Die Japaner haben einen Weg gefunden, die Nematodenneuronen zu markieren

Vor einigen Wochen haben wir einen Artikel veröffentlicht , der die Arbeit amerikanischer Wissenschaftler beschreibt, die in der Lage waren, ein Drosophila-Gehirn abzubilden. Es hat 12 Jahre und 40 Millionen Dollar gedauert, aber das Ergebnis hat sich gelohnt, denn mit diesem Projekt können Sie besser verstehen, wie das Nervensystem lebender Organismen funktioniert.

Jetzt wurde es über ein interessantes Projekt japanischer Wissenschaftler bekannt, die lernten, Neuronen der Nematoden Caenorhabditis elegans zu markieren. Dies sind Würmer, deren Nervensystem nur aus 302 Neuronen besteht, so dass die Überwachung ihrer Arbeit viel einfacher ist als bei komplexeren lebenden Organismen.

Die Japaner konnten Würmer hervorbringen, deren Nervensystem einen bestimmten Satz von Markern ausdrückt. Darüber hinaus wurde ein Algorithmus entwickelt, der die Arbeit von Wurmneuronen verfolgt und die Aktivität einzelner Zellen in einem halbautomatischen Modus identifiziert. Leider war es selbst bei diesen einfachen lebenden Organismen nicht möglich, alle am Leben des Wurms beteiligten Neuronen zu bestimmen.



Aber die meisten Neuronen konnten sich identifizieren. C. elegans ist eine hervorragende Option, um den Betrieb sowohl einzelner Neuronen als auch des gesamten Netzwerks zu verfolgen. Wissenschaftler haben ein Modell des Nervensystems des Wurms zusammengestellt, das einzelne Neuronen verfolgt.

Interessanterweise kann sich bei erwachsenen Würmern die Position einzelner Neuronen unterscheiden. Bei jungen Menschen ist der Unterschied nicht zu signifikant, aber bei erwachsenen Nematoden ist der Prozess der Identifizierung von Nervenzellen kompliziert. Die Wissenschaftler konnten jedoch die Arbeit des gesamten Nervensystems des Wurms einschließlich des Ruhe- und Bewegungszustands visualisieren.

Um festzustellen, welche Neuronen für was verantwortlich sind, entschieden sich die Wissenschaftler für die Verwendung spezifischer Marker. Sie geben jedoch kein vollständiges Bild, da eine solche Methode nur zur Überwachung des Betriebs einzelner Subsysteme geeignet ist. Es müssen zu viele Zellen verwendet werden, um jede einzelne Zelle zu identifizieren.

Das Projekt wurde von Fuhui Long ins Leben gerufen, der es geschafft hat, einen 3D-Atlas von Nematodenlarven zu erstellen. Sie notierten den Standort von 357 von 558 Wurmzellen sowie mögliche Standortoptionen. Neuronen des Kopfnervenknotens werden jedoch nicht beschrieben. Der Grund ist, dass ihre Dichte den für moderne Überwachungsmethoden zulässigen Indikator überschreitet.

Daher beschlossen die Wissenschaftler, einen neuen Satz von Kennungen zu erstellen. Um aus der Situation herauszukommen, identifizierten die Japaner bestimmte Promotoren mit speziellen fluoreszierenden Markierungen. Ein Promotor ist eine spezifische DNA-Region, die als Start der Transkription verwendet wird. Unterschiedliche Zellen sind durch unterschiedliche Promotoren gekennzeichnet. Falls gewünscht, können Sie fluoreszierende Proteine ​​verwenden, die bei der Expression eines bestimmten Promotors wirken.

Wissenschaftler entschieden sich für diese spezielle Methode, um das Prinzip des Nematodennervensystems zu bewerten. So überwachten Spezialisten die Expression von 35 verschiedenen Promotoren in den Nervenzellen von 311 Würmern. Danach beschlossen die Wissenschaftler, die Positionen derselben Zellen in verschiedenen Würmern zu vergleichen. Zellen, die auf unterschiedliche Weise im Körper des Wurms platziert werden können, wurden isoliert.

Die letzte Phase des Projekts war die Isolierung von drei Promotoren, die für die Arbeit einer großen Anzahl von Zellen verantwortlich sind, und dann die Bindung von Zellen an fluoreszierende Zellen, wodurch die optimale Anzahl von Nervenzellen im Nematoden bestimmt werden konnte.

Darüber hinaus konnten Wissenschaftler einen automatisierten Algorithmus zur Bestimmung der Neuronen einer neuen Linie von C. elegans erstellen. Es vergleicht die Expression isolierter Marker und die Position von Nematodennervenzellen. Bei Bedarf können Sie die Definition von Neuronen manuell anpassen.



Infolgedessen konnten die Spezialisten die Mehrzahl der Neuronen im Oberkörper des Wurms anhand des Expressionsmusters bestimmen. Wie sich herausstellte, ist die Position der Zellen instabil, aber Wissenschaftler haben Zellpaare identifiziert, die sich häufig im Körper des Wurms in der Nähe befinden, sodass Sie Muster der Zellposition identifizieren können.

Als Ergebnis entwickelten die Wissenschaftler einen Algorithmus, der aktive Neuronen korrekt bestimmte. Die Genauigkeit betrug ca. 78%. Es stimmt, einige Zellen blieben unbekannt, sie befinden sich nicht in den Atlanten. Einige Zellen wurden im Allgemeinen nur in den Körpern einer sehr kleinen Anzahl von Nematoden gefunden.



In naher Zukunft werden Wissenschaftler eine viel größere Anzahl von Personen untersuchen. Regelmäßige Experimente werden spezifische Promotoren aufdecken und die Datenbank der Marker für fertige Wurmzellen ergänzen.