Pomiar poziomu wysiłku fizycznego u Drosophila melanogaster za pomocą Rotacyjnego Systemu Kwantyfikacji Wysiłkowej (REQS)
May 27th, 2018
System Oceny Ilościowej Ćwiczeń Rotacyjnych (REQS) może indukować ćwiczenia u Drosophila melanogaster poprzez rotację, jednocześnie mierząc ilość aktywności wykonywanej przez zwierzęta. W tym miejscu przedstawiamy protokół punkt po punkcie, w którym szczegółowo opisano, w jaki sposób mierzyć poziom aktywności zwierząt doświadczających zabiegów ćwiczeń rotacyjnych za pomocą REQS.
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie biologii wysiłku fizycznego, takie jak to, jak różni się reakcja na wysiłek fizyczny u zwierząt w różnym wieku i jakie szlaki genetyczne kontrolują reakcję na wysiłek. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala ona naukowcom po raz pierwszy zmierzyć aktywność muszek wykonujących ćwiczenia wywołane rotacją w czasie rzeczywistym. Procedurę zademonstruje Louis Patrick Watanabe, doktorant z mojego laboratorium.
Przed planowanym eksperymentem należy ustawić krzyżówki samców i samic much, aby można było zebrać każde kontrolowane potomstwo do eksperymentu. Na początek załaduj osiem szklanych probówek z próbkami 10 znieczulonych much testowych na fiolkę. Standardowa grupa eksperymentalna składa się z 10 fiolek po 10 much każdej płci.
Aby załadować fiolki do REQS, należy włożyć fiolkę do szczeliny monitora aktywności od przodu. Następnie nałożyć drugą nakrętkę na fiolkę i wyśrodkować fiolkę, przesuwając O-ring w razie potrzeby. Umieść REQS w inkubatorze zapewniającym kontrolowane warunki środowiskowe.
Przed kontynuowaniem pozwól zwierzętom dojść do siebie po znieczuleniu przez godzinę w tym inkubatorze. W przypadku testów dłuższych niż osiem godzin można używać fiolek zawierających żywność, która jest bardzo bezpiecznie przymocowana do jednego końca probówki. Po okresie aklimatyzacji włącz urządzenie, aby rozpocząć obroty.
Dostosuj prędkość do żądanej prędkości, na przykład cztery obroty/min. Żadna rurka nie powinna stykać się z dolną powierzchnią, jeśli są prawidłowo ustawione. W przypadku typowego testu wystarczy uruchomić oprogramowanie i rejestrować aktywność przez żądany czas, na przykład przez dwie godziny w przypadku używania fiolek bez jedzenia.
Po zainicjowaniu oprogramowanie automatycznie zapisuje dane w pliku tekstowym. W oprogramowaniu zielona lampka połączenia wskazuje, że oprogramowanie zbiera dane. Częstotliwość nagrywania można dostosować w zakładce Preferencje.
Zazwyczaj stosuje się interwały pięciominutowe. Podczas badania nie należy otwierać inkubatora, ponieważ zwierzęta są bardzo wrażliwe na wszelkie zakłócenia i prawdopodobnie zareagują zwiększoną aktywnością. Pod koniec testu zakończ zbieranie danych, zamykając oprogramowanie, a następnie wyłącz REQS i sprawdź probówki.
Zwróć uwagę na wszelkie zgony, które miały miejsce podczas reżimu ćwiczeń. Ogólnie rzecz biorąc, cztery obroty na minutę przez dwie godziny nie są śmiertelne dla zdrowych szczepów. Na koniec rozładuj fiolki, znieczulając muchy dwutlenkiem węgla.
Plik danych może być analizowany za pomocą dowolnego pakietu statystycznego. Jeśli istnieją punkty czasowe, w których wynik aktywności wynosi zero dla wszystkich pozycji, oznacza to, że w tych punktach czasowych nastąpiła przerwa w połączeniu. Jeśli wystąpią przerwy, ustabilizuj połączenia prowadzące do obracającego się gniazda telefonicznego za pomocą taśmy.
Cztery genetycznie odrębne linie Drosophila zostały przetestowane za pomocą REQS przy użyciu opisanego protokołu. Każda grupa składała się ze 100 much podzielonych na 10 fiolek. Średnią aktywność obliczono w pięciominutowych przedziałach w ciągu dwugodzinnego testu, przeprowadzonego przy czterech prędkościach obrotowych.
Średnia aktywność wysiłkowa między wszystkimi czterema genotypami była istotnie różna, jednak nie stwierdzono istotnej różnicy między dziewiczymi samcami i dziewiczymi samicami much, dlatego ich dane przedstawiono razem w tej analizie. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się genetyką ćwiczeń do zbadania różnych reakcji na wysiłek fizyczny u Drosophila melanogaster i zbadania wpływu ćwiczeń na zachowanie i fizjologię zwierząt. Po tej procedurze można zastosować inne metody, takie jak analiza składu ciała, testy wysiłkowe i testy sprawnościowe, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące wpływu zabiegów ruchowych na zwierzęta.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
System Kwantyfikacji Ćwiczeń Obrotowych (REQS) umożliwia indukcję ćwiczeń u Drosophila melanogaster poprzez obrót, jednocześnie mierząc ich poziom aktywności. Ten protokół zapewnia szczegółowe podejście do oceny aktywności much poddanych obrotowym zabiegom ćwiczeniowym.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Biologia ćwiczeń
- Analiza zachowań
- Szlaki genetyczne
Tło
- Rozumienie reakcji na ćwiczenia w różnych grupach wiekowych.
- Badanie szlaków genetycznych wpływających na reakcję na ćwiczenia.
- Pomiar aktywności much w czasie rzeczywistym podczas ćwiczeń.
- Wykorzystanie REQS do ustawień eksperymentalnych.
Cel badania
- Zmierzenie poziomu aktywności u Drosophila podczas ćwiczeń obrotowych.
- Zbadanie, jak reakcja na ćwiczenia zmienia się wraz z wiekiem i genetyką.
- Zapewnienie protokołu dla badaczy, aby mogli powtórzyć badanie.
Zastosowane metody
- Ustawienie krzyżówek między samcami i samicami Drosophila.
- Ładowanie szklanych rurek próbkowych z znieczulonymi muszkami testowymi.
- Standardowa grupa eksperymentalna składająca się z wielu pojemników z muszkami.
- Monitorowanie aktywności w czasie rzeczywistym podczas ćwiczeń obrotowych.
Główne wyniki
- Udana indukcja ćwiczeń u Drosophila za pomocą REQS.
- Zbieranie danych w czasie rzeczywistym na temat poziomu aktywności much.
- Wgląd w różnice związane z wiekiem w reakcji na ćwiczenia.
- Identyfikacja szlaków genetycznych wpływających na zachowanie podczas ćwiczeń.
Wnioski
- REQS jest cennym narzędziem do badania biologii ćwiczeń u Drosophila.
- Pomiar w czasie rzeczywistym poprawia zrozumienie reakcji na ćwiczenia.
- Przyszłe badania mogą wykorzystać tę metodologię do zbadania wpływów genetycznych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Quantifying exercise-induced activity in Drosophila melanogaster using the Rotating Exercise Quantification System (REQS) enables precise measurement of behavioral phenotypes relevant to genetic and physiological studies. This capability supports early-stage target validation and mechanistic de-risking in discovery pipelines focused on exercise biology, metabolic regulation, and behavioral genetics. Standardized, quantitative outputs from REQS facilitate cross-strain and cross-condition comparisons, enhancing predictive confidence for translational research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of genetic and physiological pathways underlying exercise response in a tractable model.
- Supports functional target validation by quantifying activity changes across genotypes, sexes, and experimental variables.
- Facilitates mechanistic de-risking by providing real-time, quantitative behavioral data.
- Improves predictive confidence for downstream studies by standardizing exercise exposure across groups.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, reproducible behavioral assays for compound or genetic screening in Drosophila.
- Delivers quantitative, time-resolved activity data suitable for high-throughput analysis.
- Enables assay standardization and reproducibility across experimental runs and research teams.
- Supports scalable screening of modifiers of exercise-induced activity.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant phenotypes such as metabolic regulation and stress response when supported by downstream assays.
- Provides continuity from genetic discovery to preclinical validation in model organisms.
- Enables risk-adjusted advancement decisions by clarifying genotype-phenotype relationships.
- Supports predictive de-risking for translational biomarker development when integrated with additional endpoints.
Pipeline & Workflow Integration
The REQS method integrates into the early discovery continuum, bridging genetic manipulation, behavioral phenotyping, and preclinical model development in exercise biology and related fields.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying exercise-induced activity across genetic backgrounds.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible behavioral outputs for compound or genetic modifier evaluation.
- Analytics: Generates quantitative, time-binned activity data for robust statistical comparison of experimental groups.
- Translational Research: Enables alignment with disease-relevant endpoints when combined with physiological or biomarker assays.
- Enterprise Reuse: Establishes a standardized, reusable platform for behavioral phenotyping in Drosophila research portfolios.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in early-stage target validation.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable behavioral assays for cross-team use.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by clarifying genotype-phenotype relationships.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of genetic or pharmacological targets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in Drosophila handling, behavioral assay design, and statistical analysis.
- Needs access to the REQS instrument, compatible activity monitoring software, and controlled environmental conditions.
- Demands cross-team standardization of assay parameters and data analysis workflows.
- May require adaptation for different fly strains, ages, or experimental variables.
- Potential limitations include sensitivity to environmental disturbance and the need for robust data connection stability.
