无脊椎动物寿命量化
许多动物在进入成年后会自然停止生长，随后经历衰老直至死亡。生物从出生到死亡之间的时间称为寿命，寿命长短可受到多种生物和环境因素的影响。通过将生物暴露于不同的生长条件下，科学家可以更深入地了解影响寿命的因素。果蝇和线虫是开展此类实验的理想生物，因为它们具有较短的世代周期和简单的培养需求。
本视频简要概…
寿命定量实验使科学家能够研究遗传和环境因素对生物体寿命的影响。无脊椎动物模型生物，如果蝇Drosophila melanogaster和线虫Caenorhabditis elegans，在这方面已被证明极为有用。通过在这些生物中开展测量和调控寿命的实验，科学家已开始揭示影响衰老过程的各种因素。
在本视频中，您将了解寿命与衰老背后的一些基本原理、在线虫和果蝇中测量寿命的基本实验方案，以及这些实验的应用方式。
在探讨测量寿命的实验步骤之前，首先需要理解什么是寿命和衰老。
寿命是指生物体从出生到死亡之间存活并维持功能的时间。某些生物，例如许多植物，理论上可能无限存活。而大多数动物即使处于理想环境中，也会在达到一定阶段后自然停止生长，随后逐渐衰老（即“老化”），直至死亡。
科学家目前尚未完全理解生物体衰老的根本原因。多种因素被认为可能在衰老过程中发挥作用，包括来自环境的辐射和化学损伤，以及自身代谢过程产生的有毒副产物。
为了研究这些因素，研究人员利用了无脊椎动物模式生物（如线虫和果蝇）较短的世代周期，使得科学家可以在数天或数周内观察多个世代，而相比之下，哺乳动物模型（如小鼠）则需要数月时间。此外，这些模式生物也易于进行遗传操作，拥有大量可用工具，可方便地开启或关闭特定基因，以观察其对衰老过程的影响。
了解了无脊椎动物模型为何非常适合衰老研究之后，接下来我们来看看如何在蠕虫中进行寿命测定实验。简而言之，这些实验包括收集亲代蠕虫、同步其子代的年龄、用药物处理幼虫以抑制繁殖，最后将蠕虫转移到测试平板上，并统计存活或死亡的个体数量。
实验开始时，需要通过同步一批蠕虫使其同时产卵，从而获得足够数量的同龄动物。为此，首先将蠕虫留在同一培养板上约一周时间，使其消耗完所有可用食物，从而诱导饥饿状态。部分饥饿的蠕虫幼虫会进入一种强韧的、生长停滞的状态，称为“dauer”状态。随后，将这些dauer幼虫转移至新的培养板上。在富含食物的环境中，dauer幼虫将恢复其生命周期，并发育为具有生殖能力的年轻成虫。
最后，在两天后将这些成虫转移至另一块新鲜培养板上，使其产卵最多24小时。一旦获得足够数量的卵，便将成虫从平板上移除，并将卵在20°C下孵育2–3天，以使蠕虫孵化并生长至L4幼虫阶段。
为了测定蠕虫寿命，需将这些幼虫转移至含有药物FUDR的培养板中，该药物可抑制蠕虫繁殖，但不影响成虫寿命。在实验过程中，可通过轻敲平板观察蠕虫是否移动，以判断其存活状态。对于较老的个体，可能需要轻轻触碰其头部以诱发反应。及时移除死亡个体，并记录死亡与存活蠕虫的数量。为避免饥饿，应每隔2–3天将蠕虫转移至新鲜培养板上。
现在我们已经向您展示了如何在蠕虫中进行寿命定量，接下来让我们看看在果蝇中是如何进行的。简而言之，该过程包括让雌蝇在特殊笼子中产卵、收集卵、使幼虫发育为成虫、按性别分选果蝇，最后随时间推移统计死亡的果蝇数量。
为了获得年龄一致的果蝇，将成年果蝇放入卵收集笼中，笼内含有涂有酵母糊的果汁琼脂平板。收集到的卵经清洗后放入幼虫培养瓶中，并在约10天内培养以使果蝇发育。待孵化后的一日龄成年果蝇被转移至成虫食物瓶中，再培养两天以使其达到性成熟。
随后收集这些果蝇，进行麻醉处理，并按雄性和雌性分选，以避免性别特异性因素对寿命测量造成干扰。接着，将单性别的果蝇放入培养小管中。每两天需将果蝇“转移”至含有新鲜食物的新小管中。通过计数遗留在旧小管中的果蝇以及掉入新小管中的果蝇来判定死亡个体。
现在您已经了解了在无脊椎动物模型中测量寿命的基本实验方案，接下来让我们看看科学家如何利用这些技术来研究衰老和长寿的生物学机制。
研究人员正在探究不同因素（如温度和药物）对寿命的影响。在此项研究中，科学家将线虫培养在96孔微孔板的液体培养基中，以便同时测试多种物质和培养条件的影响。他们发现，例如，将线虫在25°C下培养相比20°C会缩短其寿命，而较高浓度的抗抑郁药物米氮平也会缩短寿命。
寿命测定实验还可与RNA干扰（RNAi）等技术结合，以鉴定影响动物存活的基因。RNAi是一种强大的实验技术，利用短RNA降低目标基因的表达水平，即“基因敲降”。在此实验中，科学家使用针对bec-1基因的RNAi处理线虫，随后用致病性细菌Salmonella感染它们，并进行存活率测定。结果显示，bec-1基因被敲降的线虫相比正常表达该基因的线虫，其寿命显著缩短。
最后，寿命定量实验也被用于评估不同生长条件对动物长寿的影响。在此项实验中，科学家将年龄匹配的线虫培养在一系列含有不同量细菌食物的培养板上。这种被称为热量限制或饮食限制的培养方案，已被观察到对线虫寿命具有显著影响。
您刚刚观看了 JoVE 关于无脊椎动物模型寿命定量的视频。该视频讨论了衰老和寿命背后的一些原理，以及在线虫和果蝇中测量寿命的实验方案和寿命测量实验的一些应用。最终，希望这些实验能够帮助科学家发现控制衰老的因素和通路，并推动针对阿尔茨海默病和心血管疾病等年龄相关疾病的疗法开发。感谢观看！
寿命定量实验使科学家能够研究遗传和环境因素对生物体寿命的影响。无脊椎动物模型生物，如果蝇Drosophila melanogaster和线虫Caenorhabditis elegans，在这方面已被证明极为有用。通过在这些生物中开展测量和调控寿命的实验，科学家已开始揭示影响衰老过程的各种因素。
在本视频中，您将了解寿命与衰老背后的一些基本原理、在线虫和果蝇中测量寿命的基本实验方案，以及这些实验的应用方式。
在探讨测量寿命的实验步骤之前，首先需要理解什么是寿命和衰老。
寿命是指生物体从出生到死亡之间存活并维持功能的时间。某些生物，例如许多植物，理论上可能无限存活。而大多数动物即使处于理想环境中，也会在达到一定阶段后自然停止生长，随后逐渐衰老（即“老化”），直至死亡。
科学家目前尚未完全理解生物体衰老的根本原因。多种因素被认为可能在衰老过程中发挥作用，包括来自环境的辐射和化学损伤，以及自身代谢过程产生的有毒副产物。
为了研究这些因素，研究人员利用了无脊椎动物模式生物（如线虫和果蝇）较短的世代周期，使得科学家可以在数天或数周内观察多个世代，而相比之下，哺乳动物模型（如小鼠）则需要数月时间。此外，这些模式生物也易于进行遗传操作，拥有大量可用工具，可方便地开启或关闭特定基因，以观察其对衰老过程的影响。
了解了无脊椎动物模型为何非常适合衰老研究之后，接下来我们来看看如何在蠕虫中进行寿命测定实验。简而言之，这些实验包括收集亲代蠕虫、同步其子代的年龄、用药物处理幼虫以抑制繁殖，最后将蠕虫转移到测试平板上，并统计存活或死亡的个体数量。
实验开始时，需要通过同步一批蠕虫使其同时产卵，从而获得足够数量的同龄动物。为此，首先将蠕虫留在同一培养板上约一周时间，使其消耗完所有可用食物，从而诱导饥饿状态。部分饥饿的蠕虫幼虫会进入一种强韧的、生长停滞的状态，称为“dauer”状态。随后，将这些dauer幼虫转移至新的培养板上。在富含食物的环境中，dauer幼虫将恢复其生命周期，并发育为具有生殖能力的年轻成虫。
最后，在两天后将这些成虫转移至另一块新鲜培养板上，使其产卵最多24小时。一旦获得足够数量的卵，便将成虫从平板上移除，并将卵在20°C下孵育2–3天，以使蠕虫孵化并生长至L4幼虫阶段。
为了测定蠕虫寿命，需将这些幼虫转移至含有药物FUDR的培养板中，该药物可抑制蠕虫繁殖，但不影响成虫寿命。在实验过程中，可通过轻敲平板观察蠕虫是否移动，以判断其存活状态。对于较老的个体，可能需要轻轻触碰其头部以诱发反应。及时移除死亡个体，并记录死亡与存活蠕虫的数量。为避免饥饿，应每隔2–3天将蠕虫转移至新鲜培养板上。
现在我们已经向您展示了如何在蠕虫中进行寿命定量，接下来让我们看看在果蝇中是如何进行的。简而言之，该过程包括让雌蝇在特殊笼子中产卵、收集卵、使幼虫发育为成虫、按性别分选果蝇，最后随时间推移统计死亡的果蝇数量。
为了获得年龄一致的果蝇，将成年果蝇放入卵收集笼中，笼内含有涂有酵母糊的果汁琼脂平板。收集到的卵经清洗后放入幼虫培养瓶中，并在约10天内培养以使果蝇发育。待孵化后的一日龄成年果蝇被转移至成虫食物瓶中，再培养两天以使其达到性成熟。
随后收集这些果蝇，进行麻醉处理，并按雄性和雌性分选，以避免性别特异性因素对寿命测量造成干扰。接着，将单性别的果蝇放入培养小管中。每两天需将果蝇“转移”至含有新鲜食物的新小管中。通过计数遗留在旧小管中的果蝇以及掉入新小管中的果蝇来判定死亡个体。
现在您已经了解了在无脊椎动物模型中测量寿命的基本实验方案，接下来让我们看看科学家如何利用这些技术来研究衰老和长寿的生物学机制。
研究人员正在探究不同因素（如温度和药物）对寿命的影响。在此项研究中，科学家将线虫培养在96孔微孔板的液体培养基中，以便同时测试多种物质和培养条件的影响。他们发现，例如，将线虫在25°C下培养相比20°C会缩短其寿命，而较高浓度的抗抑郁药物米氮平也会缩短寿命。
寿命测定实验还可与RNA干扰（RNAi）等技术结合，以鉴定影响动物存活的基因。RNAi是一种强大的实验技术，利用短RNA降低目标基因的表达水平，即“基因敲降”。在此实验中，科学家使用针对bec-1基因的RNAi处理线虫，随后用致病性细菌Salmonella感染它们，并进行存活率测定。结果显示，bec-1基因被敲降的线虫相比正常表达该基因的线虫，其寿命显著缩短。
最后，寿命定量实验也被用于评估不同生长条件对动物长寿的影响。在此项实验中，科学家将年龄匹配的线虫培养在一系列含有不同量细菌食物的培养板上。这种被称为热量限制或饮食限制的培养方案，已被观察到对线虫寿命具有显著影响。
您刚刚观看了 JoVE 关于无脊椎动物模型寿命定量的视频。该视频讨论了衰老和寿命背后的一些原理，以及在线虫和果蝇中测量寿命的实验方案和寿命测量实验的一些应用。最终，希望这些实验能够帮助科学家发现控制衰老的因素和通路，并推动针对阿尔茨海默病和心血管疾病等年龄相关疾病的疗法开发。感谢观看！
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Q1: Why are fruit flies and roundworms used to study aging and lifespan?
Invertebrate model organisms like Drosophila melanogaster and Caenorhabditis elegans have short generation times, allowing scientists to observe multiple generations over days or weeks rather than months. They are also highly amenable to genetic manipulation with tools that enable specific genes to be turned on or off easily, making them ideal for examining genetic and environmental influences on aging.
Q2: What is the dauer stage and why is it important in worm lifespan experiments?
Dauer is a hardy, growth-arrested state that worm larvae enter when starved. To synchronize age-matched worms for lifespan studies, researchers induce dauer by starving worms on a culture plate for approximately one week. When transferred to food-rich environments, dauer larvae resume their life cycle and become reproductively mature, allowing scientists to obtain cohorts of uniformly aged animals for consistent experimental measurements.
Q3: How does FUDR treatment support lifespan measurement in worms?
FUDR is a drug that suppresses worm reproduction without affecting adult lifespan, making it essential for accurate lifespan quantification. By preventing reproduction, FUDR eliminates confounding variables from offspring and allows researchers to focus solely on measuring the survival of individual worms over time without interference from progeny.
Q4: What steps are involved in preparing age-matched fruit flies for lifespan studies?
Adult flies are placed in an egg collection cage with fruit juice-agar plates and yeast paste. Collected eggs are washed and incubated for about 10 days to develop into flies. One-day-old adults are transferred to food bottles for two days to reach sexual maturity, then anaesthetized and sorted by sex to avoid confounding lifespan measurements with sex-specific factors.
Q5: How can RNAi be combined with lifespan assays to study aging?
RNA interference, or RNAi, uses short RNAs to decrease the expression level of target genes. Scientists can treat worms with RNAi against specific genes, then perform survival assays to observe how gene knockdown affects lifespan. This technique helps identify genes that influence animal survival and aging processes by comparing lifespan in knockdown organisms versus controls with normal gene expression.
Q6: What environmental factors have been shown to influence invertebrate lifespan?
Temperature, drugs, pathogens, and diet significantly affect lifespan in invertebrate models. For example, growing worms at 25°C rather than 20°C decreased lifespan, as did high concentrations of the antidepressant Mirtazepine. Caloric or dietary restriction has also been observed to have significant effects on worm lifespan, demonstrating how growth conditions directly impact longevity.
Q7: How are high-throughput lifespan experiments conducted in invertebrates?
Researchers culture worms in liquid media in 96-well microtiter plates to test multiple substances and growth conditions simultaneously. This approach allows scientists to screen the effects of various drugs, environmental factors, and genetic modifications on lifespan in parallel. The data generated helps identify pathways controlling aging and supports the development of therapies for age-related diseases like Alzheimer's and cardiovascular disease.