显微镜下研究秀丽隐杆线虫(C. Elegans):Evident 与 BioBus 合作开展科学教育
自2008年以来,BioBus一直帮助小学至大学的学生发现、探索和深入学习科学。迄今为止,BioBus已在全球惠及43万名学生,除了在配备Evident显微镜的移动实验室内提供实践科学活动外,还开展课后、周末和暑期项目及实习机会。该项目主要面向因种族、性别、经济状况或物理接触障碍等因素而被排除在科学社区之外的学生,尤其以纽约市和波士顿地区为重点。
作为 Evident 与 BioBus 持续合作的一部分,我们采访了两位 BioBus 青年科学家 Sulaf 和 Josh,了解他们在显微镜下研究 秀丽隐杆线虫(C. elegans) 生殖习性方面的发现,以及 Evident 显微镜在他们研究中发挥的重要作用。
问:可以介绍一下你的项目吗? 秀丽隐杆线虫有什么特别之处?
苏拉夫: 我们的项目以微观线虫(蠕虫)物种——秀丽隐杆线虫(C. elegans)为研究对象,探讨其在暴露于高糖饮食时,生育能力及产卵能力受到的影响。虽然我们重点研究了线虫的生育率,但主要是利用这些数据来观察它们的身体对高糖饮食的反应。秀丽隐杆线虫 与包括人类在内的多种生物拥有许多共同的基因,因此被广泛用于科学研究,也因此被我们作为本次研究对象。
乔希: 通过研究 秀丽隐杆线虫,可以有效进行关于营养和饮食如何影响人体系统的相关研究。我们之所以选择这一研究方向,是因为食物不均和糖摄入过量已成为美国日益严重的问题。研究糖对秀丽隐杆线虫(C. elegans)生育能力的影响非常重要,因为这样我们可以在较短时间内观察高糖摄入对生殖的终生影响。
问:你在显微镜下观察秀丽隐杆线虫时,会看到什么?
乔希: 当你在显微镜下观察 秀丽隐杆线虫 时,你会看到一群非常小、透明的蠕虫,处于生命的不同阶段。
苏拉夫: 说实话,当你近距离看到它们时,我觉得它们很可爱! 它们看起来像短小、瘦长的线虫(不过成虫会稍微胖一些),身体完全透明,有时还带点淡蓝色。当它们移动时,会在周围扭动,看起来十分可爱。
问:为什么 Evident 显微镜在您研究秀丽隐杆线虫的过程中如此重要?
苏拉夫: 在研究像 秀丽隐杆线虫 这样的物种时,优质的立体显微镜绝对至关重要。只有在显微镜下,才能把线虫从一个培养皿转移到另一个,或者观察它们,所以如果偶尔我们无法使用显微镜(或者只能用放大倍数不够的显微镜),我们当天就无法继续实验了。要是没有通过 Biobus 和 Evident 得到的这些工具,我们做实验就会慢很多,也会更困难。
乔希: Evident显微镜让我们能够清楚地观察和计数蠕虫产下的微小卵,这对于测量生育力至关重要。
问:你通常采用哪些技术或方法在显微镜下研究秀丽隐杆线虫?
乔希: 我们在孵化后检查琼脂平板,并在指定区域计数卵,从而在显微镜下观察 秀丽隐杆线虫。为了避免惊扰蠕虫,我们轻柔地操作培养皿,慢慢调整焦距,并确保照明充足。这使我们能够看到糖分水平对生育力的长期影响。
苏拉夫: 在显微镜下研究 秀丽隐杆线虫 时,我们首先需要掌握的主要技巧是识别其不同的发育阶段,以及学会如何发现虫卵。像所有其他生物一样,秀丽隐杆线虫 从幼虫到成虫要经历多个发育阶段,并不是所有阶段都会产卵。由于我们是通过统计培养皿中产下的卵数量来衡量蠕虫的生育能力,以及它们对新饮食的适应情况,如果不小心把尚未产卵的蠕虫也算进实验,就会影响数据的准确性。我们还必须学习如何快速发现虫卵,这比听起来要难得多,因为它们非常小,而且很容易与实验盘上的背景混淆。
问:你觉得学习处理这些小生物时,最难的地方是什么?
苏拉夫(Sulaf): 在我看来,最难掌握的部分是学会挑虫,也就是用蘸有大肠杆菌
(E. coli)的挑虫针将蠕虫从实验平板上转移到另一块平板,或从平板上取出蠕虫。这是一项极其细致的工作,通常需要使用专门制作的、极其细的金属挑针(有时实验室会用睫毛来进行更精确的操作),而且整个过程都要在显微镜下完成。一次只能转移一条蠕虫,这样会耗费大量时间。
乔希: 了解如何温柔地对待生物体,以及学习如何在不污染和不损坏培养皿的情况下转移
它们。
问:您的项目如何帮助我们更好地了解动物甚至人类如何受到糖的影响?
乔希: 鉴于 C. elegans(秀丽隐杆线虫)与人类共享许多基因,我们可以观察其产卵变化,
并据此探讨高糖摄入可能对动物和人类产生的影响。
苏拉夫: 许多我们以这种方式研究 秀丽隐杆线虫 所获得的发现,都是通过推理得出的。我们俩都对营养科学非常感兴趣,特别关注食物差距以及全国范围内日益严重的食物荒漠问题,这些问题导致数百万美国人只能摄入高糖饮食,因为他们无法获得其他食物。由于我们显然无法以人类为实验对象,秀丽隐杆线虫 成为了我们的最佳替代选择,尤其是因为它们的生命周期较短(约2-3周),这使我们能够更容易地研究这种新饮食在整个生命周期内的影响。当然,要做出这些推论需要大量数据,这意味着仅凭我们的研究可能无法得出这些结论,但我认为这很有可能。
问:在这个项目开始之前你不知道,但现在明白了哪些事情?
苏拉夫: 通过这个项目,我更加明白了在照顾昆虫,尤其是微观昆虫时,其实有很大的出错空间。虽然我没有太多用活体生物做研究的经验,但我一直以为最难照料的是哺乳动物。我真是大错特错了,尤其是说到 秀丽隐杆线虫! 这些小虫子经常受到感染,需要极其频繁的维护,而且动不动就死掉。
乔希: 如何测量并换算实验所需的葡萄糖(dextrose)量。我学会了换算公式,并了解了如何将其应用到未来需要精确计量的其他项目中。
问:你接下来想探索什么? 如果你可以做另一个实验,你会做什么?
Sulaf: 我很想围绕特里科洛吉(trichology,研究头发和皮肤的科学)开展一些实验。这是我真正热爱的领域,虽然我很喜欢和 BioBus 一起进行以生物学为主的项目,但如果能利用真正实验室的全部资源,围绕我最喜欢的小众科学领域开展一个研究项目,那将非常棒。
乔希: 我接下来想研究的是一个工程类的项目,在这个项目中,我可以通过亲手一步一步地组装或建造某个东西。这将增强我的科学技能,并让我探索新的兴趣。我特别感兴趣的是设计空气过滤器或其他有助于减少空气污染、改善环境健康的设备。
问:是什么激发你参与BioBus的? 你未来会考虑从事科学方面的职
业吗?
乔希: 是我的姐姐让我认识了 BioBus。她是新冠疫情时期的 BioBus 校友。她亲身向我展示了科学,以及科学其实可以很酷。我打算从事医学相关的工作,未来可能会做护理或生物医学工程。
苏拉夫(Sulaf): 从中学开始,我一直是个名副其实的BioBus女孩。我的学校会在BioBus车上上生物课。我曾在曼哈顿维尔的BioBus基地上过几门高中化学课,在加入初级科学家项目之前,还参与过许多其他项目。我非常钦佩这个机构如何持续让全纽约市的学生,尤其是来自代表性不足社区的学生,能够接触到科学。他们的项目一直为我提供了一个安全的环境,让我在探索科学领域的过程中感到安心,我心怀感激。我肯定会继续在 STEM 领域发展自己的职业生涯。我目前即将开始在加州大学圣克鲁兹分校(UCSC,Fiat Slug!)攻读化学专业,计划专注于化妆品化学,并希望有一天能成为自己实验室的首席研究员!
想进一步了解 BioBus 及其未来计划,请访问 BioBus.org。