Mikroskopiske organismer som den fritsvømmende nematode<em> C. elegans</em>, Leve og opføre sig i en kompleks tre-dimensionelle miljø. Vi rapporterer om en ny strategi, som giver en analyse af<em> C. elegans</em> Hjælp diffraktionsmønstre. Denne fremgangsmåde består i at spore den tidsmæssige periodicitet diffraktionsmønstre genereret ved at lede laserlys gennem en kuvette.
Jordbunden og vandområder, mikroskopiske organismer lever og opfører sig i en kompleks tre-dimensionelle miljø. De fleste undersøgelser af mikroskopisk organisme adfærd, derimod, er blevet udført med mikroskop tilgange, som begrænser bevægelse og adfærd til en smal, næsten todimensional fokal felt. 1 Vi præsenterer en ny analytisk tilgang, der giver real-time analyse af frit svømning C. elegans i en kuvette uden afhængighed af mikroskop-baseret udstyr. Denne fremgangsmåde består i at spore den tidsmæssige periodicitet diffraktionsmønstre genereret ved at lede laserlys gennem kuvetten. Vi måler oscillationsfrekvenser for frit svømning nematoder.
Analyse af de fjernfelts diffraktionsmønstre afslører fingerpeg om bølgeformerne af nematoder. Diffraktion er processen med lys bøjning omkring en genstand. I dette tilfælde lys er diffrakteres af organismerne. De lysbølger blande sig og kan danne annonceiffraction mønster. En langt-feltet, eller Fraunhofer, diffraktionsmønster dannes, hvis skærm-til-objekt afstanden er meget større end den diffrakterende objekt. I dette tilfælde kan diffraktionsmønstret beregnes (modellerede) under anvendelse af en Fourier transformation. 2
C. elegans er fritlevende jordboende nematoder, der navigerer i tre dimensioner. De bevæger sig begge på en fast matrix som jord eller agar i en sinusformet motorisk mønster kaldet kravle og i væske i et andet mønster kaldet svømning. 3 Rollerne spilles af sensoriske oplysninger fra mechanosensory, chemosensory, og thermosensory celler, der regulerer plastik ændringer i bevægelsesadfærd mønstre og afbrydere i mønstre er kun lige begyndt at blive belyst. 4 Vi beskriver en optisk metode til måling af nematode bevægelse i tre dimensioner, som ikke kræver et mikroskop, og vil gøre os i stand til at begynde at udforske de komplekse nematode bevægelse under forskellige cold.
Vi har udviklet en ny metode til real-time måling af bevægelse og enkle bevægelsesmæssigt adfærd i mikroskopiske organismer som nematoder, der ikke kræver anvendelse af mikroskoper. 8 Denne metodiske fremgangsmåde kan også anvendes til at studere en lang række mikroskopiske organismer som protister. Denne fremgangsmåde er kun begrænset af bølgelængden af anvendte lys. Organismen bør ikke være mindre end bølgelængden af lyset. Ud over den omkostningsbesparelser og overføre det nødvendige udstyr, er en vigtig fordel ved denne fremgangsmåde mulighed for at måle adfærd i realtid og i tre dimensioner, uden at de smalle begrænsninger af billedplaner under et mikroskop. Det er også muligt med denne teknik til at undersøge påvirkninger af tyngdekraften eller talrige andre betingelser for adfærd, der ikke kan studeres ved hjælp af mikroskop tilgange. 9 Således kan vi opnå en bedre forståelse af mikroorganisme naturlige bevægelsesmæssigt Behaviors befriet for rammerne af objektglas dråber eller specialiserede mikrofluidenheder kamre (Park et al, 2008). 10
Manglen på faseinformation i et diffraktionsmønster ikke tillader direkte udtagning af billedet der svarer til den diffrakterende objektet siden fjernfelts diffraktionsmønster er proportional med kvadratet på den absolutte værdi af Fouriertransformationen. Vi har derfor beregning diffraktionsmønstre fra orm billeder, således at de kan blive matchet med diffraktionsmønstrene af frit svømmende nematoder (figur 6).
Denne metode har givet resultater for virkelig frit svømning C. elegans og kan anvendes på enhver mikroskopiske arter, manøvrer i en optisk transparent miljø som vand eller mange forskellige ioniske opløsninger. Konventionelle mikroskoper tillader kun undersøgelser med en fokal dybde af størrelsesordenen mikrometer. 11 Dette skyldes den begrænsededybdeskarphed, når der fokuseres lys:
hvor f-N har en gensidig forhold til strølyscirkel (c) således at en kort brændvidde er forbundet med et stort c. 12,13 Mens denne diffraktion metode er bestemt ikke en erstatning for konventionel mikroskopi, det er i stand at levere kvantitative resultater hurtigt, så arter også kan manipuleres i realtid til en lav pris. Diffraktionsmønstrene kan opnås med enhver laser pointer. Diffraktionsmønstrene kan optages ved en reduceret tidsmæssig opløsning under anvendelse af en almindelig digitalkamera. Mens brugeren ikke kan have et mikroskop eller fotodiode let tilgængelige, kan centrale dele af dette forsøg, såsom måling Prygl frekvenser og evaluering af diffraktionsmønstrene være afsluttet ved ekstremt lave omkostninger.
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Tzlil Rozenblat, Alexandra Bello og Karl Spühler for teknisk assistance. Dette arbejde blev støttet af Vassar College Undergraduate Research Summer Institute (ursi), Lucy Maynard Salmon Research Fund og NASA prisen # NX09AU90A, National Science Foundation Center for Forskning Excellence in Science and Technology (NSF-CREST) tildeling # 0.630.388 og NSF Prisen # 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/ |