Нейрофармакологических Манипуляция сдержанным и свободно летающих пчел мед,<em> Apis MELLIFERA</em
Summary
Эта рукопись описывает несколько протоколов для введения фармакологических агентов для медоносных пчел, в том числе простых неинвазивных методов для свободно летающих пчел, а также более инвазивных вариантов, которые позволяют точно локализованную обработку сдержанных пчел.
Abstract
Медоносные пчелы демонстрируют удивительные способности обучения и передовые социального поведения и общения. Кроме того, их мозг мал, легко визуализировать и изучать. Таким образом, пчелы уже давно Одобренный модель среди нейробиологов и neuroethologists для изучения нейронной основы социального и естественного поведения. Важно, однако, что экспериментальные методы, используемые для изучения пчел не мешают поведения изучается. Из-за этого, было необходимо разработать ряд методов фармакологической манипуляции медоносных пчел. В этой статье мы покажем способы лечения сдержанные или свободно летающих пчел меда с широким спектром фармакологических агентов. К ним относятся как неинвазивные методы, такие как устные и актуальные лечения, а также более инвазивных методов, которые позволяют для точной доставки лекарственных средств в любом системном или локализованной моды. И, наконец, мы рассмотрим преимущества и недостатки каждого метода и описатьобщие препятствия и как наилучшим образом преодолеть их. В заключение дискуссии о важности адаптации экспериментального метода к биологическим вопросам, а не наоборот.
Introduction
Так как Карл фон Фриш выяснены их танец язык 1, мед пчелы остаются популярным видом исследования для исследователей в поведении животных и нейробиологии. В последние годы множество новых дисциплин появились на пересечении этих двух полей, а также ряд других дисциплин (например, молекулярной биологии, геномики и информатики) возникли рядом с ними. Это привело к быстрому развитию новых теорий и моделей для понимания того, как результаты поведения от деятельности в пределах нервной системы. Из-за уникального образа жизни, богатый поведенческий репертуар и простота экспериментальной и фармакологической манипуляции, пчелы остаются на переднем крае этой революции.
Медоносные пчелы используются для изучения основных нейробиологических такие вопросы, как те , лежащих в основе обучения и памяти 2,3, принятия решений 4, 5, обонятельной или визуальной обработки 6. В последние годы, хонEY пчелы даже был использован в качестве модели для изучения темы , как правило , отведенные для медицинских исследований, таких как последствия привыкание наркотики 7 – 11, 12 сон, старение 13, или механизмы , лежащие в основе анестезии 14.
В отличие от классических генетической модели организмов (например, дрозофилы, С. Элеганс, М. Musculus), существует очень мало генетических инструментов , доступных для манипулирования нейронные функции в медоносных пчел, хотя это в настоящее время меняется 15. Вместо этого, мед пчелы исследования в основном опирались на фармакологических манипуляций. Это было очень успешным; Тем не менее, разнообразие исследований пчелиного таково, что целый ряд методов для фармакологического управления необходимы. Исследования с медоносных пчел обращается к весьма разнообразные вопросы, изучается исследователями из различных дисциплин и фонов, а также использует различные экспериментальные подходы. Многие ResEарочные вопросы требуют пчел либо свободный полет, свободно взаимодействуя в своей колонии, или обоих. Это может сделать это трудно отслеживать отдельные экспериментальных животных, и делает сдержанность или катетеризацию неосуществимой.
Для размещения разнообразие исследований медоносной пчелы, различные методы доставки лекарственных средств необходимы, что обеспечивает надежную и гибкую администрирования, обеспечивая при этом, что фармакокинетические и фармакодинамические профили, инвазивность метода, и его надежность, подходит парадигму о котором идет речь. Из-за этих разнообразных потребностей, большинство исследовательских групп разработали свои собственные уникальные методы введения лекарственных средств. До сих пор это было сила пчелиного научного сообщества; это привело к разработке массивов методов, позволяющих для введения одного и того же препарата в разных обстоятельствах. Наша цель здесь не разработать единый стандартизованный метод фармакологических манипуляций пчел, а скорее, чтобы подчеркнуть, что методыоказались особенно успешными, и помогает исследователям принять их. Мы обсудим основные принципы того, как они работают, а также их преимущества и недостатки.
Protocol
Representative Results
Discussion
Методы, описанные выше, позволяют простое, эффективное и надежное лечение любого свободного полета или запряженных медоносных пчел. Эти методы совместимы со многими экспериментальными парадигмами и биологических вопросов (таблица 1). Все методы свободно летающих можно легко …
Disclosures
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 |
References
- Frisch, K. .. . v. o. n. . B. e. e. s. . Their Vision, Chemical Senses, and Language. , (1971).
- Giurfa, M. The amazing mini-brain: lessons from a honey bee. Bee World. 84 (1), 5-18 (2003).
- 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).
- Perry, C. J., Barron, A. B. Honey bees selectively avoid difficult choices. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (47), 19155-19159 (2013).
- 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).
- Srinivasan, M. V. Honey bees as a model for vision, perception, and cognition. Annu. Rev. Entomol. 55, 267-284 (2010).
- Søvik, E., Cornish, J. L., Barron, A. B. Cocaine tolerance in honey bees. PLoS One. 8 (5), e64920 (2013).
- Søvik, E., Barron, A. B. Invertebrate models in addiction research. Brain. Behav. Evol. 82 (3), 153-165 (2013).
- Søvik, E. . Reward processing and responses to drugs of abuse in the honey bee, Apis mellifera. , (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Cheeseman, J. F., Winnebeck, E. C., et al. General anesthesia alters time perception by phase shifting the circadian clock. Proc. Natl. Acad. Sci. , (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ito, K., Shinomiya, K., et al. A systematic nomenclature for the insect brain. Neuron. 81, 755-765 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Martin, B. R., Lue, L. P., Boni, J. P. Pyrolysis and volatilization of cocaine. J. Anal. Toxicol. 13 (3), 158-162 (1989).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Henry, M., Béguin, M., et al. A common pesticide decreases foraging success and survival in honey bees. Science. 336 (6079), 348-350 (2012).
- 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).
- 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).
- Guo, X., Su, S., et al. Recipe for a Busy Bee: MicroRNAs in Honey Bee Caste Determination. PLoS One. 8 (12), e81661 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
