Summary

מניפולציה Neuropharmacological של מאופקים חינם-עף דבש דבורים,<em> Apis mellifera</em

Published: November 26, 2016
doi:

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

1. מינהל התרופות עבור דבורים רתם טיפול אוראלי הכן 1.5 M תמיסת סוכרוז על ידי ערבוב 257 גרם של סוכרוז עם 500 מ"ל מים (זה קל יותר לפזר סכום זה של סוכרוז במים רותחים). אח?…

Representative Results

מבחר תוצאות נציגי השיטות שתוארו לעיל נראה לעין, בעיקר על מנת להוכיח כי השיטות לאפשר סוכנים תרופתיים כדי להגיע למוח להשפיע על התנהגות דבורת דבש. השפעות ספציפיות על תהליכים מוחיים ניתן להשיג בקלו?…

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 ?…

Declarações

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

Referências

  1. Frisch, K. .. . v. o. n. . B. e. e. s. . Their Vision, Chemical Senses, and Language. , (1971).
  2. Giurfa, M. The amazing mini-brain: lessons from a honey bee. Bee World. 84 (1), 5-18 (2003).
  3. 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).
  4. Perry, C. J., Barron, A. B. Honey bees selectively avoid difficult choices. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (47), 19155-19159 (2013).
  5. 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).
  6. Srinivasan, M. V. Honey bees as a model for vision, perception, and cognition. Annu. Rev. Entomol. 55, 267-284 (2010).
  7. Søvik, E., Cornish, J. L., Barron, A. B. Cocaine tolerance in honey bees. PLoS One. 8 (5), e64920 (2013).
  8. Søvik, E., Barron, A. B. Invertebrate models in addiction research. Brain. Behav. Evol. 82 (3), 153-165 (2013).
  9. Søvik, E. . Reward processing and responses to drugs of abuse in the honey bee, Apis mellifera. , (2013).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Cheeseman, J. F., Winnebeck, E. C., et al. General anesthesia alters time perception by phase shifting the circadian clock. Proc. Natl. Acad. Sci. , (2012).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Ito, K., Shinomiya, K., et al. A systematic nomenclature for the insect brain. Neuron. 81, 755-765 (2014).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Martin, B. R., Lue, L. P., Boni, J. P. Pyrolysis and volatilization of cocaine. J. Anal. Toxicol. 13 (3), 158-162 (1989).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. Henry, M., Béguin, M., et al. A common pesticide decreases foraging success and survival in honey bees. Science. 336 (6079), 348-350 (2012).
  34. 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).
  35. 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).
  36. Guo, X., Su, S., et al. Recipe for a Busy Bee: MicroRNAs in Honey Bee Caste Determination. PLoS One. 8 (12), e81661 (2013).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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).
check_url/pt/54695?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Søvik, E., Plath, J. A., Devaud, J., Barron, A. B. Neuropharmacological Manipulation of Restrained and Free-flying Honey Bees, Apis mellifera. J. Vis. Exp. (117), e54695, doi:10.3791/54695 (2016).

View Video