Protocolo de entrenamiento de resistencia y ensayos de funcionamiento de los longitudinales de Drosophila melanogaster
26 de marzo de 2012
Se presenta el primer protocolo de entrenamiento de resistencia para una especie de modelo genéticos importantes, Drosophila melanogaster, Y resumen de varios ensayos para trazar las mejoras en la movilidad de formación siguiente.
El objetivo del siguiente experimento es entrenar a Dsof y Melanogaster utilizando un nuevo programa de ejercicio de resistencia y evaluar los efectos del entrenamiento físico. Esto se logra mediante un dispositivo automatizado que levanta y deja caer repetidamente varios frascos con moscas, activando así la respuesta instintiva de trepar de las moscas y proporcionándoles una sesión de ejercicio. Las moscas se entrenan diariamente siguiendo un programa progresivo de dos a tres horas durante un período de entrenamiento de tres semanas.
A continuación, las moscas se someten a diversos ensayos conductuales para medir los efectos del ejercicio. Los resultados muestran que las moscas que realizan ejercicio trepan más rápido, según se mide mediante el ensayo de eje geotáctico negativo rápidamente inducido o ensayo de anillo. La principal ventaja de esta técnica frente a métodos existentes, como el entrenamiento de resistencia en otros animales, es la amplia colección de herramientas disponibles para la manipulación de la genética de Drosophila.
En el estudio del ejercicio de resistencia, tuvimos por primera vez la idea de este método cuando estábamos realizando muchos ensayos individuales de geotaxis negativa. Nos preguntábamos cuánto tiempo podían seguir escalando las moscas y si podríamos entrenarlas en resistencia de esta manera. La torre de potencia está construida sobre una pieza rectangular de madera contrachapada que se sujeta con abrazaderas a una mesa.
Un motorreductor a 4,5 rotaciones por minuto. El motorreductor descansa sobre varias tablas y está conectado a un control de velocidad, un fusible y un interruptor de alimentación. En una caja de empalme, un ventilador de tres pulgadas sujeto en un tubo metálico se dirige hacia el motor para su refrigeración.
Conectado al motor hay un brazo giratorio con un rodillo. En el extremo, el motor y el brazo giran, empujando hacia abajo un lado de una varilla doblada que está sujeta a la madera contrachapada. Con una bisagra de puerta en el otro lado de la varilla, se fija una rueda de modo que pueda rodar contra una plataforma.
Se mueve hacia arriba y hacia abajo mientras el motor gira, y la potencia del motor se ajusta de manera que un período rotacional completo dure 15 segundos. En la plataforma, se fijan estantes para viales de moscas mediante cordones elásticos, y los viales colocados en estos estantes se aseguran con una malla que también está unida a la plataforma. Gracias a los cordones elásticos, la plataforma puede deslizarse hacia arriba y hacia abajo a lo largo de guías deslizantes estándar, y una almohadilla de espuma de poliestireno amortigua el impacto de su caída. La torre de potencia funciona en una habitación con temperatura controlada para igualar las condiciones en las que se crían los animales.
Para realizar un experimento de ejercicio, se requiere un mínimo de 240 moscas macho de edad similar para el monitoreo longitudinal de la resistencia y la capacidad de geotaxis negativa o escalada. Mantenga las moscas en poblaciones de 20 por vial. Divida los viales en dos grupos de igual tamaño, uno de los cuales será sometido a ejercicio; los viales de ese grupo deben taparse con tapones de algodón, mientras que el grupo control debe taparse con tapones de esponja.
Se utiliza una esponja para la inmovilización porque su tamaño adaptable permite colocarla fácilmente cerca del fondo del vial. El material más blando de la esponja también reduce las lesiones provocadas por los flugs más sólidos. Los viales con alimento deben reemplazarse cada dos días antes de la prueba.
Durante el entrenamiento, las moscas permanecen en los viales de alimento porque si se usan viales vacíos, muchas más moscas sufren lesiones relacionadas con el entrenamiento. Al cargar los viales de las moscas control en la torre de potencia, presione sus tapones de esponja hasta aproximadamente tres milímetros por encima del nivel de alimento, limitando así a las moscas.
Movimiento para obtener resultados consistentes. Pruebe ambos grupos de moscas cinco días consecutivos por semana, utilizando un horario progresivo que aumente el tiempo por sesión de dos a tres horas diarias durante un período de tres semanas. Por supuesto, se podría emplear cualquier régimen.
La consistencia en el tratamiento, la hora del día y los métodos de ensayo durante un período de tres semanas es esencial. Una planificación cuidadosa y los procedimientos de práctica reducen la posibilidad de errores por fatiga. Los ensayos pueden realizarse longitudinalmente en moscas antes, después o durante el régimen de entrenamiento.
También puede utilizarse para evaluar una respuesta más segura a una variable ambiental. Realice el ensayo de fatiga en un día en que no se realice entrenamiento. Al comienzo del día, cargue ambos grupos de moscas en la torre de potencia.
Active el aparato y observe cada vial una vez cada 10 minutos. Si en cuatro caídas consecutivas, cinco moscas o menos en un vial trepan más de dos pulgadas, entonces se considera que ese grupo de moscas está fatigado. Retire las moscas fatigadas de la torre de potencia mientras aún está en funcionamiento y registre la hora en que se retiraron.
Observe todos los viales durante un máximo de 10 horas y compile los resultados. Un ensayo para la cuantificación. Los efectos del entrenamiento consisten en la medición diaria de la velocidad de carrera, que puede realizarse durante todo el régimen de entrenamiento y más allá.
Para medir el efecto a largo plazo del entrenamiento. Para comenzar el ensayo de velocidad de escalada o del anillo, transfiera primero las moscas a viales vacíos nuevos y coloque una fila de seis viales en un portaviales. Se utilizan trozos de cinta enrollados para asegurar los viales al portaviales.
Luego coloque la placa delante de una fuente de luz, como una caja de luz para radiografías que proporcione una iluminación uniforme de los viales. Ahora configure una cámara para fotografiar la placa de modo que la posición de cada mosca sea visible en cada vial. A continuación, golpee suavemente los seis viales para hacer caer a todas las moscas hasta el fondo de los mismos y tome una fotografía cronometrada.
Dos segundos después de que las moscas hayan caído. Si se utiliza el flash de la cámara, debe usarse de forma consistente. Repita este proceso cuatro veces para cada conjunto de viales antes de continuar con la torre de potencia.
Para analizar los datos, puntúe cada foto individualmente utilizando software para determinar los límites superior e inferior del vial. Luego, mida la altura de ascenso de cada mosca. A continuación, copie las alturas de ascenso en Excel.
A cada mosca en cada vial se le asigna una puntuación de cero a cuatro, correspondiente a la altura del cuadrante al que trepa: cuatro para el cuadrante más alto y cero si no trepa en absoluto. Para cada vial, calcule la puntuación de cada una de las 20 moscas y obtenga la puntuación promedio de la cohorte.
Esto se denomina índice de escalada. Para el análisis de datos, se utiliza el promedio de los cuatro índices de escalada de cada cohorte en ese día. Si no se dispone de software de procesamiento de imágenes, pueden trazarse líneas de cuadrantes sobre los viales vacíos, y las moscas pueden asignarse manualmente a valores de cuadrante, mientras que las moscas tipo respondieron a un protocolo de resistencia con una disminución menor del deterioro relacionado con la edad en la capacidad de escalada.
Esto persistió tras el final del entrenamiento, tal como se refleja en los ensayos longitudinales de anillos durante cinco semanas de edad. Por lo tanto, la inducción del ejercicio mediante el programa de la torre de potencia puede utilizarse como una entrada conductual, y se puede evaluar la capacidad de factores genéticos o ambientales para modular este efecto. A la inversa, la torre de potencia también puede utilizarse como una salida.
Por ejemplo, cuando se analizó el tiempo hasta la fatiga en moscas con un porcentaje variable de sacarosa en su dieta, se observó que un mayor contenido de sacarosa se correlacionaba con una mayor capacidad de resistencia. Al realizar este procedimiento, es importante asegurarse de que todos los cohortes de moscas tengan la misma edad y de que los métodos se realicen de manera consistente a lo largo del experimento.
Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo realizar entrenamiento de resistencia y evaluar moscas de cualquier genotipo.
Descripción general
Este estudio presenta un protocolo novedoso de entrenamiento de resistencia para Drosophila melanogaster, diseñado para evaluar los efectos del ejercicio sobre la movilidad. La investigación describe diversos ensayos conductuales para medir mejoras en la capacidad de trepar tras el régimen de entrenamiento.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Biología del comportamiento
- Genética
Antecedentes
- Drosophila melanogaster es un organismo modelo genético fundamental.
- Se han establecido protocolos de entrenamiento de resistencia en otras especies, pero no en Drosophila.
- Comprender los efectos del ejercicio sobre la movilidad puede proporcionar información sobre las influencias genéticas en el comportamiento.
- Los métodos anteriores carecían de la automatización y precisión necesarias para un entrenamiento eficaz.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un protocolo de entrenamiento de resistencia para Drosophila.
- Evaluar el impacto del ejercicio en la capacidad de trepar.
- Utilizar dispositivos automatizados para sesiones de entrenamiento consistentes.
Métodos Utilizados
- Dispositivo automatizado para el levantamiento y soltado repetitivo de viales de moscas.
- Sesiones diarias de entrenamiento durante tres semanas, con aumento gradual de la duración.
- Ensayos conductuales para medir la velocidad y resistencia al trepar.
- Ensayos de fatiga para evaluar los efectos del entrenamiento sobre la movilidad.
Resultados Principales
- Las moscas entrenadas demostraron una mayor velocidad de escalada.
- El método automatizado de entrenamiento resultó efectivo para la evaluación de la resistencia.
- Los ensayos conductuales proporcionaron métricas cuantificables para los efectos del ejercicio.
- Los protocolos de entrenamiento consistentes minimizaron la variabilidad en los resultados.
Conclusiones
- El protocolo de entrenamiento de resistencia es efectivo para Drosophila melanogaster.
- El ejercicio mejora significativamente la movilidad en las moscas entrenadas.
- Este método permite realizar extensos estudios de manipulación genética en el contexto del ejercicio.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Los protocolos de entrenamiento de resistencia en organismos modelo permiten la reducción mecanicista de hipótesis terapéuticas relacionadas con el ejercicio. El sistema Drosophila Power Tower ofrece una plataforma escalable y genéticamente tratable para la evaluación longitudinal de cambios fenotípicos inducidos por el ejercicio. Esto respalda la validación de objetivos y la confianza predictiva en el descubrimiento preclínico de intervenciones metabólicas y neuromusculares.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la investigación de vías genéticas sensibles al ejercicio y la validación funcional de objetivos en un modelo genético de alto rendimiento.
- Valor operativo: Apoya el cribado fenotípico longitudinal con cohortes emparejadas por edad para reducir el riesgo de hipótesis mecanicistas.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Valor científico: Genera mediciones cuantitativas y reproducibles de la velocidad de escalada y el agotamiento para la selección de compuestos o modificadores genéticos.
- Valor operativo: Las salidas estandarizadas del ensayo facilitan la reproducibilidad entre laboratorios y la preparación para la automatización del ensayo.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Relaciona el entrenamiento físico con el retraso del deterioro relacionado con la edad en la movilidad, proporcionando un sistema relevante para modelos de envejecimiento y trastornos metabólicos.
- Valor operativo: Permite el seguimiento longitudinal de los efectos del entrenamiento durante cinco semanas, apoyando decisiones de progresión ajustadas al riesgo.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
El protocolo Power Tower se enmarca dentro del continuo de descubrimiento, desde la prueba de hipótesis sobre dianas hasta el cribado fenotípico y la validación preclínica.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la reducción de riesgos mecanicistas mediante el aislamiento del ejercicio como un estímulo conductual para evaluar la modulación genética o ambiental.
- Selección: Proporciona lecturas cuantitativas y escalables (índice de escalada, tiempo de fatiga) para evaluar intervenciones genéticas o compuestos dietéticos.
- Análisis: Genera métricas normalizadas y longitudinales que permiten comparaciones estadísticas entre cohortes y condiciones.
- Investigación Traducional: Relaciona el entrenamiento físico con mejoras fenotípicas sostenidas, alineándose con la validación preclínica de dianas neuromusculares o metabólicas.
- Reutilización Empresarial: El diseño de la plataforma permite su reutilización en múltiples fondos genéticos y variables experimentales (por ejemplo, dieta, genotipo) durante periodos prolongados.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Confianza predictiva en fenotipos sensibles al ejercicio; reducción de la ambigüedad mecanicista en genética del comportamiento.
- Valor operativo: Flujos de trabajo estandarizados y reproducibles de entrenamiento y ensayos reducen la variabilidad y aumentan el rendimiento.
- Valor estratégico: Permite decisiones tempranas de avance o interrupción del proyecto al validar la interacción con el objetivo utilizando el ejercicio como modulador.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo de objetivos basada en la recuperación o mejora fenotípica inducida por el ejercicio.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en el manejo de Drosophila, ejecución de ensayos conductuales y seguimiento longitudinal de datos.
- Necesita un ambiente con temperatura controlada, un mecanismo de elevación automatizado y un sistema de imagen para la cuantificación del ensayo en anillo.
- Exige un manejo estandarizado de los frascos, apareamiento por edad y una sincronización constante de los ensayos entre los cohortes.
- Las consideraciones para la adaptación incluyen la modificación de horarios progresivos, densidades en los frascos o la frecuencia de los ensayos según diferentes fondos genéticos o tipos de intervención.
- Las limitaciones prácticas incluyen la pérdida de moscas por fatiga y la necesidad de puntuación manual si no se dispone de procesamiento automatizado de imágenes.
