線虫の線虫におけるバクテリアトランジットのin vivoマイクロ流体研究

An in vivo microfluidic study of bacterial transit in C. elegans nematodes.

• Vittorio Viri
• Matteo Cornaglia
• Huseyin Baris Atakan
• Thomas Lehnert
• Martin A M Gijs

抄録

線虫（Caenorhabditis elegans）は、栄養や老化の研究に使用するための重要なモデル生物を構成しています。本研究では、線虫の腸内を通過する大腸菌の動態を研究するための新しい方法を報告する。マイクロ流体チップは、それによって数日間にわたって1匹のワームの解像度で定期的な高解像度のタイムラプスイメージングを可能にし、オンチップ培養と固定化を交互にC.elegansのために設計されました。固定化は、アッセイの並列化に適したテーパーチャネルのアレイを使用して可逆的な方法で達成された。線虫専用の摂食プロトコルを適用した。2つの大腸菌株、HT115とOP50は、それぞれ緑色蛍光タンパク質（GFP）と赤色蛍光タンパク質（RFP）で標識された、食物源として使用され、細菌のトランジットプロセスの関連パラメータを測定するために蛍光顕微鏡技術で画像化されました。摂食行動とミミズの腸管全体における大腸菌の通過動態を成虫期の最初の3日間にわたって自動化された方法で特徴づけ、高速通過現象と微生物蓄積の変動の両方を明らかにした。特に、野生型と eat-2 (ad465) 変異型の C. elegans 菌株を用いて、捕食と自由遊泳の両方の条件で細菌の食物通過の周期性を調べました。さらに、我々のマイクロ流体プラットフォームの汎用性を実証するために、神経伝達物質セロトニンへの曝露に対するミミズの腸の反応を測定することにより、薬剤誘発性のバクテリアトランジットの改変を研究しました。

Caenorhabditis elegans (C. elegans) constitutes an important model organism for use in nutrition and aging studies. We report a novel method for studying the dynamics of Escherichia coli (E. coli) bacterial transit through the worms' intestine. A microfluidic chip was designed for alternating C. elegans on-chip culture and immobilization, thereby enabling periodic high-resolution time-lapse imaging at single-worm resolution over several days. Immobilization was achieved in a reversible way using arrays of tapered channels suitable for assay parallelization. Dedicated C. elegans feeding protocols were applied. Two E. coli bacterial strains, HT115 and OP50, respectively labeled with green fluorescent protein (GFP) and red fluorescent protein (RFP), were used as food source and imaged with fluorescence microscopy techniques to measure relevant parameters of the bacterial transit process. Feeding behavior and E. coli transit dynamics in the whole intestinal tract of the worms were characterized in an automated way over the first 3 days of adulthood, revealing both fast transit phenomena and variations in microbial accumulation. In particular, we studied the bacterial food transit periodicity in wild-type and eat-2 (ad465) mutant C. elegans strains in both trapped and free-swimming conditions. In order to further demonstrate the versatility of our microfluidic platform, we also studied drug-induced modifications of the bacterial transit by measuring the response of the worms' intestine to exposure to the neurotransmitter serotonin.