Summary

Neurofarmakologisk Manipulation af Afdæmpet og fritflyvende honningbier<em> Apis mellifera</em

Published: November 26, 2016
doi:

Summary

Dette håndskrift beskriver flere protokoller til administration farmakologiske agenter til honningbier, herunder simple noninvasive metoder til fritflyvende bier, samt mere invasive varianter, der tillader præcis lokaliseret behandling af fastholdte bier.

Abstract

Honningbier demonstrere forbløffende indlæringsevne og avanceret social adfærd og kommunikation. Desuden deres hjerne er lille, let at visualisere og studere. Derfor har bier længe været et yndet model blandt neurobiologer og neuroethologists til at studere det neurale grundlag for social og naturlige adfærd. Det er imidlertid vigtigt, at de eksperimentelle teknikker, der anvendes til at studere bier ikke forstyrrer den adfærd, der undersøges. På grund af dette, har det været nødvendigt at udvikle en række teknikker til farmakologisk manipulation af honningbier. I dette papir demonstrerer vi fremgangsmåder til behandling tilbage eller fritflyvende honningbier med en lang række farmakologiske midler. Disse omfatter både ikke-invasive fremgangsmåder, såsom orale og topiske behandlinger, såvel som mere invasive metoder, der giver mulighed for præcis lægemiddelafgivelse i enten systemisk eller lokaliseret måde. Endelig vil vi diskutere fordele og ulemper ved hver metode og beskrivefælles forhindringer og hvordan man bedst overvinde dem. Vi konkluderer med en diskussion om betydningen af ​​at tilpasse den eksperimentelle metode til de biologiske spørgsmål snarere end den anden vej rundt.

Introduction

Da Karl von Frisch belyst deres dans sprog 1, har honningbier forblevet en populær undersøgelse art for forskere i dyrs adfærd og neurobiologi. I de senere år et utal af nye discipliner er opstået i skæringspunktet mellem disse to områder, og flere andre discipliner (f.eks, molekylær biologi, genomforskning og datalogi) er opstået sammen med dem. Dette har ført til en hurtig udvikling af nye teorier og modeller til at forstå, hvordan adfærd skyldes aktivitet inden nervesystem. På grund af den unikke livsstil, rige adfærdsmæssige repertoire, og let eksperimenterende og farmakologisk manipulation, har bierne været på forkant med denne revolution.

Honningbier bliver brugt til at studere grundlæggende neurobiologiske spørgsmål som dem, der ligger til grund for indlæring og hukommelse 2,3, beslutningstagning 4, olfaktoriske 5 eller visuel bearbejdning 6. I de seneste år har honey bi er endda blevet brugt som model til at studere emner generelt forbeholdt medicinsk forskning, såsom virkningerne af vanedannende stoffer 7 11, sove 12, ældning 13, eller de mekanismer, der ligger til grund anæstesi 14.

I modsætning til de klassiske genetiske modelorganismer (f.eks D. melanogaster, C. elegans, M. musculus), der er meget få genetiske værktøjer til rådighed for at manipulere neurale funktioner i honningbier, selv om dette er i øjeblikket ændrer 15. I stedet har honningbi undersøgelser primært påberåbt farmakologiske manipulationer. Det har været meget vellykket; imidlertid, mangfoldigheden af ​​bi forskning er således, at der er brug for en række fremgangsmåder til farmakologisk administration. Forskning med honningbier adresser meget forskellige spørgsmål, er undersøgt af forskere fra forskellige discipliner og baggrunde, og bruger en række eksperimentelle tilgange. Mange research spørgsmål kræver bier til enten være fri-flyvende, frit interagere i deres koloni, eller begge dele. Dette kan gøre det svært at holde styr på de enkelte forsøgsdyr, og gør tilbageholdenhed eller kanylering umuligt.

For at imødekomme de mange forskellige honningbi forskning, er der behov for en bred vifte af narkotika leveringsmetoder, der giver mulighed for robust og fleksibel administration og samtidig sikre, at den farmakokinetiske og farmakodynamiske profiler, invasionsevne af metoden, og dens pålidelighed, passer det paradigme pågældende. På grund af disse forskellige behov, har de fleste forskergrupper udviklet deres egne unikke Drug Administration metoder. Hidtil har dette været en styrke bi forskerkredse; det har ført til udviklingen af ​​arrays af fremgangsmåder, der muliggør administration af samme lægemiddel i forskellige omstændigheder. Vores mål her er ikke at udvikle en enkelt standardiseret metode til farmakologiske manipulationer af bier, men snarere at fremhæve metoder,har vist sig at være særdeles vellykket, og hjælpe forskere vedtage disse. Vi diskuterer de grundlæggende principper for, hvordan de arbejder, samt deres fordele og ulemper.

Protocol

1. Drug Administration for spændte Bier Oral behandling Forbered 1,5 M saccharoseopløsning ved blanding 257 g sucrose med 500 ml vand (det er lettere at opløse denne mængde sucrose i kogende vand). saccharoseopløsning ved 4 ° C indtil brug opbevares. BEMÆRK: Saccharose løsning giver en meget gæstfri miljø for visse mikroorganismer, og dermed let bliver forurenet og ubehagelig for bier. Bulk saccharoseopløsning kan alikvoteret og opbevaret ved -20 ° C indtil anvende…

Representative Results

Et udvalg af repræsentative resultater for de ovenfor beskrevne metoder er vist, primært for at vise, at de metoder, tillader farmakologiske agenter til at nå hjernen og påvirke honningbi adfærd. Specifikke virkninger på hjernens processer kan let opnås efter thorax injektion. Fordi farmakologiske midler injiceres gennem brystkassen kan virke på flere mål i kr…

Discussion

Metoderne er skitseret ovenfor tillader enkel, effektiv og robust behandling af enten frit flyvende eller styrkes med honningbier. Disse metoder er kompatible med mange eksperimentelle paradigmer og biologiske spørgsmål (tabel 1). Alle de fritflyvende metoder kan nemt anvendes på styrkes med bier. Det omvendte er mindre vellykket, men da midlertidig tilbageholdenhed og invasive behandlingsmetoder ofte kan kompromittere biernes flyvende evne.

Metoderne er blevet præsenter…

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