$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wszystkie zwierzęta polegają na zbilansowanej diecie, aby zdobyć niezbędne ilości składników odżywczych do przetrwania, wzrostu i reprodukcji1. Na wybór tego, co i ile jeść, wpływa wiele czynników związanych ze stanem wewnętrznym zwierzęcia, takich jak poziom sytości i warunki środowiskowe, takie jak jakość jedzenia2,3,4,5. Białko i węglowodany to dwa główne makroskładniki, a ich zbilansowane spożycie jest niezbędne do podtrzymania procesów fizjologicznych zwierząt. Dlatego zrozumienie mechanizmów neuronalnych kontrolujących zachowania żywieniowe i utrzymanie zrównoważonego spożycia tych makroskładników odżywczych jest niezwykle istotne. Dzieje się tak, ponieważ na cechy historii życia, takie jak długość życia, płodność i zdrowie metaboliczne, bezpośredni wpływ ma poziom spożycia białka6,7,8,9,10.
Wykorzystanie prostszych, łatwiejszych do opanowania organizmów, które wykazują ewolucyjnie zachowane nawyki żywieniowe ze złożonymi zwierzętami, w tym ssakami, jest niezbędne dla tego typu badań. Co ważne, te prostsze modele zwierzęce stanowią dobrą okazję do analizy złożonych zagadnień biologicznych w kosztownym, etycznie i technicznie bardziej efektywnym kontekście. W ostatnich dziesięcioleciach Drosophila, ze swoim potężnym zestawem narzędzi genetycznych, skomplikowanym i stereotypowym zachowaniem oraz zachowaną architekturą obwodowych i odżywczych mechanizmów wyczuwania składników odżywczych u ssaków, była owocnym modelem dla neurobiologów behawioralnych11. Ostatecznie mamy nadzieję, że dzięki zrozumieniu, w jaki sposób przyjmowanie pokarmu jest regulowane u tego zwierzęcia, z prostszym układem nerwowym, będziemy mogli zacząć rozplątywać nieprawidłowości neuronalne leżące u podstaw zaburzeń odżywiania u ludzi.
Badanie substratów neuronalnych do zachowań żywieniowych jest głęboko uzależnione od możliwości jednoczesnego mierzenia spożycia pokarmu przez zwierzęta przy jednoczesnym manipulowaniu ich aktywnością neuronalną. Ze względu na minimalne ilości spożywanego pokarmu, ilościowe określenie ilości pokarmu spożywanego przez muchy jest niezwykle trudne, a wszystkie obecnie dostępne metody mają znaczne ograniczenia. W związku z tym złotym standardem jest stosowanie kombinacji uzupełniających się metodologii12. Dorosłe muchy były historycznie faworyzowane jako model genetyczny i behawioralny. Niemniej jednak, larwy Drosophila oferują również możliwości badania substratów neuronalnych kodujących zachowania żywieniowe. Ośrodkowy układ nerwowy (OUN) larwalny, składający się z około 12 000 neuronów, jest znacznie mniej złożony niż u dorosłego osobnika, który zawiera około 150 000 neuronów. Ta mniejsza złożoność jest nie tylko liczbowa, ale także funkcjonalna, ponieważ zachowania larw opierają się na prostszych funkcjach lokomotywy i systemach sensorycznych. Pomimo pozornej prostoty ich układu nerwowego, larwy nadal wykazują pełne zachowania żywieniowe, a niektóre metody ilościowego określania spożycia pokarmu u larw Drosophila zostały opisane5,13,14,15. Łącząc się z manipulacjami aktywności neuronalnej, larwy Drosophila mogą stanowić bardzo podatny model do zrozumienia neuronalnej regulacji przyjmowania pokarmu.
Dostępny tutaj jest szczegółowy protokół ilościowego określania spożycia pokarmu przez larwy narażone na diety o różnej jakości makroskładników. Diety, tak zwane diety równoważące makroskładniki, różniły się zawartością białka i węglowodanów, szczególnie w odniesieniu do stosunku białka do węglowodanów (P:C): 1:1 (dieta bogata w białko), 1:4 (dieta pośrednia) i 1:16 (dieta uboga w białko), jak pokazano na Rysunek 1A. Krótko mówiąc, ustalono ilościowy test żywienia bez wyboru przy użyciu tych trzech diet opartych na izokalorycznych drożdżach sacharozowych (SY) barwionych niebieskim barwnikiem spożywczym. Ponieważ ekstrakt drożdżowy i sacharoza były używane jako źródła białka i węglowodanów, a oba zawierają węglowodany, różnice w proporcjach P:C uzyskano poprzez zmianę równowagi tych dwóch składników, jak opisano wcześniej16 i jak wskazano w Rysunek 1B. Schematyczny przegląd protokołu, pokazujący główne etapy eksperymentalne, jest dostępny w Rysunek 2.
Ten protokół został stworzony w celu zbadania roli określonych populacji neuronów w regulacji poziomu pokarmu larw w dietach o różnych proporcjach P:C oraz w kontekście termogenetycznego badania przesiewowego neuronów. Wykorzystano dobrze scharakteryzowane narzędzie neurogenetyczne z rodziny TRP (Transient Receptor Potential): Drosophila Transient Receptor Potential channel (dTRPA1), który jest kanałem kationowym bramkowanym temperaturą i napięciem, umożliwiającym wyzwalanie potencjałów czynnościowych, gdy temperatura otoczenia wzrośnie powyżej 25 °C17. Aby uzyskać ekspresję transgenu dTRPA1, wykorzystaliśmy linie Gal4 oparte na regionach cis-regulatorowych z genomu Drosophila, ustalonych w laboratorium Rubin, w kontekście projektu FlyLight w Janelia Research Campus18,19.
Chociaż opisany tutaj protokół został ustalony w kontekście ekranu aktywacji, może być łatwo dostosowany przez eksperymentatora do innych konkretnych potrzeb lub zainteresowań, a mianowicie do przeprowadzenia ekranu tłumienia za pomocą wrażliwego na temperaturę tłumika neuronów ShibireTS20, jako alternatywa dla dTRPA1. Ta i inne adaptacje są omówione w sekcjach protokołu i dyskusji.