Track-A-Worm 2.0: Un Nuovo Strumento per la Ricerca su C. elegans

C. Elegans è un vermetto piccolo che viene spesso usato nella ricerca per studiare come i geni e i circuiti cerebrali influenzano il comportamento. Ha solo 959 cellule, ma può mostrare vari comportamenti come muoversi, percepire la temperatura, rispondere al tatto, odorare, interagire socialmente, imparare, dormire e accoppiarsi. Questo piccolo verme ha alcune caratteristiche cellulari simili a organismi più complessi, come la capacità di inviare segnali elettrici nelle cellule muscolari e in alcune cellule cerebrali. C. elegans ha un sistema nervoso semplice con solo 302 neuroni e un genoma che contiene oltre 19.000 geni, che sono quasi tanti quanti ne hanno gli esseri umani. Interessante, più dell'80% dei geni in C. elegans ha controparti negli esseri umani, rendendolo un ottimo modello per studiare geni importanti in diverse specie.

Tutti i comportamenti di C. elegans sono legati al suo movimento. Perciò, se ci sono mutazioni in vari geni, il modo in cui il verme si muove può cambiare. Questi cambiamenti possono apparire come differenze nella velocità con cui si muove, quale direzione preferisce, e come piega il suo corpo. Di conseguenza, studiare come si muove C. elegans è un modo efficace per capire le funzioni dei geni nel sistema nervoso e nelle cellule. Tuttavia, alcune di queste mutazioni sono difficili da vedere ad occhio nudo, quindi i ricercatori hanno bisogno di macchine per aiutare a tenere traccia dei vermi. Questa necessità di assistenza meccanica ha portato alla creazione di Sistemi Automatizzati che tracciano i movimenti di questi vermi.

#Tipi di Sistemi di Tracciamento dei Vermi

Ci sono due principali tipi di tracker automatizzati per vermi: tracker multi-verme e tracker singolo-verme. I tracker multi-verme sono utili per studiare molti vermi contemporaneamente, il che è utile per testare gli effetti di diverse sostanze. D'altra parte, i tracker singolo-verme sono migliori per osservare un verme da vicino e raccogliere dati di movimento dettagliati. Questo perché i tracker singolo-verme possono ingrandire di più e seguire lo stesso verme per un tempo più lungo.

La maggior parte dei sistemi di tracciamento dei vermi che trovi nei laboratori di ricerca è stata creata per essere usata in quel laboratorio specifico, il che può limitarne le funzionalità. Tuttavia, ci sono alcuni sistemi pubblici disponibili. WormLab è un tracker commerciale multi-verme molto conosciuto. Un’altra opzione popolare è il Tierpsy Tracker, che è open-source. Anche se questi sistemi hanno ottime funzionalità, hanno anche alcuni svantaggi. Ad esempio, gli utenti possono avere difficoltà a tenere traccia dello stesso verme in modo coerente perché non sempre sono dotati di una piattaforma motorizzata. Potrebbero anche avere difficoltà a distinguere facilmente i diversi lati del corpo del verme. Inoltre, il Tierpsy Tracker richiede agli utenti di eseguire il software in un ambiente specifico, il che può essere complicato per molte persone.

C'era anche un tracker singolo-verme chiamato Worm Tracker 2.0 che è stato usato per creare un database per vari mutanti di C. elegans. Sfortunatamente, questo tracker non è più disponibile per il download.

#Tracciamento del Sonno in C. elegans

C. elegans attraversa periodi di riposo tra le sue fasi di crescita, che sono simili al sonno visto in altri animali. I ricercatori di solito tracciano questi stati di sonno confinando i vermi in piccoli dispositivi. Ma questo confinamento può influenzare come si comportano i vermi, quindi un sistema che può tracciarli mentre si muovono liberamente sarebbe molto prezioso per studiare la loro attività simile al sonno.

#Potenziali d'Azione e Come Tracciarli

Le cellule muscolari di C. elegans e alcune delle sue cellule cerebrali possono inviare segnali elettrici chiamati potenziali d'azione (AP). Questi segnali di solito si verificano quando il calcio entra nelle cellule. A differenza degli animali più complessi, la fase ascendente degli AP in C. elegans non ha un aumento evidente, il che rende difficile determinare quando inizia l'AP. I ricercatori spesso devono guardare ogni AP a mano per trovare la soglia o usare un numero fisso per tutti gli AP, il che crea incoerenze. Dato che è fondamentale sapere quando inizia l'AP per misurare accuratamente la sua dimensione e durata, avere un software migliore per capire questo in modo oggettivo è importante.

#Introduzione a Track-A-Worm 2.0

Track-A-Worm è un nuovo strumento software progettato per aiutare i ricercatori a tracciare e analizzare i movimenti, il sonno e l'attività elettrica di C. elegans. Questa versione aggiornata migliora molti problemi riscontrati nei sistemi precedenti. Include tre strumenti principali: WormTracker, SleepTracker e Action Potential Analyzer.

#WormTracker

WormTracker affronta vari limiti della versione precedente. Ora ha interfacce migliori e nuove funzionalità. Ad esempio, può misurare la lunghezza del corpo del verme e identificare i suoi diversi lati. Inoltre, può tracciare vermi su prati di batteri, il che è cruciale per studiare il loro comportamento naturale. Sono forniti tutorial video per aiutare gli utenti a capire come usare lo strumento in modo efficace.

#SleepTracker

SleepTracker è progettato per osservare e analizzare quando C. elegans entra in stati simili al sonno mentre si muove liberamente. Può misurare quanto tempo i vermi sono inattivi e quanto spesso sono attivi durante questi periodi di riposo. Questo strumento è particolarmente utile perché consente ai ricercatori di raccogliere dati senza confinare i vermi in spazi piccoli, il che può alterare il loro comportamento.

#Action Potential Analyzer

L'Action Potential Analyzer aiuta i ricercatori a misurare importanti caratteristiche relative agli AP in C. elegans. Permette agli utenti di importare dati e impostare soglie per misurare vari aspetti dei segnali elettrici, compresi la loro dimensione, durata e la rapidità con cui i segnali aumentano e diminuiscono. Questo strumento offre un modo più efficiente per raccogliere dati rispetto ai metodi tradizionali.

#Requisiti Hardware per Track-A-Worm 2.0

Per eseguire il sistema Track-A-Worm 2.0, è necessario un hardware specifico. Gli utenti necessitano di un computer che esegue Windows 10 o 11, un buon microscopio stereo, una piattaforma motorizzata e una fotocamera per catturare immagini dei vermi. La fotocamera gioca un ruolo cruciale perché raccoglie immagini che il software elabora per tracciare i movimenti dei vermi o analizzare i loro segnali elettrici.

#Come Funziona WormTracker

1. Tracciamento della Piattaforma: La piattaforma motorizzata tiene il verme in vista regolando la sua posizione in base a dove si trova il verme nel campo visivo della fotocamera. Questo passaggio assicura che le immagini siano chiare e non sfocate.

2. Differenziare i Lati: WormTracker può analizzare come un verme si piega in ogni direzione. Gli utenti devono specificare quale lato è quale mentre impostano le loro osservazioni.

3. Elaborazione delle Immagini: Il software elabora ogni immagine catturata per creare un contorno chiaro del verme, rimuovendo qualsiasi rumore o sfondo indesiderato.

4. Identificazione delle Parti del Verme: Il software può dire quale parte del verme è la testa e quale è la coda, il che aiuta ad analizzare i movimenti del verme in modo più accurato.

5. Generare Dati di Forma: Il software crea un modello della forma del verme basato sulle immagini catturate e può tracciare i movimenti nel tempo.

6. Misurare il Movimento: WormTracker calcola quanto velocemente si muove il verme e quanto lontano viaggia in direzioni diverse.

7. Tracciare le Curvatures: I ricercatori possono quantificare quanto si piega il verme, il che può indicare diversi comportamenti o risposte agli stimoli.

8. Ricostruire i Percorsi di Viaggio: Il software può creare una mappa visiva di dove si è mosso il verme durante una registrazione.

9. Analisi Comportamentale: Gli utenti possono analizzare il comportamento del sonno del verme e i livelli di attività guardando quanto è fermo o attivo il verme nel video registrato.

#Analisi dei Potenziali d'Azione con AP Analyzer

AP Analyzer consente ai ricercatori di misurare dettagli importanti sui segnali elettrici inviati dai neuroni e dalle cellule muscolari in C. elegans. Aiuta a determinare le soglie di potenziale d'azione e altre metriche chiave.

1. Importa e Prepara i Dati: Gli utenti possono importare dati di corrente-clamp registrati da C. elegans e impostare parametri per analizzare la loro attività elettrica.

2. Misura Metriche Chiave: Lo strumento fornisce dettagli sul potenziale di membrana a riposo, soglia di potenziale d'azione, ampiezza e la rapidità con cui i segnali aumentano e diminuiscono.

3. Genera Risultati Medi: Gli utenti possono ottenere valori medi per vari potenziali d'azione, il che può aiutare a confrontare diverse condizioni o mutazioni in C. elegans.

4. Esporta Dati: I risultati possono essere salvati in file Excel, rendendo più facile per i ricercatori condividere e analizzare le loro scoperte con altri.

#Conclusione

In sintesi, Track-A-Worm 2.0 è un sistema completo che consente ai ricercatori di studiare vari aspetti del comportamento e della fisiologia di C. elegans. Offrendo strumenti per tracciare il movimento, analizzare i modelli di sonno e misurare i segnali elettrici, questo sistema mira a migliorare le capacità di ricerca all'interno della comunità di C. elegans. Essendo uno strumento open-source, incoraggia la collaborazione e miglioramenti nel tempo, rendendolo un bene prezioso per i laboratori che lavorano con questi organismi piccoli ma complessi.