ショウジョウバエのメンテナンスと飼育

JoVE Science Education
Biology I: yeast, Drosophila and C. elegans
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JoVE Science Education Biology I: yeast, Drosophila and C. elegans
Drosophila Maintenance

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08:46 min
April 30, 2023

Overview

ミバエとしても知られるキイロショウジョウバエは生命科学の研究に頻繁に用いられるモデル生物です。キッチンにバナナを長い間放置すると寄ってくるハエとは違って、研究に使用するショウジョウバエは、丁寧な飼育とメンテナンスを必要とします。

このビデオでは、健康なハエの保持に必要不可欠なステップを説明しています。まずはショウジョウバエのエサとなる酵母、糖を含有する培地の準備、保存方法を紹介しています。次に、ショウジョウバエの飼育に最もよく利用されている容器の紹介、ハエの移動のさせ方、容器の交換時期などを説明しています。最後に、生物学実験を行う際の飼育や摂食条件の適用例を学ぶことができます。

Procedure

キイロショウジョウバエ研究の成功の鍵は、適切なメンテナンスと飼育方法です。 このビデオでは適切なエサ、飼育場所、ハンドリングについて説明していきます。

キイロショウジョウバエは単にショウジョウバエとも呼ばれ、果物の発酵により増殖する酵母のような微生物を常食とします。 研究室では実用的なエサが使われています。

エサにはいくつか種類がありますが、必須成分である糖と酵母はすべてのエサに含まれています。 次のレシピは膨大かつ様々なハエを保有していることで有名なブルーミントンのインディアナ大学のものです。 成分は、滅菌水、酵母、大豆粉、イエローコーンミル、固形化するための寒天、コーンシロップ、カビやバクテリア繁殖防止のためのプロピオン酸です。 それらに熱をかけ、かき混ぜ、プラスチック培養試験管にポンプを使って分注します。 それからコットンで蓋をし、ラップをして4度で冷却します。 固形化したらオートクレーブで滅菌します。

エサについて少し知ったところで、次はハエの飼育場所、取り扱いについて見ていきましょう。 ハエの飼育にはいろいろな容器が使われます。 バイアルは50匹から100匹のハエを飼育するのに使います。 大きなボトルを使うと300から600匹のハエの飼育をすることができます。 何百ものバイアルやボトルがインキュベーターの中で保持されています。 通常ハエの飼育条件は、温度25℃、相対湿度60から65%に設定されています。

ハエを扱う場合、適切なラベリングと情報管理、ハエの系統保持、そして実験のために常にきれいな環境を整えておくことが大切です。 さなぎの約半分が羽化、もしくは脱皮したら、容器を交換する必要があります。 脱皮後の皮ははっきりと現れます。 ちなみに、蛹期(ようき)は幼虫期と成虫期の間にあたり、幼虫が成長し大人になるまでの期間です。 さなぎの皮をはっきりと見分けるために、容器を光源に近付け、さなぎを観察します。

ハエを新しい培地へ移動させるには、「フリッピング」という方法を使います。 ちなみに培地とはハエのエサのことです。 ハエをフリッピングする前に、培地を確認します。 乾燥で割れたり、カビやバクテリアが繁殖していると生存できません。 フリッピングするには、まずバイアルの端を軽く叩き、ハエをバイアルの側面に集めます。 そして素早く蓋を外し逆さにして、新しい容器にハエを移します。 ハエに逃げられたり、蓋で潰したりするのを防ぐため、そしてフリッピング時、ハエをすべて確保するためにこの操作は迅速に行う必要があります。

To flip flies, first, tap the fly vial gently on the counter to knock flies off the sides of the vial. Then quickly remove the stopper, and invert the flies from the old container rapidly into a new one. This process is done rapidly, to prevent flies from escaping or being crushed by the stopper, and to prevent loose flies from entering the vial during flipping.

ハエのフリッピングはショウジョウバエの大量移動に適しますが、 一方でハエの選別の際には麻酔を使います。 ここでは、低温麻酔と炭素ガス麻酔の2種類の方法を見ていきます。 ハエを冷却するため、培地をマイナス20℃の冷凍庫に8分から12分入れます。 そして選別のために、冷却した平らな台にハエを置きます。 また表面が凍結した台に直接置いて麻酔することもできます。

炭酸ガス麻酔は、急性死亡率が低く研究者への危険も少ないので、より好ましい方法です。 炭酸ガスを送るために、CO2タンクからチューブに接続された針を通して、容器の中のハエに麻酔をかける構造になっています。 また顕微鏡下で分析できるようチューブは麻酔台にもつながっています。

麻酔をかけるには、針を使って蓋の隙間から炭酸ガスを送り込みます。 もしくは容器を軽く叩き、蓋を外し素早く逆さにして炭酸ガス麻酔台に置きます。 ハエが動かなくなるまでふたをしておきます。 ハケやカンシを使って、優しく新しい容器に移します。

不要になったハエはイソプロパノール又はエタノールにミネラルオイルを加えたボトルに漏斗をセットしたハエ捨て瓶に廃棄します。

ここまで、研究室でのハエの管理と飼育法について見てきました。 次は、各実験に適した飼育法やエサの条件について見ていきましょう。

実験によっては、より大量のハエを収容できる容器が必要になります。

この実験では、大容量の胚を収集するため、ハエポピュレーションケージを使っています。 ポピュレーションケージとは、何千匹ものハエを飼育できる透明のプラスチックボックスです。 研究者が、いくつかのボトルから必要なハエをポピュレーションケージに放しています。 ケージ内には寒天培地を置き、胚を集めます。

また実験によってはエサの調整が必要になります。

この実験では、トランスジェニックフライの逃避反応を観察しています。 ハエのニューロンに光活性化イオンチャネルを発現させることで逃避反応を制御できます。 ショウジョウバエのエサにこのチャネルの相互因子である「オールトランスレチナール」を添加し、チャネル活性化を促進させます。 そのエサを溶かし、試薬を加えます。(C’) それからハエに青い光をあてるとチャネルが活性され、逃避反応が引き起こされます。 飛び立つまでの時間を測定します。

実験によって様々なハンドリングや環境条件があります。

この実験では、運動効果を研究するために精巧な「パワータワー」が使われています。 パワータワーは上下運動を繰り返す機械で、重力に反して上昇するハエの反応の研究に使われます。 この反応は、「負の走地性」と呼ばれます。

パワータワーを用いて行ったハエのエクササイズの効果は、負の走地性を解析する、RING assayを用いて測定されます。 空のバイアルにハエを入れ、カメラの前にセットします。 バイアルをタップし上昇距離を記録します。 この実験から、コントロールグループに比べ、エクササイズを行ったグループは、運動能力が持続して高いことが分かります。

今回は、JoVEキイロショウジョウバエのメンテナンスと飼育法編を見てきました。 これでもうハエのエサ培地の準備、適切な飼育、ハエのフリッピング、簡単な実験を行うことができるはずです。 ご覧いただきありがとうございました。

Transcript

Successful Drosophila melanogaster research hinges upon correct maintenance and husbandry of this valuable model organism. The following video will discuss the necessary steps required to provide proper nutrition, housing, and handling of the fly.

Though commonly know as the fruit fly, Drosophila melanogaster actually subsists on the microorganisms, such as yeast, that grow on fermenting fruit. In the lab, the fly’s diet is modified for practical purposes. Several recipes are available, and all contain the essential components: sugar and yeast. The following recipe is from the University of Indiana in Bloomington, famous for its vast variety of fly stocks. It consists of: sterile water, yeast, soy flour, yellow cornmeal, agar for texture, corn syrup, and propionic acid to inhibit mold and bacterial growth. These ingredients are combined, heated, stirred, and then distributed into plastic housing vials using a pump. After they are filled, the vials are plugged with a cotton top, wrapped, and cooled at 4 °C. Once solidified, food is sterilized via autoclaving.

Now that we’ve learned a bit about what flies eat, let’s have a look at where they live and how they’re handled.

A variety of containers are used for housing flies. Vials are used for fly maintenance and optimally contain 50-100 adults. Bottles are used for larger cultures and house 300-600 adult flies. Incubators control the environment and are capable of holding hundreds of vials and bottles. The normal storage conditions for flies are 25 °C and 60-65% relative humidity.

When working with flies, it is important to practice proper labeling and documentation, and to keep a clean environment to maintain the integrity of fly lines and experiments. A container must be changed when about half of the pupae have eclosed, or left the pupal casing. The casings will appear clear.

FYI, the pupal stage occurs between the larval and adult stages, and is the time when the larvae incubate and develop into an adult. To identify pupal casings as clear, hold the container up to a light source and inspect the pupa.

Flies are transferred to vials with fresh media — a fancy name for fly food — via a process known as “flipping flies.” Before flipping flies, inspect the media for integrity. Flies cannot survive on food cracked with dryness or contaminated with mold or bacteria.

To flip flies, first, tap the fly vial gently on the counter to knock flies off the sides of the vial. Then quickly remove the stopper, and invert the flies from the old container rapidly into a new one. This process is done rapidly, to prevent flies from escaping or being crushed by the stopper, and to prevent loose flies from entering the vial during flipping.

While flipping flies is the preferred method for the bulk transfer of Drosophila, anesthetization is required for sorting flies. Two methods of anesthetization will be discussed here: chilling, and using carbon dioxide. To chill flies place the culture in a -20 °C freezer for 8-12 minutes. Then place flies onto a chilled, flat workspace for selection. Flies can also be anesthetized using cold by chilling them directly on a frozen surface.

Carbon dioxide is a preferred method for anesthetization because it does not cause acute mortality in flies or danger to the researcher. The CO2 delivery system is made up: of a CO2 tank; a tube connected to a needle, to anesthetize flies in vials and bottles; and a tube connected to a CO2 plate for analysis under the microscope.

To anesthetize flies, insert the CO2 needle through the stopper. Alternatively, tap the container on a surface, remove the stop, and quickly invert the flies onto a CO2 plate, keeping a closed seal until the flies are immobile. Using a brush or forceps, gently move the flies into the new container.

To discard unwanted flies, dump them into a fly morgue, which consists of a large bottle filled with isopropanol or ethanol and mineral oil topped with a funnel.

Now that we’ve seen how flies are maintained and handled in the laboratory, let’s have a look at how housing and feeding conditions are modified for different experiments.

Some experiments require alternative housing in order to contain a greater amount of flies.

In this experiment, the researcher uses a fly population cage to collect a large quantity of embryos. A fly population cage is clear, plastic box capable of holding thousands of flies. The researcher releases the desired flies from several bottles into the fly population cage, then places agar plates into the cage to collect embryos.

Some experiments demand the manipulation of the fly diet.

In this experiment, the researcher wants to observe the escape response of transgenic flies that express a light-activated ion channel in neurons that regulate the flies’ escape response. The Drosophila diet is supplemented with “all-trans-retinal”, which is a cofactor for this channel and allows it to function. This is done by melting the food and adding the reagent. The fly is then exposed to blue light that activates the channel and induces the escape response, and the time taken to fly measured.

A variety of housing and handling conditions can be manipulated for experimentation.

In this experiment, an elaborate “power tower” is created to study the effects of exercise on Drosophila. The power tower is a machine that continually rises and drops, taking advantage of the fly’s natural response to move upward, against gravity, which is known as “negative geotaxis.”

The performance of the flies exercised in the power tower is measured using a Rapid Iterative Negative Geotaxis assay, or RING assay for short. Flies in empty vials are placed in front of a camera. The vials are tapped, and the distances climbed are recorded. This experiment shows that compared to a control group exercise had a positive impact on activity over time.

This JoVE video has covered the maintenance and husbandry of Drosophila melanogaster. After watching this video you should be able to prepare fly food media, properly identify appropriate housing, flip flies, and perform simple experiments. Thanks for watching!