Track-A-Worm 2.0: Uma Nova Ferramenta para Pesquisa com C. elegans

C. Elegans é um minhocão bem pequeno que costuma ser usado em pesquisas pra entender como genes e circuitos cerebrais influenciam o comportamento. Ele tem só 959 células, mas consegue mostrar uma variedade de comportamentos, como se mover, perceber temperatura, reagir ao toque, sentir cheiro, interagir socialmente, aprender, dormir e até acasalar. Essa minhoca tem algumas características celulares parecidas com organismos mais complexos, tipo a habilidade de enviar sinais elétricos em células musculares e certas células do cérebro. C. elegans tem um sistema nervoso simples com apenas 302 neurônios e um genoma que contém mais de 19.000 genes, quase a mesma quantidade que os humanos têm. Curiosamente, mais de 80% dos genes do C. elegans têm equivalentes nos humanos, o que a torna um baita modelo pra estudar genes que são importantes entre diferentes espécies.

Todos os comportamentos do C. elegans estão ligados ao seu movimento. Por causa disso, se houver mutações em vários genes, a forma como a minhoca se move pode mudar. Essas mudanças podem aparecer como diferenças na velocidade, na direção que prefere ir e em como dobra o corpo. Por isso, estudar como C. elegans se move é uma maneira eficiente de entender a função dos genes no sistema nervoso e nas células. No entanto, algumas dessas mutações são difíceis de ver a olho nu, então os pesquisadores precisam de máquinas pra ajudar a rastrear as minhocas. Essa necessidade de assistência de máquinas levou à criação de Sistemas Automatizados que rastreiam os movimentos dessas minhocas.

#Tipos de Sistemas de Rastreamento de Minhocas

Existem duas principais categorias de rastreadores automatizados de minhocas: rastreadores de múltiplas minhocas e rastreadores de uma única minhoca. Rastreadores de múltiplas minhocas são ótimos pra estudar várias minhocas ao mesmo tempo, o que é útil pra testar os efeitos de diferentes substâncias. Por outro lado, rastreadores de uma única minhoca são melhores pra observar uma minhoca de perto e coletar dados detalhados de movimento. Isso porque os rastreadores de uma única minhoca conseguem dar zoom e acompanhar a mesma minhoca por mais tempo.

A maioria dos sistemas de rastreamento de minhocas que você encontra em laboratórios de pesquisa foi criada pra uso naquele laboratório específico, o que pode limitar suas funcionalidades. Mas, existem alguns sistemas públicos disponíveis. O WormLab é um rastreador comercial de múltiplas minhocas bem conhecido. Outra opção popular é o Tierpsy Tracker, que é de código aberto. Embora esses sistemas tenham recursos fortes, eles também têm algumas desvantagens. Por exemplo, os usuários podem ter dificuldade em acompanhar a mesma minhoca de forma consistente porque nem sempre vêm com um suporte motorizado. Eles também podem não distinguir facilmente os diferentes lados do corpo da minhoca. Além disso, o Tierpsy Tracker exige que os usuários rodem o software em um ambiente específico, o que pode ser complicado pra muita gente.

Havia também um rastreador de uma única minhoca chamado Worm Tracker 2.0, que era usado pra criar um banco de dados de vários mutantes do C. elegans. Infelizmente, esse rastreador não está mais disponível pra download.

#Rastreando o Sono em C. elegans

C. elegans passa por períodos de descanso entre suas fases de crescimento, que são parecidos com o sono visto em outros animais. Os pesquisadores geralmente rastreiam esses estados de sono confinando as minhocas em dispositivos pequenos. Mas esse confinamento pode afetar o comportamento das minhocas, então um sistema que consiga rastrear elas enquanto se movem livremente seria muito valioso pra estudar a atividade parecida com o sono delas.

#Potenciais de Ação e Como Rastreá-los

As células musculares do C. elegans e algumas de suas células cerebrais conseguem enviar sinais elétricos chamados potenciais de ação (APs). Esses sinais normalmente acontecem quando o cálcio entra nas células. Diferente de animais mais complexos, a fase de subida dos APs no C. elegans não tem um pico visível, o que torna difícil determinar quando o AP começa. Os pesquisadores muitas vezes precisam olhar cada AP manualmente pra encontrar o limite ou usar um número fixo pra todos os APs, o que gera inconsistências. Como é crucial saber quando o AP começa pra medir seu tamanho e duração com precisão, ter um software melhor pra descobrir isso de forma objetiva é importante.

#Apresentando o Track-A-Worm 2.0

O Track-A-Worm é uma nova ferramenta de software projetada pra ajudar pesquisadores a rastrear e analisar os movimentos, sono e atividade elétrica do C. elegans. Essa versão atualizada melhora várias questões encontradas em sistemas anteriores. Ela inclui três ferramentas principais: WormTracker, SleepTracker e Action Potential Analyzer.

#WormTracker

O WormTracker aborda várias limitações da versão anterior. Agora, ele tem interfaces melhores e novos recursos. Por exemplo, ele pode medir o comprimento do corpo da minhoca e identificar os diferentes lados dela. Além disso, ele pode rastrear minhocas em superfícies de bactérias, que é crucial pra estudar o comportamento natural delas. Tutoriais em vídeo são fornecidos pra ajudar os usuários a entenderem como usar a ferramenta de forma eficaz.

#SleepTracker

O SleepTracker é desenhado pra observar e analisar quando C. elegans entra em estados parecidos com o sono enquanto se move livremente. Ele consegue medir quanto tempo as minhocas ficam inativas e com que frequência estão ativas durante esses períodos de descanso. Essa ferramenta é especialmente útil porque permite que os pesquisadores coletem dados sem confinar as minhocas em espaços pequenos, o que pode alterar seu comportamento.

#Action Potential Analyzer

O Action Potential Analyzer ajuda os pesquisadores a medir características importantes relacionadas aos APs em C. elegans. Ele permite que os usuários importem dados e definam limites pra medir vários aspectos dos sinais elétricos, incluindo tamanho, duração e rapidez com que os sinais sobem e descem. Essa ferramenta oferece uma maneira mais eficiente de coletar dados em comparação com métodos tradicionais.

#Requisitos de Hardware para Track-A-Worm 2.0

Pra rodar o sistema Track-A-Worm 2.0, é necessário um hardware específico. Os usuários precisam de um computador que rode Windows 10 ou 11, um bom microscópio estereoscópico, uma base motorizada e uma câmera pra capturar imagens das minhocas. A câmera tem um papel crucial porque coleta imagens que o software processa pra rastrear os movimentos das minhocas ou analisar seus sinais elétricos.

#Como Funciona o WormTracker

1. Rastreamento da Base: A base motorizada mantém a minhoca à vista ao ajustar sua posição com base em onde a minhoca está localizada no campo da câmera. Esse passo garante que as imagens estejam nítidas e não borradas.

2. Diferenciar Lados: O WormTracker pode analisar como uma minhoca se dobra em cada direção. Os usuários devem especificar qual lado é qual ao configurarem suas observações.

3. Processamento de Imagem: O software processa cada imagem capturada pra criar um contorno claro da minhoca, removendo qualquer ruído ou fundo indesejado.

4. Identificação das Partes da Minhoca: O software consegue identificar qual parte da minhoca é a cabeça e qual é a cauda, o que ajuda a analisar os movimentos dela com mais precisão.

5. Gerar Dados de Forma: O software cria um modelo da forma da minhoca com base nas imagens capturadas e consegue rastrear os movimentos ao longo do tempo.

6. Medir Movimento: O WormTracker calcula quão rápido a minhoca está se movendo e a distância que ela percorre em diferentes direções.

7. Rastrear Curvaturas: Os pesquisadores podem quantificar o quanto a minhoca se dobra, o que pode indicar diferentes comportamentos ou respostas a estímulos.

8. Reconstruir Caminhos de Viagem: O software consegue criar um mapa visual de onde a minhoca se moveu durante uma gravação.

9. Análise Comportamental: Os usuários podem analisar o comportamento de sono da minhoca e os níveis de atividade ao observar quão parada ou ativa a minhoca está no vídeo gravado.

#Analisando Potenciais de Ação com o AP Analyzer

O AP Analyzer permite que os pesquisadores meçam detalhes importantes sobre os sinais elétricos enviados pelos neurônios e células musculares no C. elegans. Ele ajuda a determinar os limites do potencial de ação e outras métricas chave.

1. Importar e Preparar Dados: Os usuários podem trazer dados de clamp de corrente gravados do C. elegans e definir parâmetros pra analisar sua atividade elétrica.

2. Medir Métricas Chave: A ferramenta fornece detalhes sobre o potencial de membrana em repouso, limite do potencial de ação, amplitude e quão rápido os sinais sobem e descem.

3. Gerar Resultados Médios: Os usuários podem obter valores médios para vários potenciais de ação, o que ajuda a comparar diferentes condições ou mutações no C. elegans.

4. Exportar Dados: Os resultados podem ser salvos em arquivos do Excel, facilitando pros pesquisadores compartilharem e analisarem suas descobertas com os outros.

#Conclusão

Resumindo, o Track-A-Worm 2.0 é um sistema abrangente que permite aos pesquisadores estudar vários aspectos do comportamento e fisiologia do C. elegans. Ao oferecer ferramentas pra rastrear movimentos, analisar padrões de sono e medir sinais elétricos, esse sistema visa aprimorar as capacidades de pesquisa dentro da comunidade do C. elegans. Sendo uma ferramenta de código aberto, ela incentiva a colaboração e melhorias ao longo do tempo, tornando-se um ativo valioso pra laboratórios que trabalham com esses organismos pequenos, mas complexos.