Drosophila melanogaster jest potężnym genetycznym organizmem modelowym, wykorzystywanym od dziesięcioleci do wyjaśniania molekularnych szlaków sygnałowych i zachowań komórkowych. Wiele ewolucyjnie konserwatywnych szlaków sygnałowych, niezbędnych dla rozwoju organizmów wielokomórkowych, zostało po raz pierwszy zidentyfikowanych, a ich mechanizmy działania określone w Drosophila. Około 65-75% wszystkich genów związanych z chorobami ludzi posiada ortologi w Drosophila1,2. Oko dorosłej Drosophila stanowi ważny model, który umożliwił przeprowadzenie nieobciążonych genetycznych przesiewów, co z kolei ułatwiło odkrycie istotnych konserwatywnych genów zaangażowanych w ludzkie choroby, w tym nowotwory3,4, neurodegenerację5 oraz zaburzenia metaboliczne6.
Oko Drosophila składa się z około 800 oczu jednostkowych, nazywanych ommatidiami, które są precyzyjnie rozmieszczone w układzie heksagonalnym na powierzchni oka dorosłego osobnika7. Każde ommatidium składa się z ośmiu neuronów photoreceptorowych, które zajmują określone miejsce wewnątrz asymetrycznego trapezu. Wspierają je cztery nie-neuronalne komórki stożkowe oraz dwie pierwotne komórki pigmentowe, które wydzielają soczewkę i pseudostożek w celu skupienia światła na rhabdomerach neuronów photoreceptorowych, które odpowiadają za detekcję światła. Sąsiednie ommatidia są oddzielone pojedynczym rzędem komórek sieci interommatidialnej, w skład której wchodzą wtórne komórki pigmentowe, trzeciorzędowe komórki pigmentowe oraz kompleksy mechanosensorycznych szczecinek8,9,10.
Zaburzenia w rozwoju oka są widoczne u dorosłych osobników jako zwiększony lub zmniejszony rozmiar oka, nieprawidłowa liczba lub struktura soczewek lub szczecinek, a także jako „szorstkie oko” (rough eye), w którym normalnie niezmienny wzór heksagonalny zostaje zaburzony w taki sposób, że rzędy ommatidiów nie mogą być już śledzone w poprzek powierzchni oka. Fenotypy te można oceniać na poziomie tkanek przy użyciu mikroskopów stereoskopowych. Szczegółowa analiza fenotypów tradycyjnie obejmuje skaningową mikroskopię elektronową, po której następuje ilościowa analiza obrazu11. Jednak skaningowa mikroskopia elektronowa wymaga drogiej aparatury, kosztownych odczynników, przygotowania próbek trwającego wiele dni, a często także stałego personelu do konserwacji sprzętu.

Rycina 1: Schemat obrazowania struktur dorosłych osobników Drosophila. (A) Pobranie i utrwalenie dorosłych osobników Drosophila w 70% etanolu. (B) Przygotowanie próbek do obrazowania poprzez montaż na punktach i mocowanie do szpilek. (C) Pozyskanie obrazów o wysokiej rozdzielczości za pomocą stosowania skupienia (focus stacking) i integracji. (D) Ilościowa analiza obrazów z wykorzystaniem programu FIJI. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Niniejsza praca przedstawia schemat postępowania, który jest stosunkowo niedrogi, charakteryzuje się krótkim czasem przygotowania próbek, może być łatwo zorganizowany na stole laboratoryjnym o szerokości 3 stóp, nie wymaga użycia materiałów niebezpiecznych i może stanowić trwałe uzupełnienie wyposażenia laboratoriów badających Drosophila (Rysunek 1). Montaż na szpilce jest techniką entomologiczną stosowaną do suszenia i konserwacji małych owadów o miękkim ciele, takich jak Drosophila12. Metoda ta opiera się na połączeniu obiektywów mikroskopowych z aparatami DSLR o wysokiej rozdzielczości, co pozwala na uzyskanie powiększeń od 10x do 1 000x. Ograniczona głębia ostrości charakterystyczna dla makrofotografii jest niwelowana poprzez stosowanie techniki focus stackingu: łączenia serii obrazów, w których płaszczyzna ostrości przesuwa się przez badany okaz13. Metoda ta pozwala na uzyskanie obrazów o wysokiej rozdzielczości, odpowiednich do kwantyfikacji fenotypów, i może być łatwo zaadaptowana do obrazowania innych struktur, takich jak skrzydło, noga, klatka piersiowa i odwłok. Przepływ analizy obrazów wykorzystuje bezpłatny program do analizy obrazu FIJI (NIH ImageJ). Dzięki tej metodologii przygotowanie próbek, obrazowanie o wysokiej rozdzielczości oraz analiza stają się dostępne dla studentów studiów licencjackich oraz naukowców w instytucjach o ograniczonych zasobach.