Microscopische organismen zoals de vrij-zwemmen nematode<em> C. elegans</em>, Leven en zich gedragen in een complexe drie-dimensionale omgeving. We brengen verslag uit op een nieuwe benadering die analyse biedt van<em> C. elegans</em> Met behulp van diffractie patronen. Deze aanpak bestaat uit het bijhouden van de tijd periodiciteit van de diffractie patronen gegenereerd door het richten van laserlicht door een cuvet.
Bodem en het aquatische microscopische organismen leven en zich gedragen in een complexe drie-dimensionale omgeving. De meeste studies van microscopisch organisme gedrag, daarentegen, zijn verricht met behulp van microscoop-gebaseerde benaderingen, die de beweging en gedrag tot een smalle, bijna twee-dimensionale focale gebied te beperken. 1 Wij presenteren een nieuwe analytische benadering die real-time analyse van geeft vrij zwemmen C. elegans in een cuvette zonder afhankelijkheid microscoop gebaseerde apparatuur. Deze aanpak bestaat uit het bijhouden van de tijd periodiciteit van de diffractie patronen gegenereerd door het richten van laserlicht door het kuvet. We meten oscillatiefrequenties voor vrij zwemmen nematoden.
Analyse van het verre-veld diffractie patronen onthult aanwijzingen over de golfvormen van de aaltjes. Diffractie is het proces van licht buigen rond een object. In dit geval licht wordt afgebogen door de organismen. Het licht golven interfereren en kunnen vormen adiffraction patroon. A far-field of Fraunhofer, diffractiepatroon wordt gevormd als het scherm naar object afstand veel groter dan de buigingsinrichtingen object. In dit geval kan het diffractiepatroon berekend (gemodelleerd) met een Fourier transformatie. Twee
C. elegans zijn vrij levende bodem levende aaltjes die navigeren in drie dimensies. Ze bewegen zich zowel op een vaste matrix, zoals grond of agar-agar in een sinusvormige motorische patroon genaamd kruipen en in vloeistof in een ander patroon genaamd zwemmen. 3 De rollen van zintuiglijke informatie die door mechanosensorische, chemosensoring en thermosensory cellen die plastische veranderingen regeren in motorische patronen en schakelaars in patronen nu pas beginnen te worden opgehelderd. 4 Wij een optische aanpak te beschrijven voor het meten van nematode voortbeweging in drie dimensies die niet vereist dat een microscoop en zal ons in staat stellen om te beginnen met de complexiteit van nematode motoriek verkennen onder verschillende conditions.
We hebben een nieuwe benadering voor de real-time meting van beweging en eenvoudige motorische gedrag in microscopische organismen zoals nematoden die niet vereist dat het gebruik van microscopen. 8 Dit methodologische benadering kan ook worden gebruikt voor het bestuderen van talrijke microscopische organismen zoals protisten. Deze methode is alleen beperkt door de golflengte van het gebruikte licht. Het organisme niet kleiner zijn dan de golflengte van het licht. Naast de kostenbesparingen en draagbaarheid van de benodigde apparatuur een belangrijk voordeel van deze aanpak is de mogelijkheid om het gedrag in real-time en in drie dimensies te meten, zonder de beperkingen van smalle beeldvlakken onder een microscoop. Het is ook mogelijk met deze techniek te onderzoeken invloeden van de zwaartekracht of tal van andere voorwaarden op gedrag dat niet kan worden bestudeerd met behulp van microscoop-gebaseerde benaderingen. 9 Zo kunnen we komen tot een beter begrip van micro-organismen natuurlijke motorische behaviors bevrijd van de beperkingen van microscoopglaasje druppels of gespecialiseerde microfluïdische kamers (Park et al., 2008) 10.
Het gebrek aan-informatie in een diffractiepatroon niet mogelijk maakt het terughalen van het beeld overeenkomt met het object buigen aangezien de far-field diffractiepatroon evenredig is met het kwadraat van de absolute waarde van de Fourier transformatie. We Daarom berekening van diffractiepatronen worm beelden zodat ze worden gekoppeld aan de diffractiepatronen van vrij zwemmen nematoden (Figuur 6).
Deze methode heeft geleid tot resultaten voor echt vrij zwemmen C. elegans en kan worden toegepast op alle soorten die microscopische manoeuvres in een optisch transparante omgeving zoals water of verschillende ionische oplossingen. Conventionele microscopen staan alleen studies met een scherptediepte in de orde van micrometers. 11 Dit is te wijten aan de beperktescherptediepte bij het scherpstellen licht:
waarbij het f-getal N heeft een wederzijdse relatie met de cirkel van verwarring (c) zodat een korte brandpuntsafstand is geassocieerd met een grote c. 12,13 Hoewel deze diffractiemethode is zeker geen vervanging voor conventionele microscopie, het kan kwantitatieve resultaten te leveren snel, zodat soorten zelfs gemanipuleerd kunnen worden in real-time tegen lage kosten. De diffractiepatronen worden bepaald met een laser pointer. De diffractie patronen kunnen worden gefilmd met een lagere temporele resolutie met een gewone digitale camera. Terwijl de gebruiker geen microscoop of fotodiode beschikbaar kunnen belangrijke delen van dit experiment zoals het meten en evalueren thrashing frequenties diffractiepatronen te implementeren tegen zeer lage kosten.
The authors have nothing to disclose.
Wij danken Tzlil Rozenblat, Alexandra Bello en Karl Spuhler voor technische ondersteuning. Dit werk werd ondersteund door de Vassar College Undergraduate Research Summer Institute (URSI), Lucy Maynard Zalm Onderzoeksfonds en de NASA award # NX09AU90A, National Science Foundation Center for Research Excellence in Science and Technology (NSF-CREST) award # 0630388 en de NSF award # 1058385.
Name | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
543 nm HeNe Laser | Melles Griot | LGX1 | Any laser in the visible range with less than 5 mW can be used. |
2 Front Surface Aluminum Mirrors | Thorlabs | PF10-03-F01 | |
High Speed Exilim Camera | Casio | ||
Quartz Cuvette | Starna Cells | 21/G/5 | |
LoggerPro (Software) | Vernier | http://www.vernier.com/products/software/lp/ | |
Mathematica 8 | Wolfram | http://www.wolfram.com/ |