Caenorhabditis elegans был первоначально предложен в качестве модельного организма в 1965 году1 и с тех пор широко используется в исследованиях генетики, развития, поведения, старенияи метаболизма. Благодаря большому размеру выводка и прозрачной кутикуле C. elegans особенно хорошо подходит для высокопроизводительного скрининга с флуоресцентными репортерами3. Их короткий жизненный цикл, гермафродитное размножение и генетическая гомология с человеком также делают C. elegans ценной модельной системой для исследований развития4 и биологии старения5. Кроме того, C. elegans относительно просты в уходе. Червей можно выращивать в жидкой культуре или на твердых агаровых планшетах и потреблять пищу из живых бактерий Escherichia coli OP504.
Тем не менее, живой источник пищи C. elegans может запутать исследования метаболизма, добавок лекарств и поведения. Поскольку живые бактерии имеют свой собственный метаболизм, экспериментальные условия, влияющие на бактерии, также изменяют питательные вещества и метаболиты, доступные червям. Например, различия в концентрациях бактериального железа, аминокислот и фолиевой кислоты оказывают различное влияние на развитие, физиологию и продолжительность жизни C. elegans. Многие распространенные лабораторные практики могут вызвать такие изменения в составе питательных веществ и метаболитах, продуцируемых OP50. В частности, воздействие 5-фтор-2'-дезоксиуридина (FUdR), соединения, обычно используемого для предотвращения размножения у C. elegans, вызывает широкие изменения в экспрессии гена OP50, включая пути биосинтеза аминокислот7. Живые бактерии также могут запутать исследования, в которых C. elegans дополняют малыми молекулами, потому что бактерии могут частично или полностью метаболизировать активные соединения. Более того, воздействие этих малых молекул на бактерии может, в свою очередь, изменить физиологию C. elegans, как это было показано с препаратом для продления жизни метформином8. Наконец, живые бактерии могут изменять среду обитания червя таким образом, что это изменяет его поведение, например, выделять привлекательные пахучие вещества9, вырабатывать экзогенные нейромодуляторы10 и создавать кислородные градиенты в густом бактериальном газоне11.
Чтобы смягчить влияние бактериального метаболизма на исследования C. elegans , было разработано несколько методов уничтожения бактерий (табл. 1). Тремя распространенными стратегиями уничтожения OP50 являются УФ-облучение, тепловое умерщвление и лечение антибиотиками. Несмотря на то, что каждый из этих методов прост и относительно недорог, он может оказывать нежелательное воздействие как на бактерии, так и на C. elegans. Уничтожение УФ-излучения с помощью УФ-сшивателя12 имеет низкую пропускную способность, и скорость ограничена количеством пластин, которые могут поместиться в УФ-сшиватель. Кроме того, эффективность УФ-уничтожения может варьироваться от планшета к планшету в рамках партии, и тестирование роста на всех планшетах может стать затруднительным в больших экспериментах. Термическое уничтожение OP50 путем воздействия культуры при температуре >60 °C сопряжено с рядом проблем. Высокая температура может повредить питательные вещества, необходимые для червя, и разрушить клеточную структуру бактерий, создавая более мягкую текстуру, которая уменьшает количество времени, которое черви проводят на пище13. Этот метод также не может быть использован на протяжении всего жизненного цикла C. elegans , потому что черви, которых кормят бактериями, убитыми теплом, могут останавливаться на раннихстадиях развития. Лечение антибиотиками является третьим распространенным методом подавления бактериального метаболизма14, но антибиотики также могут изменять рост и метаболизм червей15.
Одним из решений для устранения метаболических эффектов живых бактерий при сохранении бактериальной структуры и основных питательных веществ является уничтожение OP50 параформальдегидом (PFA)16. PFA представляет собой полимер формальдегида, который может сшивать белки в клетках17 для предотвращения репликации бактерий без разрушения внутренних клеточных структур, таких как внутренняя плазматическая мембрана18. Благодаря сохранению внутренней клеточной структуры, бактерии, обработанные PFA, не проявляют роста или метаболической активности, но остаются съедобным и богатым питательными веществами источником пищи для C. elegans16. Здесь представлен подробный протокол, который показывает, как метаболически инактивировать бактерии с помощью параформальдегида.
| Метод | Необходимые материалы | Масштабируемый? | Питательный? | Влияние на червя? |
| УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ | УФ-сшиватель | Ограничено: | Да | Вариабельное влияние на продолжительность жизни NGM12, 23, 24 |
| Количество пластин, которые помещаются в УФ-сшиватель | Переменное влияние на срок службы FUdR24, 26, 27 |
| Время облучения на пластину | Снижение предпочтений в еде16 |
| Возможность проверить каждую пластину на рост8 |
| Жара | Инкубатор >60 °C | Да | Нет: разрушает клеточную стенку, снижается пищевая ценность | Остановка развития 13 |
| Снижение предпочтений в еде13 |
| Продлевает срок службы NGM31 |
| Антибиотики | Антибиотики (канамицин, карбенициллин и др.) | Да | Да | Задержки роста и развития15 |
| Продлевает срок службы в жидких средах19 |
| Продлевает срок службы NGM15 |
| ПФА | 0,5% параформальдегида | Да | Да | Уменьшение размера маленького расплода16 |
| Небольшое увеличение времени разработки16 |
| Снижение предпочтений в еде16 |
Таблица 1. Сравнение методов уничтожения OP50. Уничтожение ультрафиолетом, тепловое уничтожение, лечение антибиотиками и обработка PFA оказывают различное влияние на питательный статус бактерий и здоровье червей, которых кормили обработанными бактериями. Эти методы репликативной инактивации кишечной палочки также различаются по требуемым материалам и масштабируемости.