Mikroskopiske organismer som frittsvømmende nematode<em> C. elegans</em>, Leve og oppføre seg på en kompleks tredimensjonalt miljø. Vi rapporterer om en ny tilnærming som gir analyse av<em> C. elegans</em> Med diffraksjon mønstre. Denne tilnærmingen består av å spore timelige periodisitet av diffraksjon mønstre genereres ved å rette laserlys gjennom en kyvette.
Jord og vann mikroskopiske organismer lever og oppfører seg i en kompleks tredimensjonalt miljø. De fleste studier av mikroskopiske organismer atferd, i motsetning, har vært utført med mikroskop tilnærminger, som begrenser bevegelse og atferd til en smal, nesten to-dimensjonale brennvidde feltet. En Vi presenterer en ny analytisk tilnærming som gir real-time analyse av frittsvømmende C. elegans i en kyvette uten avhengighet av mikroskop-basert utstyr. Denne tilnærmingen består av å spore timelige periodisitet av diffraksjon mønstre genereres ved å rette laserlys gjennom kyvetten. Vi måler svingning frekvenser for frittsvømmende nematoder.
Analyse av langt-feltet diffraksjon mønstre avslører ledetråder om bølgeformer av nematoder. Diffraksjon er prosessen av lys bøying rundt et objekt. I dette tilfellet lys er diffracted av organismene. Lysbølgene forstyrre og kan danne annonseiffraction mønster. En langt-feltet, eller Fraunhofer, diffraksjon mønster dannes hvis skjermen til objekt avstanden er mye større enn diffracting objektet. I dette tilfellet kan diffraksjonsmønster beregnes (modellert) ved hjelp av en Fourier-transform. 2
C. elegans er frittlevende jord-bolig nematoder som navigerer i tre dimensjoner. De beveger seg både på en fast matriks som jord eller agar i en sinusformet motorisk mønster som kalles krypende og i flytende i et annet mønster kalt svømming. 3 Rollene spilles av sensorisk informasjon fra mechanosensory, chemosensory, og thermosensory celler som styrer plast endringer i motorisk mønstre og brytere i mønstre er bare begynnelsen for å bli belyst. 4 Vi beskriver en optisk tilnærming til måling nematode locomotion i tre dimensjoner som ikke krever et mikroskop, og vil gjøre oss i stand til å begynne å utforske kompleksiteten i nematode locomotion under forskjellige conditions.
Vi har utviklet en ny tilnærming til sanntid måling av bevegelse og enkle motorisk atferd i mikroskopiske organismer som nematoder som ikke krever bruk av mikroskop. 8 Denne metodiske tilnærmingen kan også benyttes for å studere en rekke mikroskopiske organismer som protister. Denne metoden er kun begrenset av bølgelengden til lyset som brukes. Organismen bør ikke være mindre enn bølgelengden til lyset. I tillegg til den reduserte kostnader og portabilitet av utstyret som trengs, er en viktig fordel med denne tilnærmingen evnen til å måle atferd i sanntid og i tre dimensjoner, uten de smale begrensninger av image flyene under et mikroskop. Det er også mulig med denne teknikken for å undersøke påvirkning av tyngdekraften eller en rekke andre forhold på atferd som ikke kan studeres ved hjelp av mikroskop tilnærminger. 9 Dermed kan vi oppnå en bedre forståelse av mikroorganisme naturlig motorisk Behaviors frigjort fra rammene objektglass dråper eller spesialiserte microfluidic kamre (Park et al, 2008). 10
Mangelen på faseinformasjon i diffraksjonsmønster ikke tillater direkte gjenfinning av bildet som svarer til objektet diffracting siden langt-feltet diffraksjonsmønster er proporsjonal med kvadratet av den absolutte verdien av Fourier transform. Vi er derfor beregne diffraksjon mønstre fra ormen bilder slik at de kan bli matchet med diffraksjon mønstre av frittsvømmende nematoder (figur 6).
Denne metoden har gitt resultater for virkelig frittsvømmende C. elegans og kan påføres eventuelle mikroskopiske arter som manøvrer i en optisk transparent miljø som vann eller mange forskjellige ioniske løsninger. Konvensjonell mikroskop tillater bare studier med en brennvidde dybde av størrelsesorden mikrometer. 11 Dette er på grunn av begrensetdybdeskarphet når du fokuserer lys:
der f-nummeret N har et gjensidig forhold til kretsen av forvirring (c) slik at en kort brennvidde er forbundet med et stort c.. 12,13 Mens denne diffraksjon metoden er absolutt ikke en erstatning for konvensjonell mikroskopi, er det i stand å levere kvantitative resultater raskt slik at arter kan også manipuleres på sanntid til lave kostnader. Diffraksjon mønstre kan fås med noen laserpeker. Diffraksjon mønstre kan være filmet med redusert temporal oppløsning ved hjelp av et vanlig digitalkamera. Mens brukeren ikke kan ha et mikroskop eller en fotodiode lett tilgjengelig, kan viktige deler av dette eksperimentet som måling thrashing frekvenser og evaluere diffraksjon mønstre fullføres ved ekstremt lav kostnad.
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Tzlil Rozenblat, Alexandra Bello og Karl Spühler for teknisk assistanse. Dette arbeidet ble støttet av Vassar College Undergraduate Forskning Summer Institute (ursi), Lucy Maynard Salmon forskningsfond og NASA-prisen # NX09AU90A, National Science Foundation Center for Research Excellence i Science and Technology (NSF-CREST) award # 0630388 og 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/ |