Organismi microscopici, come il free-nuoto nematode<em> C. elegans</em>, Vivere e comportarsi in un complesso ambiente tridimensionale. Riportiamo su un nuovo approccio che fornisce un'analisi di<em> C. elegans</em> Con pattern di diffrazione. Questo approccio consiste inseguimento periodicità temporale di diffrazione generati dirigendo la luce laser attraverso una cuvette.
Suolo e acquatici organismi microscopici vivere e comportarsi in un complesso ambiente tridimensionale. La maggior parte degli studi sul comportamento organismo microscopico, al contrario, sono stati eseguiti utilizzando microscopio approcci, che limitano il movimento e il comportamento di una stretta, campo quasi bidimensionale focale. 1 Vi presentiamo un nuovo approccio analitico che fornisce analisi in tempo reale di liberamente nuoto C. elegans in una cuvetta senza dipendenza da microscopio a base di attrezzature. Questo approccio consiste inseguimento periodicità temporale di diffrazione generati dirigendo la luce laser attraverso la cuvetta. Misuriamo frequenze di oscillazione per i nematodi liberamente nuoto.
Analisi dei campo lontano pattern di diffrazione rivela indizi sulla forme d'onda dei nematodi. Diffrazione è il processo di deflessione della luce attorno ad un oggetto. In questo caso la luce viene diffratta dagli organismi. Le onde luminose interferiscono e possono formare adiffraction modello. Un campo lontano, o Fraunhofer, diffrazione è formato se lo schermo a distanza oggetto è molto più grande dell'oggetto diffrazione. In questo caso, il modello di diffrazione può essere calcolata (modellato) utilizzando una trasformata di Fourier. 2
C. elegans sono a vita libera nel terreno nematodi che navigano in tre dimensioni. Si muovono sia su una matrice solida come il suolo o agar in un andamento sinusoidale locomotoria chiamato scansione e in liquido in un modello diverso chiamato nuoto. 3 I ruoli svolto dalle informazioni sensoriali fornite da mechanosensory, chemiosensoriali, e le cellule che regolano thermosensory cambiamenti plastici in locomotoria i modelli e gli interruttori dei modelli stanno solo iniziando a chiarire. 4 Abbiamo descrivere un approccio ottico per misurare locomozione nematode in tre dimensioni che non richiede un microscopio e ci permetterà di iniziare ad esplorare la complessità di locomozione nematode in co diversonditions.
Abbiamo sviluppato un nuovo approccio per la misurazione in tempo reale di movimento e semplici comportamenti locomotore in organismi microscopici come i nematodi, che non richiedono l'uso di microscopi. 8 Questo approccio metodologico potrebbe essere utilizzato anche per lo studio di numerosi organismi microscopici come i protisti. Questo metodo è limitato solo dalla lunghezza d'onda della luce utilizzata. L'organismo non deve essere inferiore alla lunghezza d'onda della luce. Oltre al risparmio di costi e portabilità del dispositivo necessario, uno dei principali vantaggi di questo approccio è la capacità di misurare il comportamento in tempo reale e in tre dimensioni, senza i vincoli stretti di piani di immagini al microscopio. È anche possibile con questa tecnica per esaminare influenze di forze gravitazionali o numerose altre condizioni sul comportamento che non possono essere studiati utilizzando microscopio approcci. 9 Così, si può ottenere una migliore comprensione del microrganismo naturale locomotoria Behaviors liberati dai confini della goccioline vetrino da microscopio o specializzati camere microfluidici (Park et al, 2008). 10
La mancanza di informazioni di fase in un modello di diffrazione non consente il recupero diretto dell'immagine corrispondente all'oggetto diffrazione poiché il campo lontano modello di diffrazione è proporzionale al quadrato del valore assoluto della trasformata di Fourier. Siamo quindi calcolando diffrazione da verme immagini in modo che possano essere confrontati con i modelli di diffrazione di nematodi liberamente nuoto (Figura 6).
Questo metodo ha prodotto risultati per davvero nuotare liberamente C. elegans e può essere applicato a qualsiasi specie microscopiche che manovre in un ambiente otticamente trasparente come acqua o diverse soluzioni ioniche. Microscopi convenzionali consentono solo studi con una profondità focale dell'ordine di micrometri. 11 Questo è dovuto alla limitataprofondità di campo per mettere a fuoco la luce:
dove il numero f N ha un rapporto reciproco con il cerchio di confusione (c) in modo che una breve lunghezza focale è associata ad un grande c. 12,13 Mentre questo metodo di diffrazione non è certamente un sostituto per microscopia convenzionale, è in grado per fornire risultati quantitativi rapidamente, in modo che le specie possono anche essere manipolati in tempo reale a basso costo. I pattern di diffrazione può essere ottenuta con qualsiasi puntatore laser. I pattern di diffrazione può essere filmato con una risoluzione temporale ridotta utilizzando una normale fotocamera digitale. Mentre l'utente non può avere un microscopio o un fotodiodo prontamente disponibile, le parti principali di questo esperimento come misurare frequenze thrashing e valutare modelli di diffrazione può essere completata a costi estremamente bassi.
The authors have nothing to disclose.
Ringraziamo Tzlil Rozenblat, Alexandra Bello e Karl Spuhler per l'assistenza tecnica. Questo lavoro è stato sostenuto dal Summer Institute Collegio Undergraduate Research Vassar (URSI), Lucy Maynard fondo di ricerca Salmone e il premio NASA # NX09AU90A, National Science Foundation Centro di Eccellenza di Ricerca in Scienza e Tecnologia (NSF-CREST) premio # 0630388 e il NSF premio # 1.058.385.
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/ |