Protocole entraînement d'endurance et de performance Tests longitudinales pour Drosophila melanogaster
26 mars 2012
Nous décrivons le protocole première formation d'endurance pour une espèce importante du modèle génétiques, Drosophila melanogaster, Et de définir plusieurs tests pour tracer des améliorations en matière de formation suivant la mobilité.
L'objectif de l'expérience suivante est d'entraîner des Dsof et des Melanogaster à l'aide d'un nouveau programme d'exercice d'endurance et d'évaluer les effets de cet entraînement. Cela est réalisé à l'aide d'un dispositif automatisé qui soulève et laisse retomber de manière répétée plusieurs flacons de mouches, activant ainsi la réponse instinctive de grimpe des mouches et leur procurant ainsi une séance d'exercice. Les mouches sont entraînées quotidiennement selon un programme progressif de deux à trois heures sur une période d'entraînement de trois semaines.
Ensuite, les mouches sont soumises à divers tests comportementaux afin de mesurer les effets de l'exercice. Les résultats montrent que les mouches entraînées grimpent plus rapidement, comme l'indique le test de géotaxie négative rapidement induite ou le test de l'anneau. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes, telles que l'entraînement à l'endurance chez d'autres animaux, réside dans la vaste gamme d'outils disponibles pour manipuler la génétique de drosophila.
Dans l'étude de l'exercice d'endurance, nous avons eu pour la première fois l'idée de cette méthode lorsque nous réalisions de nombreux tests de géotaxie négative simple. Nous nous sommes demandé combien de temps les mouches pouvaient continuer à grimper et si nous pouvions les entraîner à l'endurance de cette manière. La tour de puissance est construite sur une pièce rectangulaire de contreplaqué qui est fixée à une table à l'aide de pinces.
Un moteur à engrenages tourne à 4,5 tours par minute. Il est posé sur plusieurs planches et raccordé à un régulateur de vitesse, un fusible et un interrupteur. Dans une boîte de jonction, un ventilateur de trois pouces, fixé dans un tube métallique, est orienté vers le moteur pour le refroidir.
Un bras rotatif équipé d'un rouleau est relié au moteur. À l'extrémité, le moteur et le bras tournent en appuyant sur un côté d'une tige courbée fixée au contreplaqué. Une roue est fixée de l'autre côté de la tige, qui est munie d'une charnière de porte, afin qu'elle puisse rouler contre une plateforme.
Il monte et descend lorsque le moteur tourne, la puissance du moteur étant ajustée de sorte qu'une période de rotation complète dure 15 secondes. Sur la plateforme, des supports pour tubes à essai sont fixés à l'aide d'élastiques, et les tubes placés dans ces supports sont maintenus par un tamis également attaché à la plateforme. Grâce aux élastiques, la plateforme peut glisser vers le haut et vers le bas le long de glissières droites standards, et un coussin en polystyrène amortit le choc de sa chute. La tour de puissance est utilisée dans une pièce à température contrôlée afin de correspondre aux conditions dans lesquelles les animaux sont élevés.
Pour réaliser une expérience d'exercice, un minimum de 240 mouches mâles appariées par âge est requis pour la surveillance longitudinale de l'endurance et de la géotaxie négative ou de la capacité d'escalade. Maintenir les mouches en populations de 20 par flacon. Répartir les flacons en deux groupes de taille égale, dont l'un sera soumis à un exercice ; les flacons de ce groupe doivent être bouchés avec des bouchons en mousse, tandis que le groupe témoin doit être bouché avec des bouchons en éponge.
Une éponge est utilisée pour l'immobilisation car sa taille adaptable permet un positionnement facile près du fond du flacon. La matière plus souple de l'éponge réduit également les blessures causées par les flacons plus rigides. Les flacons contenant la nourriture doivent être remplacés tous les deux jours avant les tests.
Pendant l'entraînement, les mouches restent dans les flacons de nourriture, car si des flacons vides sont utilisés, beaucoup plus de mouches subissent des blessures liées à l'entraînement. Lors du chargement des flacons contenant les mouches témoins sur la tour d'alimentation, enfoncer leurs bouchons en éponge à environ trois millimètres au-dessus du niveau de la nourriture, limitant ainsi les mouches.
Mouvement pour des résultats constants. Tester les deux groupes de mouches cinq jours consécutifs par semaine, en utilisant un protocole progressif qui augmente la durée de chaque séance de deux à trois heures par jour sur une période de trois semaines. Bien entendu, n'importe quel régime peut être utilisé.
La cohérence dans le traitement, l'heure de la journée et les méthodes d'analyse sur une période de trois semaines est essentielle. Une planification rigoureuse et des procédures pratiquées attentivement réduisent la possibilité d'erreurs dues à la fatigue. Les analyses peuvent être réalisées de façon longitudinale sur des mouches avant, après ou pendant le régime d'entraînement.
Il peut également être utilisé pour évaluer la réponse à une variable environnementale de manière plus sûre. Réalisez le test de fatigue un jour où aucune séance d'entraînement n'est prévue. Au début de la journée, chargez les deux groupes de mouches sur la tour de puissance.
Activez l'appareil et observez chaque flacon toutes les 10 minutes. Si, lors de quatre chutes consécutives, cinq mouches ou moins dans un flacon grimpent à une hauteur supérieure à deux pouces, alors ce groupe de mouches est considéré comme fatigué. Retirez les mouches fatiguées de la tour d'entraînement alors qu'elle est encore en fonctionnement et notez l'heure de leur retrait.
Observer tous les tubes pendant un maximum de 10 heures et compiler les résultats. Un dosage pour la quantification. Les effets de l'entraînement correspondent à une mesure quotidienne de la vitesse de course, qui peut être effectuée tout au long du régime d'entraînement et au-delà.
Pour mesurer l'effet à long terme de l'entraînement. Pour commencer le test de vitesse d'escalade ou le test de l'anneau, transférez d'abord les mouches dans de nouveaux tubes vides et placez une rangée de six tubes dans un support à tubes. Des morceaux de ruban adhésif roulés sont utilisés pour fixer les tubes au support.
Placez ensuite la plaque devant une source de lumière, comme une table lumineuse pour radiographies, qui assurera une illumination uniforme des tubes. Réglez maintenant un appareil photo pour prendre en photo la plaque de manière à ce que la position de chaque drosophile soit visible dans chaque tube. Tapez alors légèrement sur les six tubes pour faire tomber toutes les mouches au fond des tubes et prenez une photographie chronométrée.
Deux secondes après que toutes les mouches soient assommées. Si l'on utilise le flash de l'appareil photo, il faut l'utiliser de manière constante. Répéter ce processus quatre fois pour chaque série de vials avant de passer à la power tower.
Pour analyser les données, évaluez chaque photo individuellement à l'aide d'un logiciel afin de déterminer les limites supérieure et inférieure du flacon. Ensuite, mesurez la hauteur d'ascension de chaque mouche. Puis reportez les hauteurs d'ascension dans Excel.
Chaque mouche dans chaque flacon reçoit un score allant de zéro à quatre, correspondant à la hauteur du quadrant atteint. Elles grimpent jusqu'à quatre pour le quadrant le plus élevé et zéro lorsqu'elles ne grimpent pas du tout. Pour chaque flacon, calculez le score de chacune des 20 mouches et déterminez le score moyen de la cohorte.
On appelle cela l'indice d'escalade. La moyenne des quatre indices d'escalade de chaque cohorte ce jour-là est utilisée pour l'analyse des données. Si un logiciel de traitement d'images n'est pas disponible, des lignes de quadrants peuvent être tracées directement sur les tubes vides, et les mouches peuvent se voir attribuer manuellement des valeurs de quadrant, tandis que les mouches de type sauvage ont répondu à un protocole d'endurance par une diminution du déclin lié à l'âge de leur capacité à grimper.
Cet effet persistait après la fin de l'entraînement, comme en témoignent les tests en anneau longitudinaux effectués sur cinq semaines d'âge. Ainsi, l'induction de l'exercice par le programme de la tour de puissance peut être utilisée comme une entrée comportementale, et l'on peut évaluer la capacité de facteurs génétiques ou environnementaux à moduler cet effet. Inversement, la tour de puissance peut également être utilisée comme une sortie.
Par exemple, lorsque des mouches ayant un pourcentage variable de saccharose dans leur alimentation ont été testées pour le temps jusqu'à la fatigue, une teneur accrue en saccharose s'est avérée corrélée à une capacité d'endurance augmentée. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de veiller à ce que tous les groupes de mouches aient le même âge et que les méthodes soient effectuées de manière constante tout au long de l'expérience.
Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment faire courir, entraîner et évaluer des mouches de n'importe quel génotype.
Aperçu
Cette étude présente un nouveau protocole d'entraînement d'endurance chez Drosophila melanogaster, conçu pour évaluer les effets de l'exercice sur la mobilité. La recherche décrit divers tests comportementaux permettant de mesurer les améliorations de la capacité d'escalade après le programme d'entraînement.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Biologie du comportement
- Génétique
Contexte général
- Drosophila melanogaster est un organisme modèle génétique essentiel.
- Des protocoles d'entraînement d'endurance ont été établis chez d'autres espèces, mais pas chez Drosophila.
- Comprendre les effets de l'exercice sur la mobilité peut fournir des informations sur les influences génétiques sur le comportement.
- Les méthodes antérieures manquaient de l'automatisation et de la précision nécessaires à un entraînement efficace.
Objectif de l'étude
- Développer un protocole d'entraînement d'endurance pour Drosophila.
- Évaluer l'impact de l'exercice sur la capacité d'escalade.
- Utiliser des dispositifs automatisés pour des séances d'entraînement constantes.
Méthodes utilisées
- Dispositif automatisé permettant la levée et la chute répétées de flacons à mouches.
- Séances d'entraînement quotidiennes sur trois semaines, dont la durée augmente progressivement.
- Tests comportementaux pour mesurer la vitesse et l'endurance à la grimpette.
- Tests de fatigue pour évaluer les effets de l'entraînement sur la mobilité.
Résultats principaux
- Les mouches entraînées ont démontré une vitesse de grimpe améliorée.
- La méthode d'entraînement automatisée s'est révélée efficace pour l'évaluation de l'endurance.
- Les tests comportementaux ont fourni des métriques quantifiables des effets de l'exercice.
- Des protocoles d'entraînement cohérents ont minimisé la variabilité des résultats.
Conclusions
- Le protocole d'entraînement d'endurance est efficace pour Drosophila melanogaster.
- L'exercice améliore significativement la mobilité des mouches entraînées.
- Cette méthode permet d'effectuer des études approfondies sur la manipulation génétique dans le contexte de l'exercice physique.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
Les protocoles d'entraînement d'endurance chez les organismes modèles permettent une détection mécanistique des hypothèses thérapeutiques liées à l'exercice. Le système Drosophila Power Tower offre une plateforme évolutible et génétiquement manipulable pour l'évaluation longitudinale des changements phénotypiques induits par l'exercice. Cela soutient la validation des cibles et la confiance prédictive dans la découverte préclinique d'interventions métaboliques et neuromusculaires.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Valeur scientifique : Permet l'interrogation des voies génétiques sensibles à l'exercice et la validation fonctionnelle de cibles dans un modèle génétique à haut débit.
- Valeur opérationnelle : Permet le criblage phénotypique longitudinal avec des cohortes appariées par âge afin de réduire les risques liés aux hypothèses mécanistiques.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Génère des paramètres quantitatifs et reproductibles de vitesse d'escalade et de fatigue pour le criblage de composés ou de modificateurs génétiques.
- Valeur opérationnelle : Les résultats normalisés de l'essai facilitent la reproductibilité inter-laboratoires et la préparation à l'automatisation des essais.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Établit un lien entre l'entraînement physique et le ralentissement du déclin lié à l'âge de la mobilité, offrant un système pertinent pour les modèles de vieillissement et de troubles métaboliques.
- Valeur opérationnelle : Permet un suivi longitudinal des effets de l'entraînement sur cinq semaines, facilitant des décisions d'adaptation graduée selon le risque.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Le protocole Power Tower s'inscrit dans le continuum de découverte allant du test d'hypothèses sur une cible au criblage phénotypique et à la validation préclinique.
- Biologie de la découverte : Permet de réduire les risques mécanistiques en isolant l'exercice comme facteur comportemental afin d'évaluer la modulation génétique ou environnementale.
- Écrans de sélection : Fournit des mesures quantitatives et évolutives (indice d'escalade, temps de fatigue) pour évaluer des interventions génétiques ou des composés alimentaires.
- Analytique : Génère des métriques normalisées et longitudinales permettant des comparaisons statistiques entre cohortes et conditions expérimentales.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre l'entraînement physique et une amélioration phénotypique durable, en accord avec la validation préclinique de cibles neuromusculaires ou métaboliques.
- Réutilisation institutionnelle : La conception de la plateforme autorise une réutilisation dans divers fonds génétiques et variables expérimentales (par exemple, régime alimentaire, génotype) sur des périodes prolongées.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Confiance prédictive dans les phénotypes sensibles à l'exercice ; réduction de l'ambiguïté mécanistique en génétique comportementale.
- Valeur opérationnelle : Des protocoles d'entraînement et de test standardisés et reproductibles réduisent la variabilité et augmentent le débit.
- Valeur stratégique : Permet des décisions précoces de poursuite ou d'abandon en validant l'interaction avec la cible à l'aide de l'exercice comme modulateur.
- Impact sur le portefeuille : Soutient la priorisation ajustée au risque des cibles selon le sauvetage ou le renforcement phénotypique induit par l'exercice.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise dans la manipulation de Drosophila, l'exécution de tests comportementaux et le suivi longitudinal des données.
- Exige un environnement à température contrôlée, un mécanisme de levage automatisé et un dispositif d'imagerie pour la quantification du test en anneau.
- Implique une manipulation normalisée des tubes, l'appariement par âge et un calendrier cohérent des tests à travers les cohortes.
- Les considérations d'adaptation incluent la modification des protocoles progressifs, des densités dans les tubes ou de la fréquence des tests selon les fonds génétiques ou les types d'interventions.
- Les limites pratiques comprennent la perte de mouches liée à la fatigue et la nécessité d'une évaluation manuelle si le traitement d'images automatisé n'est pas disponible.
