Summary

Neurofarmacologische Manipulatie van ingetogen en vrij vliegende Honingbijen,<em> Apis mellifera</em

Published: November 26, 2016
doi:

Summary

Dit manuscript beschrijft meerdere protocollen voor het toedienen van farmacologische middelen aan de bijen, waaronder eenvoudige niet-invasieve methoden voor vrij vliegende bijen, evenals meer invasieve varianten die precies gelokaliseerde behandeling van ingehouden bijen mogelijk.

Abstract

Honingbijen demonstreren verbazingwekkend leervermogen en geavanceerde sociaal gedrag en communicatie. Bovendien is hun hersenen is klein, eenvoudig te visualiseren en te bestuderen. Daarom hebben de bijen al lang een geliefd model onder neurobiologists en neuroethologists voor het bestuderen van de neurale basis van sociaal en natuurlijk gedrag. Het is echter belangrijk dat de experimentele technieken voor bijen studie niet interfereren met het gedrag bestudeerd. Hierdoor was het noodzakelijk om een ​​reeks van technieken voor farmacologische manipulatie van honingbijen ontwikkelen. In dit artikel tonen we aan methoden voor de behandeling van ingehouden of vrij vliegende honingbijen met een brede waaier van farmacologische middelen. Deze omvatten zowel niet-invasieve methoden zoals orale en topische behandelingen, evenals meer invasieve methoden maken het precies geneesmiddelafgifte in zowel systemische of gelokaliseerde wijze. Tot slot bespreken we de voor- en nadelen van elke methode en beschrijfvoorkomende hindernissen en de beste manier om te overwinnen hen. We sluiten af ​​met een discussie over het belang van het aanpassen van de experimentele methode om de biologische vragen in plaats van andersom.

Introduction

Sinds Karl von Frisch toegelicht hun danstaal 1, hebben de bijen een populaire studie soort bleef voor onderzoekers in het gedrag van dieren en neurobiologie. In de afgelopen jaren een groot aantal nieuwe disciplines zijn ontstaan op de kruising van deze twee gebieden, en diverse andere disciplines (zoals moleculaire biologie, genomics, en informatica) hebben samen met hen ontstaan. Dit heeft geleid tot een snelle ontwikkeling van nieuwe modellen is te begrijpen hoe gedrag resulteert uit activiteit in het zenuwstelsel. Vanwege het unieke lifestyle, rijke gedragsrepertoire, en het gemak van de experimentele en farmacologische manipulatie, hebben de bijen in de voorhoede van deze revolutie bleef.

Honingbijen worden gebruikt om fundamentele neurobiologische vragen zoals die ten grondslag liggen aan leren en geheugen 2,3, besluitvorming 4, olfactorische 5 of visuele verwerking 6 bestuderen. In de afgelopen jaren, de honey bee is zelfs gebruikt als een model voor de studie onderwerpen algemeen gereserveerd voor medisch onderzoek, zoals de effecten van verslavende drugs 7-11, slaap 12, 13 veroudering, of de onderliggende mechanismen narcose 14.

In tegenstelling tot de klassieke genetische modelorganismen (bijvoorbeeld D. melanogaster, C. elegans, M. musculus), zijn er maar weinig genetische hulpmiddelen beschikbaar voor het manipuleren neurale functies honingbijen, hoewel dit nog verandert 15. In plaats daarvan hebben honingbij studies vooral vertrouwd op farmacologische manipulaties. Dit is zeer succesvol geweest; De diversiteit van bijenonderzoek zodanig dat verschillende werkwijzen voor farmacologische toediening nodig. Onderzoek met honingbijen behandelt de meest uiteenlopende vragen, wordt bestudeerd door onderzoekers uit verschillende disciplines en achtergronden, en maakt gebruik van een verscheidenheid aan experimentele benaderingen. veel reseboog vragen vereisen bijen ofwel vrij vliegen, vrij interactie in hun kolonie, of beide. Dit kan het moeilijk maken om bij te houden van de afzonderlijke proefdieren te houden, en maakt terughoudendheid of infusen onhaalbaar.

Om de diversiteit van de honingbij onderzoek tegemoet te komen, een verscheidenheid van drug delivery methoden nodig, waardoor robuuste en flexibele administratie met dien verstande dat de farmacokinetische en farmacodynamische profielen, invasiviteit van de methode en de betrouwbaarheid, past het paradigma in kwestie. Vanwege deze uiteenlopende behoeften, hebben de meeste onderzoeksgroepen hun eigen unieke Drug Administration methoden ontwikkeld. Tot nu toe, dit is een sterkte van de bij onderzoeksgemeenschap; het heeft geleid tot de ontwikkeling van reeksen methoden waardoor toediening van hetzelfde geneesmiddel in verschillende omstandigheden. Ons doel is om geen enkele gestandaardiseerde methode voor farmacologische manipulatie van bijen te ontwikkelen, maar om methoden te benadrukken dathebben bewezen bijzonder succesvol te zijn, en helpen onderzoekers nemen deze. We bespreken de basisprincipes van hun werking en hun voordelen en nadelen.

Protocol

1. Drug Administration voor Uitgeruste Bees orale behandeling Bereid 1,5 M sucrose oplossing door het mengen van 257 g sucrose met 500 ml water (het is gemakkelijker om deze hoeveelheid sucrose oplossen in kokend water). Bewaar sucrose-oplossing bij 4 ° C tot gebruik. OPMERKING: Sucrose-oplossing biedt een zeer gastvrije omgeving voor bepaalde micro-organismen, en dus gemakkelijk verontreinigd raakt en onverteerbaar voor bijen. Bulk sucrose oplossing kan worden hoeveelheden v…

Representative Results

Een selectie van representatieve resultaten van de hierboven beschreven werkwijzen zijn getoond, primair te tonen dat de werkwijzen maken farmacologische middelen naar de hersenen bereiken en beïnvloeden honingbij gedrag. Specifieke effecten op hersenen processen kunnen gemakkelijk worden verkregen na injectie thorax. Omdat farmacologische middelen geïnjecteerd door …

Discussion

De hierboven beschreven methoden kunt eenvoudige, effectieve en robuuste behandeling van ofwel free-flying of benut honingbijen. Deze werkwijzen kunnen op tal experimentele paradigma en biologische bevat (Tabel 1). Alle free-flying werkwijzen kunnen eenvoudig worden toegepast op benut bijen. Het omgekeerde is minder succesvol, maar omdat tijdelijke beperking en invasieve behandelmethoden vaak compromis vliegende vermogen bijen.

De methoden zijn gepresenteerd vanuit een brein…

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