מניפולציה Neuropharmacological של מאופקים חינם-עף דבש דבורים,<em> Apis mellifera</em
Summary
כתב יד זה מתאר כמה פרוטוקולים לניהול סוכנים תרופתיים כדי דבורי דבש, כולל בשיטות לא פולשניות פשוט לדבורים חינם-עף, כמו גם הגירסות פולשני יותר המאפשרות טיפול מקומי מדויק של דבורים מאופקות.
Abstract
דבורי דבש להפגין יכולת למידה מדהימה והתנהגות חברתית מתקדמת ותקשורת. בנוסף, המוח שלהם הוא קטן, קל לדמיין ללמוד. לכן, דבורים כבר זמן רב מודל מועדף בקרב neurobiologists ו neuroethologists ללימוד הבסיס העצבי של התנהגות חברתית טבעית. חשוב, עם זאת, כי השיטות הניסיוניות בשימוש ללמוד דבורים לא להפריע התנהגויות נלמדות. בגלל זה, זה כבר צורך לפתח מגוון של טכניקות מניפולציה תרופתית של דבורי דבש. במאמר זה אנו מדגימים שיטות לטיפול מאופקים או ללא עף דבורי דבש עם מגוון רחב של סוכנים תרופתיים. אלה כוללים הם בשיטות לא פולשניות כגון טיפולי בעל פה ו אקטואלי, כמו גם שיטות פולשניות יותר המאפשרות משלוח סמים מדויק או אופנה מערכתית או מקומית. לבסוף, אנו דנים את היתרונות והחסרונות של כל שיטה ולתארמשוכות נפוצות וכיצד להתגבר עליהם הכי טוב. נסיים דיון על החשיבות של התאמת שיטת הניסוי לשאלות הביולוגיות ולא להיפך.
Introduction
מאז קרל פון פריש הובהר שפת המחול שלהם 1, דבורי הדבש נותרו מין מחקר פופולרי עבור חוקרים בהתנהגות בעלי חיים ונוירוביולוגיה. בשנים האחרונות מספר עצום של תחומים חדשים צמחו בצומת של שני מישורים אלו, וכמה דיסציפלינות אחרות (למשל, ביולוגיה מולקולארית, גנומיקה, ומדעי מחשב) שהתעוררו לצידם. זה הוביל להתפתחות המהירה של תיאוריות ומודלים חדשים להבנת התנהגות שמקורו בפעילות בתוך מערכת העצבים. בגלל אורח החיים הייחודיים, הרפרטואר ההתנהגותי עשיר, וקלות המניפולציה ניסויית תרופתית, דבורים נותרו בחזית המהפכה הזו.
דבורי דבש נמצאים בשימוש בחקר שאלות הנוירוביולוגי בסיסיות כגון אלה למידה שבבסיס וזיכרון 2,3, קבלת החלטות 4, 5 חוש ריח, או חזותי עיבוד 6. בשנים האחרונות, כבדבורת EY יש גם שמשה כמודל נושאים לומדים שמורים בדרך כלל למחקרים רפואיים, כגון השפעת הסמים ממכרים 7 – 11, השינה 12, הזדקנות 13, או מנגנוני הרדמה 14.
בניגוד עבור אורגניזמים מודל גנטי הקלסיים (למשל, melanogaster ד, C. elegans, musculus מ), יש מעט מאוד כלים גנטיים זמינים עבור מניפולציה בתפקודים עצביים בקרב דבורי דבש, אם כי זה כרגע בשינוי 15. במקום זאת, מחקרי דבורת הדבש הסתמכו בעיקר על מניפולציות תרופתיות. זה היה מוצלח מאוד; עם זאת, המגוון של מחקר דבורה הוא כזה מגוון של שיטות ממשל תרופתי נדרש. מחקר עם דבורי דבש מתמודד עם שאלות מגוונות מאוד, הוא למד על ידי חוקרים מדיסציפלינות שונות ורקעים, ומשתמש במגוון גישות ניסיוניות. rese רבשאלות קשתות דורשות דבורים להיות או-טיסה חינם, אינטראקצית המושבה שלהם בחופשיות, או שניהם. זה יכול להקשות כדי לעקוב אחר בחיות מעבדה הפרט, ועושה איפוק או cannulation ישים.
כדי להכיל את המגוון של מחקר דבש דבורים, במגוון שיטות משלוח הסמים יש צורך, המאפשר ממשל חזק וגמיש תוך הקפדה כי pharmacokinetic ופרופילי pharmacodynamic, הפולשנות של השיטה, והאמינות שלו, להתאים את הפרדיגמה מדובר. בגלל הצרכים המגוונים הללו, רוב קבוצות מחקר פיתחו שיטות והתרופות ייחודי משלהם. עד כה, זה כבר כוח של קהילת מחקר דבורה; זה הוביל להתפתחות של מערכים של שיטות המאפשרות מתן התרופה הזהה בנסיבות שונות. מטרתנו כאן אינה לפתח שיטה סטנדרטית אחת עבור מניפולציות תרופתיות של דבורים, אלא כדי להדגיש שיטותהוכח להיות מוצלח במיוחד, וחוקר עזרה לאמץ אלה. אנו דנים את העקרונות הבסיסיים של איך הם עובדים, כמו גם היתרונות והחסרונות שלהם.
Protocol
Representative Results
Discussion
השיטות שתוארו לעיל מאפשרות טיפול פשוט, יעיל ויציב של כל אחד חופשי-עף או דבורי דבש רתמו. שיטות אלו עולות בקנה האחד עם פרדיגמות ניסוי רבים ושאלות ביולוגיות (טבלה 1). כל השיטות-טיסה חינם ניתן ליישם בקלות לדבורים רתמו. ההפך הוא פחות מוצלח, לעומת זאת, מאז איפוק זמני ?…
Divulgations
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).
