca. 100 видео на ночь. Кроме того высокий уровень детализации в GUI WF-NTP настройки позволяет строже контролировать качество визуализации анализа. Графический интерфейс может использоваться напрямую загружать большие наборы данных в параллельных или отдельных видео; конкретные рамки также могут быть выбраны для детального анализа суб, вместе с пиксель коэффициент пересчета, который может быть использован для оценки поведенческих показателей. Один из двух различных отслеживания алгоритмов (держать мертвых и Z-преобразование) могут быть выбраны в зависимости от ли или не пользователь хотел бы рассмотреть парализованные животные в анализе. Параметр порог может быть соответственно настроенным с видео и экспериментальных качества. Открытие и закрытие параметры позволяют пользователю удалить шум и далее осуществлять Бинаризация функциональность. Skeletonizing алгоритм предлагает альтернативный метод анализа. Объект размер обрезков (фильтрация) обеспечивают дополнительный фильтр для фонового шума и червь как параметр позволяет пользователям рассматривать червей только объекты с эллипсоидальной формы, поэтому отличить от других объектов, которые могут иметь такой же размер пикселя черви. После этих операций Бинаризация все результирующие помечены регионы могут быть определены как отдельные червей и позиции этих регионов затем сохраняются для каждого кадра для последующего анализа и отслеживания. Эксцентриситет каждого отслеживаемого червя используется для оценки червь метрики, как степень червя, изгиб (BPM) как функцию от времени. Пользователи также могут выбрать количество кадров для держать червя в памяти программное обеспечение после столкновений, и количество пикселей, которые червь может перемещаться между кадрами также могут быть настроены различать животных от шума. Параметр длина минимум трек позволяет пользователю отменить червей, которые отслеживались для только несколько кадров. Других ключевых параметров, такие как изгибы и скорость, позволяют пользователю выбрать степень изгиба необходимо считать загиба тела и количество кадров, считается, что необходимо оценить скорость животных. Отключения параметров могут быть далее настроены для включения парализована животных. Выходные данные автоматически показывается в результирующих файлах. Эти значения рассматриваются как верхних пределов для оценки доли парализована животных. Пользователь также может выбрать одну или несколько областей, представляющих интерес. Эта функция особенно полезна для анализа субпопуляций червей и результат сортируется автоматически в файлы результатов. Параметр вывода позволяет пользователю выбрать папку вывода и количество отслеживания кадры, которые будут подготовлены для него. Различные наборы инструментов может также использоваться для дальнейшего анализа данных, такие как участок пути инструмент, который показывает отдельные червь треков и дактилоскопия инструмент, который позволяет пользователю создавать отпечатков пальцев карты.
Эта методология позволяет новые подходы, которые будут приняты, не только для биологических исследований C. elegans , но и для целей медицинских и фармакологических исследований, например высокопроизводительного скрининга генетической модификации и медикаментозного лечения. Мы продемонстрировали этот потенциал, описывая характеристика фенотипов крупных демографических исследований (N > 1000) различных моделей червь нейродегенеративные заболевания (frontotemporal деменции (FTD)39, болезни Паркинсона (PD)7 , Болезни Альцгеймера (AD)16,40и боковой амиотрофический склероз (ALS)19 (Рисунок 3А) и характеризующих последствия потенциальных терапевтических молекул с помощью модели червь PD18 и AD 15,12 (рис. 3b). Два маленьких молекул, скваламин18 и bexarotene15, вводили в концентрациях до 25 мкм PD (рис. 3b) и 10 мкм до AD38 (рис. 3b) червей, соответственно. Оба соединения показал ясно дозозависимый эффект в диапазоне концентраций испытания. Мы показали, что эта высокая точность измерений достигается путем увеличения числа червей, которые могут быть проанализированы по сравнению с традиционными методами (рис. 3 c). Мы свидетельствует о важности размер выборки (рис. 3 c) в молекулярной скрининга, а также как характеристика мутантных штаммов. Увеличение температуры от 20 ° C приводит к примерно половина AD червей, став парализована после 3 дней взрослой жизни. Червь населения были проверены в различных условиях, например, , когда черви, чрезмерно выражая 42-остатки формы амилоид β пептида (значения1-42) (AD черви) были подвержены тонкие температуры (рис. 3 c, слева Группа), когда значения1-42 было высказано в всех нейронов (рис. 3 c, Центральная панель), или когда AD червей были подвержены bexarotene (рис. 3 c, правая панель). Черви также были проанализированы от небольших трансформирования, случайно выбранных из полное поле зрения видео, полученные с WF-NTP (N баров < 50, желтый), подчеркнув сравнение сократительной способности этих червей с средняя подвижности населения всей червь (N < 1000). В всех панелей разница измеряется в целом червь населения представляется статистически значимое p ≤ 0,0001 (*).
WF-NTP протокол, описанные здесь также позволяет одновременная запись нескольких параметров (рис. 1b) для поддержки, оптимальным образом, внутренние проверки и разработки всеобъемлющей отпечатков широкий спектр условий по отношению к контрольной пробы, позволяя для значимого сопоставления через несколько исследований. Это мульти параметрический подход включает в себя одновременный анализ нескольких поведенческих особенностей, включая изгиб частоту, скорость, паралич ставка, размер, амплитуды изгиба и изгиб перемещения36. Это позволяет тысячи животных контролироваться очень подробно и очень высокую чувствительность и статистической значимости и предоставляет возможности для исследования больших групп населения. Эта процедура отслеживания также имеет преимущество, позволяя паралич исследования выполняться параллельно с другими поведенческие измерения, ключевой особенностью в молекулярной скрининговых исследований.
Результаты, достигнутые до настоящего времени в AD15,,3435 и PD18 лекарственных препаратов свидетельствуют о важности приобретения широкого поля зрения данных значительно увеличить количество животных, которые могут быть мониторинг в одном эксперименте, значительно уменьшается экспериментальной ошибки и значительно улучшение статистической достоверности исследований. На основе этих результатов, мы ожидаем, что WF-NTP протокол, который мы сделали доступными для сообщества36, будет значительно расширить использование C. elegans.

Рисунок 1: WF-NTP шаги анализа и примером отпечатков. () 1. Оригинальное видео. 2. фоновое изображение. 3. фон вычитается изображения. 4-6. Бинаризация шаги. 7-9. единый маркировки червей. (b) несколько фенотипов сообщается с отпечатков пальцев для дикого типа червей и червь модели PD и AD. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2: графический пользовательский интерфейс (GUI) WF-NTP. Конкретные видео и выбранные кадры могут быть выбраны в GUI для анализа, и коэффициент пересчета пикселей может быть вставлен, после чего проводится анализ с одним из двух алгоритмов данной отслеживания. Это позволяет выбрать степень изгиба необходимо считать загиба тела, а также количество кадров, необходимых для оценки скорости животных. Тела поворотах и скорость порогов можно определить статистику парализована червя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3: примеры приложений, поддерживающих WF-NTP методом. (a) приложения WF-NTP в крупных демографических исследований (N > 1000) измерений BPM для моделей C. elegans целого ряда нейродегенеративных заболеваний, в том числе FTD, PD, AD и ALS. (b) приложения WF-NTP в лекарственных препаратах. (c) важность демографических исследований в чувствительность температуры, эффективность препарата и характеристика мутантный штамм. Фенотипы субпопуляций N < 50 (жёлтые столбики) сравниваются с теми, кто всего червь населения (N < 1000). Планки погрешностей указывают Среднеквадратичная ошибка среднего значения (SEM). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.