Drosophila melanogaster a été présentée à la communauté scientifique en tant qu’organisme modèle potentiellement puissant il y a plus de 100 ans. Ce potentiel a été fermement validé dans plusieurs domaines des sciences biologiques et biomédicales, tels que la génétique, l’évolution, la biologie du développement, la neurobiologie et la biologie moléculaire et cellulaire. En conséquence, six prix Nobel de médecine ou de physiologie ont été décernés à dix chercheurs sur la drosophile qui ont considérablement contribué à notre compréhension de l’hérédité, de la mutagénèse, de l’immunité innée, des rythmes circadiens, de l’olfaction et du développement1. Peut-être plus important encore, D. melanogaster n’a cessé de nous fournir de nouveaux modèles de biologie humaine et de maladies, puisqu’une recherche rapide sur PubMed révèle près de 600 publications au cours des 5 dernières années, en utilisant le terme de recherche « modèle de drosophile » (2, en février 2021). Aux États-Unis, où la drosophile est un organisme modèle largement répandu dans la communauté biomédicale, environ 2,2 % de toutes les bourses de recherche R01 accordées par le NIH en 2015 ont été attribuées à des chercheurs sur la drosophile 3. Au Brésil, en revanche, une recherche de projets actuellement financés sur le site web de la Fondation pour la recherche de São Paulo (FAPESP), l’agence de financement la plus importante pour la recherche dans tous les domaines scientifiques de l’État de São Paulo, n’a montré que 24 subventions et bourses avec la drosophile comme sujet principal d’étude4. Si l’on considère l’ensemble des 13205 projets actuellement financés par la FAPESP (5, en février 2021), ces 24 projets sur la drosophile représentent un ratio de moins de 0,2 % du total des projets, soit près de 12 fois inférieur à celui des NIH. Si l’on enlève les projets financés qui visent à étudier la drosophile d’un point de vue écologique et/ou évolutif, et que l’on suppose que les projets restants utilisent cet organisme comme modèle pour comprendre les processus biologiques humains en matière de santé et de maladie, ce ratio diminue à un ~0,1 %.
En fait, une enquête appropriée est nécessaire pour révéler les raisons pour lesquelles la recherche sur la drosophile au Brésil et à São Paulo ne semble pas être aussi importante en termes de nombre de projets financés. L’élevage de la drosophile n’est pas coûteux 6,7,8 et est relativement simple, car contrairement aux vertébrés, aucune autorisation d’un comité de bioéthique n’est nécessaire pour l’expérimentation 9,10. Une autorisation de travailler avec des lignées de mouches génétiquement modifiées est toutefois requise au Brésil11, ce qui ajoute une couche de bureaucratie inhérente à tout travail impliquant des organismes génétiquement modifiés. Cependant, cela n’empêcherait probablement pas les chercheurs intéressés de lancer un flylab. Nous supposons que la désinformation sur la puissance du modèle et sur les coûts élevés attendus associés à la mise en place d’un flylab et à la réalisation d’expériences significatives sont des facteurs importants dans cette décision. Comme pour la plupart des équipements et des fournitures scientifiques, les appareils appropriés pour effectuer l’entretien général des mouches et les analyses comportementales doivent être importés au Brésil d’Amérique du Nord, d’Europe et/ou d’ailleurs, ce qui est un processus coûteux et extrêmement long12,13.
Récemment, une alternative à l’importation d’appareils spécialisés a émergé alors que les imprimantes 3D sont devenues plus abordables et accessibles à tous, y compris aux chercheurs sur la drosophile dans les pays en développement. La technologie d’impression 3D a été largement utilisée au cours des 10 dernières années par les membres de la « culture maker », qui est basée sur l’idée d’autosuffisance plutôt que de dépendre exclusivement des produits fabriqués par l’entreprise14. Une telle idée a toujours été présente dans les laboratoires de recherche universitaires du monde entier, il n’est donc pas surprenant que les imprimantes 3D soient devenues des équipements de laboratoire standard dans de nombreux endroits15,16. Depuis un certain nombre d’années, nous imprimons en 3D des supports de flacons de mouches, des arènes d’accouplement, des appareils d’escalade, entre autres appareils, pour une fraction du coût des équivalents de marque. La réduction des coûts d’impression et d’assemblage du matériel de laboratoire fait maison est classiquement représentée par le FlyPi, qui peut être construit pour moins de 100,00 € et sert de microscope à lumière et à fluorescence capable d’utiliser une stimulation opto- et thermogénétique sophistiquée du poisson-zèbre, de la drosophile et des nématodes génétiquement traitables15. Ici, nous fournissons une série de protocoles pour toute personne intéressée à devenir un chercheur sur la drosophile (ou à agrandir son propre flylab existant) pour imprimer en 3D de nombreux matériaux nécessaires. En investissant du temps et en développant un peu d’expertise, le lecteur pourra même optimiser les protocoles présentés ici pour imprimer des appareils mieux adaptés à ses propres besoins de recherche.
Cependant, un flylab n’est pas un lieu réservé au matériel « bon marché », surtout lorsque l’on entend associer des analyses comportementales à des phénomènes métaboliques sous-jacents. Nous nous sommes également intéressés aux rôles des mitochondries dans la modulation des modèles comportementaux de la drosophile, car ces organites sont responsables de la production massive d’ATP dans la plupart des tissus à travers plusieurs voies métaboliques dont les produits convergent vers la phosphorylation oxydative (OXPHOS). L’analyse de la consommation d’oxygène mitochondriale comme moyen de comprendre le métabolisme mitochondrial nécessite un oxygraphe, qui est un équipement plus sophistiqué qui ne peut malheureusement pas encore être imprimé en 3D. Parce qu’OXPHOS a un impact sur pratiquement tous les processus cellulaires puisqu’il dépend d’une série de réactions redox exergoniques qui se produisent dans la cellule17,18, les taux de consommation d’oxygène basés sur le substrat oxydable fourni aux mitochondries peuvent aider à révéler si le fonctionnement de l’organite est la cause ou la conséquence d’un comportement particulier. Par conséquent, nous fournissons également ici un protocole pour mesurer la consommation d’oxygène mitochondrial dans les échantillons de larves, car nous réalisons que la grande majorité des protocoles publiés sont axés sur l’analyse d’échantillons adultes. Nous montrons que les modifications de la respiration mitochondriale, induites par l’expression transgénique de la Ciona intestinalis alternative oxydase (AOX), entraînent une augmentation de la mobilité larvaire en cas de stress froid. Cela est probablement dû à la thermogenèse, car AOX est une oxydase terminale non pompeuse de protons qui peut contourner l’activité des complexes OXPHOS III ET IV (CIII et CIV), sans contribuer au potentiel de membrane mitochondriale (ΔΨm) et à la production d’ATP 19,20,21. Aucun insecte, y compris la drosophile, ou vertébré ne possède naturellement AOX 21,22,23, mais son expression dans une myriade de systèmes modèles 24,25,26,27,28,29 a réussi à montrer son potentiel thérapeutique pour les affections de stress respiratoire mitochondrial général, en particulier lorsqu’elles sont causées par CIII et/ou CIV surcharger. AOX confère une résistance aux niveaux toxiques d’antimycine A24 et de cyanure24,25, et atténue divers phénotypes liés au dysfonctionnement mitochondrial 24,25,30,31,32. Le fait que l’expression d’AOX modifie le comportement larvaire et la fonction mitochondriale justifie des études plus approfondies des rôles de cette enzyme dans le métabolisme et la physiologie des cellules et des tissus métazoaires33,34.
Nous espérons qu’avec cet article, nous pourrons contribuer à sensibiliser la communauté scientifique des pays en développement tels que le Brésil sur le fait que l’utilisation de l’excellent ensemble d’outils génétiques que présente D. melanogaster , en combinaison avec des appareils faits maison efficaces et abordables pour les analyses comportementales, peut générer des données de recherche fondamentale relativement rapides sur des processus biologiques intéressants avec un impact translationnel significatif. soutenir les futures études thérapeutiques en recherche clinique. Le développement de tels idéaux communautaires profiterait grandement aux drosophes, aux chercheurs en médecine et aux sciences biologiques et biomédicales. Plus important encore, cela profiterait à la société en général, car le financement public pourrait être appliqué de manière plus translationnelle pour comprendre et traiter les maladies humaines.
Les protocoles que nous fournissons ici pour l’impression 3D des appareils d’un flylab ont été conçus pour être utilisés avec l’imprimante 3D RepRap, basée sur le modèle Prusa I3 DIY disponible à35. Nous utilisons le filament d’acide polylactique blanc (PLA) de 1,75 mm (SUNLU) comme matière première pour l’impression, la plate-forme Tinkercad36 pour la conception des modèles et le logiciel Repetier-Host37 pour la conversion STL en G-Code, une étape nécessaire pour fournir les coordonnées à l’imprimante. Une optimisation supplémentaire des protocoles est nécessaire si le lecteur souhaite utiliser d’autres équipements, matériaux et logiciels.