Ektotherme reagieren auf Hitzestress typischerweise mit erhöhter Bewegungsaktivität. Dieses Phänomen ist für Forscher seit Jahrzehnten offensichtlich, mit der charakteristischen Verhaltensreaktion, die von Cowles und Bogert 1944 beschriebenwurde. Sie beschrieben, wie ein Organismus unter Hitzestress zunächst eine vermehrte Bewegung des Fortbewegungsapparates zeigt. Wenn sich der Hitzestress aufbaut, wechseln sich kurze Aktivitätsausbrüche mit Perioden der Inaktivität ab. Die Temperatur, bei der der Organismus keine koordinierte Bewegung mehr zeigen kann, ist das kritische thermische Maximum (CTmax). Es folgen muskuläre Spams, und schließlich bricht der Organismus zusammen 1,2. Dieser Zusammenbruch ist schwer zu definieren und stellt so etwas wie "Hitzestarre, Koma oder Tod"2 dar. Hier werden wir den Begriff physiologischer Kollaps verwenden, um uns theoretisch auf diesen verschwommenen Endpunkt von Hitzestress zu beziehen.
Drosophila, melanogaster und andere kleine Insekten waren wertvolle Modelle zur Untersuchung von Hitzestress. Um zumindest einen Teil der komplexen Sammlung von Merkmalen abzuschätzen, die die Hitzetoleranz ausmachen, haben viele Forscher die Zeit und die Temperatur, bei der der physiologische Kollaps auftritt, manuell beobachtet, was der Zeit bis zum Knockdown (TKD) bzw. CTmax entspricht. Obwohl diese manuellen Assay-Methoden sehr gut etabliert sind, weisen sie einige Nachteile auf. Es kann schwierig sein, eine operationelle Definition des physiologischen Kollapses zu etablieren und angemessen auf alle Fälle anzuwenden, insbesondere wenn die Beobachter weniger erfahren sind. An welchem Punkt geht der Organismus zum Beispiel von Muskelkrämpfen zum Zusammenbruch? Das Muster von Muskelkrämpfen und Anfallsaktivität vor dem Kollaps kann unvorhersehbar sein und eine genaue Beobachtung erschweren 2,3, was die Genauigkeit und Präzision gefährdet. Gleichzeitig begrenzt die Schwierigkeit der Beobachtung auch die Anzahl der Organismen, die gleichzeitig untersucht werden können, was die Skalierbarkeit einschränkt.
Da eine Erhöhung der Aktivität eine konsistente Reaktion auf Hitze ist und TKD und CTmax letztendlich der Punkt sind, an dem die Aktivität aufhört, haben wir versucht, die Drosophila Activity Monitore (DAM2) von TriKinetics zur Automatisierung von Hitzetoleranz-Assays einzusetzen. Wir haben kürzlich eine Methode für einen automatisierten Assay zusammen mit einer einfach zu bedienenden Software unter Verwendung des DAM2-Systems4 veröffentlicht. Der Assay wurde validiert, indem die Messungen der Hitzetoleranz in Bezug auf TKD mit einem klassischen manuellen beobachtungsbasierten TKD-Assay über mehrere Faktoren hinweg verglichen wurden. Wir untersuchten auch die lokomotorische Aktivitätskomponente von TKD-Assays, um den induzierbaren Thermotoleranz-Phänotyp weiter zu charakterisieren. Wir nannten den Assay und die dazugehörige Software HoTDAM! (Hitzetoleranz-Assays mit dem Drosophila Activity Monitoring System). Hier finden Sie eine detaillierte Beschreibung der automatisierten Hitzetoleranz-Assay-Methode mit dem DAM2-System und dem HoTDAM! Software. Der Assay ist einfach zu bedienen und leicht skalierbar, um die Messung vieler Organismen gleichzeitig zu ermöglichen.
In diesem Manuskript führten wir TKD-Assays an thermosensorischen mutierten Fliegen durch (transientes Rezeptorpotential Ankyrin 1; TRPA1) und ihre genetischen Kontrollen (weiß1118; W1118). Diese Organismen wurden ausgewählt, um die Bedeutung der charakteristischen erhöhten Aktivität, die bei Hitzestress beobachtet wurde, für den Assay hervorzuheben. TRPA1-Organismen zeigen dieses Fluchtverhalten nämlich, was den intrinsischen Zusammenhang zwischen konservierten Verhaltensreaktionen und Schätzungen der Hitzetoleranz, wie z. B. TKD, verdeutlicht. Wir führten den Assay sowohl für Weibchen als auch für Männchen durch und führten eine wärmehärtende Vorbehandlung durch. Bei den hier vorgestellten repräsentativen Ergebnissen handelt es sich um Daten von völlig neuen Assays als denen, die in den zuvor veröffentlichten ursprünglichen Validierungsassays verwendet wurden.