Ölçülü ve Serbest uçan Bal Arısı Nörofarmakolojik Manipülasyon,<em> Apis mellifera</em
Summary
Bu yazının serbest uçan arılar için basit non-invaziv yöntemler yanı sıra ölçülü arıların kesin lokalize tedavi izin daha invaziv varyantları da dahil olmak üzere, bal arıları için farmakolojik ajanların uygulanması için çeşitli protokoller açıklanır.
Abstract
Bal arıları şaşırtıcı öğrenme yeteneklerini ve gelişmiş sosyal davranış ve iletişimi göstermektedir. Buna ek olarak, beyin, küçük görselleştirmek için ve çalışma kolaydır. Bu nedenle, arılar uzun, sosyal ve doğal davranış nöral temelini çalışmak için Nörobiyologlar ve neuroethologists arasında bir tercih modeli olmuştur. Bu davranışlar karışmaz arıları incelemek için kullanılan deneysel teknikler çalışılan ki, çok önemlidir. Bu nedenle, bal arılarının farmakolojik manipülasyon teknikleri, bir dizi geliştirmek gerekli olmuştur. Bu yazıda farmakolojik ajanların geniş bir yelpazede ile ölçülü veya serbest uçan bal arılarının tedavi etme yöntemlerini ortaya koymaktadır. Bunlar ya sistemik ya da lokal bir şekilde hassas ilaç verilmesi için izin hem örneğin oral ve topikal tedavisinde olarak, invaziv olmayan yöntemler, hem de daha invazif yöntemler bulunmaktadır. Son olarak, her yöntemin avantajları ve dezavantajları tartışmak ve açıklamakOrtak engeller ve en iyi nasıl bunların üstesinden. Biz biyolojik sorular yerine başka bir yol deneysel yöntemi adapte önemi üzerine bir tartışma yer almaktadır.
Introduction
Karl von Frisch kendi dans dilini 1 açıklanamamıştır beri, bal arıları hayvan davranışları ve nörobiyoloji araştırmacılar için popüler bir çalışma türlerini kalmıştır. Son yıllarda yeni disiplinlerin sayısız bu iki alan, ve onlarla birlikte ortaya çıkan birçok diğer disiplinler (örneğin, moleküler biyoloji, genomik ve bilgisayar bilimi) kesiştiği noktada ortaya çıkmıştır. Bu davranış, sinir sistemi içinde faaliyet kaynaklanır nasıl anlamak için yeni teoriler ve modeller hızla gelişmesine yol açmıştır. Çünkü benzersiz bir yaşam tarzı, zengin davranış repertuarı, deneysel ve farmakolojik manipülasyon kolaylığı, arılar bu devrimin ön planda kalmıştır.
Bal arıları gibi bu temel öğrenme ve hafıza 2,3, karar verme 4, koku 5 veya görsel işleme 6 gibi temel nörobiyolojik soruları incelemek için kullanılmaktadır. Son yıllarda, Hon11, uyku 12 13 yaşlanma ya da mekanizmalar anestezi 14 altında yatan – ey arı bile böyle bağımlılık yapan maddelerin 7 etkileri genel olarak tıbbi araştırmalar için ayrılan konular, eğitim için bir model olarak kullanılmıştır.
Klasik bir genetik model organizmalar için farklı (örneğin, D. melanogaster, C. elegans, M. musculus), bu şu anda 15 değişiyor olsa da bal arıları sinir işlevlerini denetlemek için mevcut çok az genetik araçlar vardır. Bunun yerine, bal arısı çalışmaları öncelikle farmakolojik manipülasyonlar yararlanmıştır. Bu çok başarılı olmuştur; Bununla birlikte, Arı Araştırma çeşitliliği farmakolojik uygulama için bir dizi yöntem gerekli olacak şekildedir. bal arıları ile Araştırma, farklı disiplinlerden ve kökenden gelen araştırmacılar tarafından incelenmiştir, oldukça çeşitli soruları ele ve deneysel yaklaşımlar çeşitli kullanır. Birçok resekemer sorular özgürce kolonisi, ya da her ikisi de etkileşim, ya olacak serbest uçan arılar gerektirir. Bu zor bireysel deney hayvanlarında takip yapmak ve kısıtlama ya da kanül olanaksız kılar.
bal arısı araştırma çeşitliliğini yerleştirmek için, ilaç verme çeşitli yöntemler farmakokinetik ve farmakodinamik profilleri, yöntemin invaziv ve güvenilirliğini, söz konusu paradigma uygun sağlarken sağlam ve esnek uygulama için izin gereklidir. Çünkü bu farklı ihtiyaçların çoğu araştırma grupları kendi benzersiz ilaç uygulama yöntemleri geliştirmişlerdir. Şimdiye kadar, bu arı araştırma topluluğunun bir güç olmuştur; farklı durumlarda aynı ilacın uygulanması için izin yöntem dizilerinin geliştirilmesine yol açmıştır. Burada amacımız arıların farmakolojik manipülasyonlar için tek standart bir yöntem geliştirmek için değil, yöntemleri vurgulamak için olmadığınıözellikle başarılı olduğu kanıtlanmış ve yardım araştırmacılar bu benimsemek var. Biz temel nasıl çalıştıklarını ilkelerini yanı sıra kendi avantajları ve dezavantajları tartışılmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
yukarıda özetlenen yöntemler serbest uçan veya harnessed bal arılarının birinin basit, etkili ve sağlam bir tedavi sağlar. Bu yöntemler birçok deneysel paradigmalar ve biyolojik sorularınızı (Tablo 1) ile uyumludur. serbest uçan yöntemlerin hepsi kolay koşulmuş arılar için uygulanabilir. Geçici kısıtlama ve invaziv tedavi yöntemleri genellikle arıların uçan yeteneğini tehlikeye beri Ancak, bunun tersi daha az başarılı olur.
yöntemler beyin mer…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This project was funded by ARC grant DP0986021 and NHMRC grant 585442. ABB is supported by an ARC Future Fellowship (FT140100452). JAP is supported by an iMQRES scholarship awarded by Macquarie University and by a DAAD-Doktorandenstipendium awarded by the German Academic Exchange Service. JMD is supported by CNRS and University Paul Sabatier.
Materials
| Sucrose | Sigma-Aldrich | S8501 | Any supplier will do |
| Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| Potassium Chloride | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| Magnesium Chloride hexahydrate | Sigma-Aldrich | M2670 | |
| Calcium Chloride dihydrate | Sigma-Aldrich | C8106 | |
| Dextrose monohydrate | Sigma-Aldrich | 49159 | |
| Phosphate Buffer Saline (PBS) | Sigma-Aldrich | P4417 | |
| Protection Wax | Dentaurum | 124-305-00 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| dimethylformamide | Sigma-Aldrich | D4551 | |
| 95% Ethanol | Sigma-Aldrich | 493511 | |
| Glass capillary | WPI | 1B100F-3 | |
| 23 G NanoFil needle | WPI | NF33BV-2 | |
| Very fine forsceps | Dumont | 0208-55-PO | |
| Electrode puller | SRI | 2001 | |
| FemtoJet Microinjector | Eppendorf | 5247 000.01 | |
| Eicosane | Sigma-Aldrich | 219274 | |
| manual micromanipulator | Brinkmann Instrumentenbau | MM-33 | |
| electronic micromanipulator | Luigs & Neumann Feinmechanik + Elektortechnik | Junior unit XYZ | |
| stereomicroscope | Leica | M80 | |
| soldering iron | Weller | WESD51 | |
| Dextran, Alexa Fluor 546, 10000 MW | ThermoFisher Scientific | D-22911 | |
| Dextran, Alexa Fluor 568, 10000 MW | ThermoFisher Scientific | D-22912 | |
| small Petri dish | Sigma-Aldrich | P5481 | |
| mineral oil | Sigma-Aldrich | M5904 | |
| 50 mL Centrifuge tube | ThermoFisher Scientific | 339652 | |
| forceps | Australian Entomological Supplies | ||
| Blade holder and breaker | Australian Entomological Supplies | E130 | |
| Feather double edged razor blade | ThermoFisher Scientific | 50-949-135 | |
| Nichrome wire | Any supplier will do | ||
| Electrical wires | Any supplier will do | ||
| Model paint | Tamiya USA | Depends on colour | |
| Repeating dispenser | Hamilton company | PB-600-1 | |
| Glass syringe | WPI | NANOFIL | |
| flourescence viewing system | Nightsea | SFR-GR | |
| graticule | ProSciTech | S8014-24 | |
| microcapillary with holder | Drummond | 1-000-0010 | |
| Liquid silicone | Any supplier will do | ||
| Thermocouple | Digitech | QM-1324 | |
| Micropipette | Eppendorf |
References
- Frisch, K. .. . v. o. n. . B. e. e. s. . Their Vision, Chemical Senses, and Language. , (1971).
- Giurfa, M. The amazing mini-brain: lessons from a honey bee. Bee World. 84 (1), 5-18 (2003).
- Giurfa, M. Behavioral and neural analysis of associative learning in the honeybee: a taste from the magic well. J. Comp. Physiol. 193 (8), 801-824 (2007).
- Perry, C. J., Barron, A. B. Honey bees selectively avoid difficult choices. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (47), 19155-19159 (2013).
- Giurfa, M., Sandoz, J. -. C. Invertebrate learning and memory: Fifty years of olfactory conditioning of the proboscis extension response in honeybees. Learn. Mem. 19 (2), 54-66 (2012).
- Srinivasan, M. V. Honey bees as a model for vision, perception, and cognition. Annu. Rev. Entomol. 55, 267-284 (2010).
- Søvik, E., Cornish, J. L., Barron, A. B. Cocaine tolerance in honey bees. PLoS One. 8 (5), e64920 (2013).
- Søvik, E., Barron, A. B. Invertebrate models in addiction research. Brain. Behav. Evol. 82 (3), 153-165 (2013).
- Søvik, E. . Reward processing and responses to drugs of abuse in the honey bee, Apis mellifera. , (2013).
- Søvik, E., Even, N., Radford, C. W., Barron, A. B. Cocaine affects foraging behaviour and biogenic amine modulated behavioural reflexes in honey bees. Peer J. 2, e662 (2014).
- Abramson, C. I., Stone, S. M., et al. The development of an ethanol model using social insects I: behavior studies of the honey bee (Apis mellifera L.). Alcohol. Clin. Exp. Res. 24, 1153-1166 (2000).
- Sauer, S., Kinkelin, M., Herrmann, E., Kaiser, W. The dynamics of sleep-like behaviour in honey bees. J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sensory, Neural, Behav. Physiol. 189 (8), 599-607 (2003).
- Münch, D., Kreibich, C. D., Amdam, G. V. Aging and its modulation in a long-lived worker caste of the honey bee. J. Exp. Biol. 216 (Pt 9), 1638-1649 (2013).
- Cheeseman, J. F., Winnebeck, E. C., et al. General anesthesia alters time perception by phase shifting the circadian clock. Proc. Natl. Acad. Sci. , (2012).
- Schulte, C., Theilenberg, E., Müller-Borg, M., Gempe, T., Beye, M. Highly efficient integration and expression of piggyBac-derived cassettes in the honeybee (Apis mellifera). Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 111 (24), 9003-9008 (2014).
- Felsenberg, J., Gehring, K. B., Antemann, V., Eisenhardt, D. Behavioural pharmacology in classical conditioning of the proboscis extension response in honeybees (Apis mellifera). J. Vis. Exp. (47), e2282 (2011).
- Burger, H., Ayasse, M., Dötterl, S., Kreissl, S., Galizia, C. G. Perception of floral volatiles involved in host-plant finding behaviour: Comparison of a bee specialist and generalist. J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sensory, Neural, Behav. Physiol. 199 (9), 751-761 (2013).
- Pan, K. C., Goodman, L. J. Ocellar projections within the central nervous system of the worker honey bee, Apis mellifera. Cell Tissue Res. 176 (4), 505-527 (1977).
- Ito, K., Shinomiya, K., et al. A systematic nomenclature for the insect brain. Neuron. 81, 755-765 (2014).
- Bitterman, M. E., Menzel, R., Fietz, A., Schäfer, S. Classical conditioning of proboscis extension in honeybees (Apis mellifera). J. Comp. Psychol. 97 (2), 107-119 (1983).
- Barron, A. B., Robinson, G. E. Selective modulation of task performance by octopamine in honey bee (Apis mellifera) division of labour. J. Comp. Physiol. A Neuroethol. Sens. Neural. Behav. Physiol. 191 (7), 659-668 (2005).
- Schulz, D. J., Sullivan, J. P., Robinson, G. E. Juvenile Hormone and Octopamine in the Regulation of Division of Labor in Honey Bee Colonies. Horm. Behav. 42 (2), 222-231 (2002).
- Schulz, D. J., Elekonich, M. M., Robinson, G. E. Biogenic amines in the antennal lobes and the initiation and maintenance of foraging behavior in honey bees. J. Neurobiol. 54 (2), 406-416 (2003).
- Barron, A. B., Vander Meer, R. K., Maleszka, J., Robinson, G. E., Maleszka, R. Comparing injection, feeding and topical application methods for treatment of honeybees with octopamine. J. Insect Physiol. 53 (2), 187-194 (2007).
- McClung, C., Hirsh, J. Stereotypic behavioral responses to free-base cocaine and the development of behavioral sensitization in Drosophila. Curr. Biol. 8 (2), 109-112 (1998).
- Martin, B. R., Lue, L. P., Boni, J. P. Pyrolysis and volatilization of cocaine. J. Anal. Toxicol. 13 (3), 158-162 (1989).
- Lefer, D., Perisse, E., Hourcade, B., Sandoz, J. -. C., Devaud, J. -. M. Two waves of transcription are required for long-term memory in the honeybee. Learn. Mem. 20 (1), 29-33 (2012).
- Urlacher, E., Soustelle, L., et al. Honey Bee Allatostatins Target Galanin/Somatostatin-Like Receptors and Modulate Learning: A Conserved Function?. PLoS One. 11 (1), e0146248 (2016).
- Stollhoff, N., Menzel, R., Eisenhardt, D. Spontaneous recovery from extinction depends on the reconsolidation of the acquisition memory in an appetitive learning paradigm in the honeybee (Apis mellifera). J. Neurosci. 25 (18), 4485-4492 (2005).
- Barron, A. B., Maleszka, R., Helliwell, P. G., Robinson, G. E. Effects of cocaine on honey bee dance behaviour. J. Exp. Biol. 212 (2), 163-168 (2009).
- Devaud, J. -. M., Papouin, T., Carcaud, J., Sandoz, J. -. C., Grünewald, B., Giurfa, M. Neural substrate for higher-order learning in an insect: Mushroom bodies are necessary for configural discriminations. Proc. Natl. Acad. Sci. , 1-9 (2015).
- Vergoz, V., Roussel, E., Sandoz, J. -. C., Giurfa, M. Aversive learning in honeybees revealed by the olfactory conditioning of the sting extension reflex. PLoS One. 2 (3), e288 (2007).
- Henry, M., Béguin, M., et al. A common pesticide decreases foraging success and survival in honey bees. Science. 336 (6079), 348-350 (2012).
- Søvik, E., Perry, C. J., LaMora, A., Barron, A. B., Ben-Shahar, Y. Negative impact of manganese on honeybee foraging. Biol. Lett. 11 (3), 20140989 (2015).
- Farooqui, T., Vaessin, H., Smith, B. H. Octopamine receptors in the honeybee (Apis mellifera) brain and their disruption by RNA-mediated interference. J. Insect Physiol. 50 (8), 701-713 (2004).
- Guo, X., Su, S., et al. Recipe for a Busy Bee: MicroRNAs in Honey Bee Caste Determination. PLoS One. 8 (12), e81661 (2013).
- Cristino, A. S., Barchuk, A. R., et al. Neuroligin-associated microRNA-932 targets actin and regulates memory in the honeybee. Nat. Commun. 5, 5529 (2014).
- Vargaftig, B. B., Coignet, J. L., de Vos, C. J., Grijsen, H., Bonta, I. L. Mianserin hydrochloride: Peripheral and central effects in relation to antagonism against 5-hydroxytryptamine and tryptamine. Eur. J. Pharmacol. 16 (3), 336-346 (1971).
- Beggs, K. T., Tyndall, J. D. A., Mercer, A. R. Honey bee dopamine and octopamine receptors linked to intracellular calcium signaling have a close phylogenetic and pharmacological relationship. PLoS One. 6 (11), (2011).
- Matsumoto, Y., Menzel, R., Sandoz, J. -. C., Giurfa, M. Revisiting olfactory classical conditioning of the proboscis extension response in honey bees: a step toward standardized procedures. J. Neurosci. Methods. 211 (1), 159-167 (2012).
