Śledzenie lokalnych zachowań związanych z poszukiwaniami wywołanymi cukrem u Drosophila
17 listopada 2023
Ten protokół opisuje test behawioralny do rejestrowania zachowań związanych z wyszukiwaniem wywołanym cukrem za pomocą Drosophila melanogaster. Test może być wykorzystany do badania zachowań związanych z karmieniem i żerowaniem, a także leżących u ich podstaw mechanizmów neuronalnych.
W naszym badaniu wykorzystaliśmy Drosophila jako model genetyczny do identyfikacji kluczowych ścieżek wejściowych bodźców w zachowaniach poszukiwawczych. Podejście to ma na celu ujawnienie sieci neuronowych wyzwalających lokalne zachowania związane z wyszukiwaniem, zwiększając zrozumienie wykraczające poza to, co wiadomo o pszczołach miodnych i mrówkach, potencjalnie odnosząc się do ludzi. Drosophila to potężny system modeli genetycznych.
Zrozumienie zachowań związanych z żerowaniem u much doprowadziło do zidentyfikowania nowych obwodów, które nie były wcześniej znane w żadnym innym systemie modelowym, nie tylko neuronów. Ostatnio badano, w jaki sposób stan wewnętrzny działa na te obwody, regulując fizjologię i zachowanie. Nasze badania badają potencjalny związek ewolucyjny między lokalnym poszukiwaniem much a komunikacją taneczną pszczół miodnych, zgodnie z hipotezą Vincenta Dethiera.
Znaleźliśmy podobieństwa między tymi dwoma zachowaniami, wskazując na wspólne mechanizmy neuronalne i molekularne. Sugeruje to, że Drosophila może być wykorzystana jako system modelowy do badania tańca pszczół miodnych. W połączeniu z manipulacją neurogenetyczną i oryginalnym obrazowaniem, paradygmat ten prezentuje potężne i obiecujące podejście.
Nasz protokół nie wymaga żadnych drogich materiałów i może być wykonany na zamówienie w laboratorium. Porównywanie wielu parametrów jest łatwe i wydajne za pomocą przyjaznego dla użytkownika oprogramowania, które generuje powtarzalne i wiarygodne dane. Nasze badanie koncentruje się na identyfikacji obwodów mózgowych, które przecinają różne ścieżki behawioralne podczas żerowania, w tym karmienia, regulacji snu i podejmowania decyzji.
Są one zachowane u różnych gatunków, a my badamy, w jaki sposób te struktury mózgu oddziałują na siebie i regulują wiele zachowań jednocześnie. Na początek zbierz dorosłe samce much Drosophila w ciągu 12 godzin od pojawienia się, umieść je na standardowych pożywkach muchowych na 48 godzin w temperaturze 25 stopni Celsjusza. Pozbawij muchy jedzenia, ale zachowaj im dostęp do wody.
Aby obliczyć głód pożywienia u dwudniowych much, umieść od 15 do 20 much w fiolce z nasączoną bibułą na dnie. Przenieś wygłodzone muchy pojedynczo do małych rurek. Umieść rurki w pobliżu oświetlonej areny, otoczonej białą rurą z polichlorku winylu.
Użyj oprogramowania kamery, aby ustawić ostrość na arenie. Umieść około dwóch mikrolitrów roztworu cukru w środku areny. Teraz powoli odwróć rurkę mikro wirówki za pomocą jednej muchy nad kroplą cukru.
Sfilmuj pozycję 2D areny za pomocą kamery nad głową. Na koniec przeanalizuj trajektorię każdej muchy, aby określić jej zachowanie związane z wyszukiwaniem. Spożycie cukru przez wygłodzone muchy doprowadziło do lokalnych poszukiwań z krętą ścieżką i pętlami.
Nienakarmione muchy nie rozpoczęły jednak poszukiwań, lecz uciekły z areny. Parametry poszukiwań, tj. długość ścieżki, czas pozostawania, meandrów i liczba powrotów były istotnie niższe u much niekarmionych.
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje test behawioralny służący do rejestracji zachowań poszukiwawczych wywołanych cukrem u Drosophila melanogaster. W badaniu wykorzystano muchówki Drosophila jako model genetyczny w celu zidentyfikowania kluczowych szlaków wejściowych bodźców w zachowaniach poszukiwawczych, co pozwala na lepsze zrozumienie sieci neuronalnych zaangażowanych w żerowanie.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neurobiologia
- Biologia behawioralna
- Genetyka
Wstęp
- Muszka owocówka (Drosophila) jest potężnym genetycznym modelem badawczym.
- Zrozumienie zachowań żerowania u much doprowadziło do zidentyfikowania nowych obwodów neuronalnych.
- Badanie zgłębia powiązania ewolucyjne między lokalnym poszukiwaniem pokarmu u much a komunikacją taneczną u pszczół miodnych.
- Wspólne mechanizmy neuronalne i molekularne sugerują, że Drosophila może służyć jako model zachowań pszczół miodnych.
Cel badania
- Identyfikacja obwodów mózgowych, które przecinają różne ścieżki behawioralne podczas żerowania.
- Zbadanie sposobu, w jaki struktury mózgowe regulują jednocześnie wiele zachowań.
- Pogłębienie zrozumienia procesów żywienia, regulacji snu oraz podejmowania decyzji u różnych gatunków.
Zastosowane metody
- Należy zebrać dorosłe męskie muchówki Drosophila i umieścić je na standardowej pożywce dla much.
- Poddać muchy głodzeniu przy jednoczesnym zapewnieniu im dostępu do wody.
- Użyj roztworu cukru w arenie w celu obserwacji zachowań poszukiwawczych.
- Przeanalizuj trajektorię każdej muchy w celu określenia parametrów zachowania poszukiwania.
Główne wyniki
- Głodzone muchy wykazywały lokalne poszukiwania na krętej ścieżce.
- Muchy nienakarmione nie rozpoczęły poszukiwań i opuściły arenę.
- Parametry poszukiwania były znacznie niższe u much nienakarmionych.
- Badanie dostarcza informacji na temat mechanizmów neuronalnych zachowań żerowania.
Wnioski
- Muszka owocówka (*Drosophila*) służy jako skuteczny model do badania zachowań żerowania.
- Wyniki sugerują istnienie konserwatywnych mechanizmów neuronalnych u różnych gatunków.
- Protokół jest kosztowo efektywny i pozwala na wydajne porównanie danych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowe śledzenie lokalnego poszukiwania wywołanego cukrem u Drosophila umożliwia precyzyjną analizę obwodów neuronalnych leżących u podstaw żerowania napędzanego głodem, co wspiera wczesną walidację celów w badaniach neurobehawioralnych. Paradygmat ten dostarcza wiarygodnych i powtarzalnych wyników behawioralnych, które ułatwiają ograniczanie ryzyka mechanistycznego i porównywanie ścieżek międzygatunkowych, dostarczając informacji niezbędnych do podejmowania decyzji portfelowych w zakresach neurogenetyki i farmakologii behawioralnej. Podejście to jest skalowalne i kosztowo efektywne, co wspiera wysokoprzepustowe testowanie hipotez w zespołach badawczo-rozwojowych przedsiębiorstw.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie szlaków neuronalnych regulujących zachowania związane z żerowaniem i żywieniem.
- Wspiera walidację funkcjonalną genów kandydackich i obwodów neuronalnych z wykorzystaniem narzędzi neurogenetycznych.
- Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez powiązanie fenotypów behawioralnych z celami molekularnymi.
- Zapewnia platformę do badań porównawczych w obrębie konserwatywnych szlaków behawioralnych.
Przesiewy i opracowanie testów
- Zapewnia zestandaryzowane, ilościowe odczyty behawioralne do rozwoju testów analitycznych.
- Umożliwia powtarzalny pomiar parametrów poszukiwania, takich jak długość ścieżki i meandrowanie.
- Wspiera skalowalny screening zaburzeń genetycznych lub farmakologicznych wpływających na obwody neuronalne.
- Przygotowuje zwalidowane systemy behawioralne do dalszych etapów analiz neurofarmakologicznych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodne z modelami regulacji karmienia, snu i podejmowania decyzji istotnymi dla badanych chorób.
- Wspiera odkrywanie biomarkerów translacyjnych poprzez mapowanie konserwowanych mechanizmów neuronalnych.
- Umożliwia dostosowane do ryzyka wdrażanie celów neurobehawioralnych z etapu odkrywania do walidacji przedklinicznej.
- Zapewnia pewność prognostyczną w zakresie ekstrapolacji wyników behawioralnych międzygatunkowych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ten paradygmat behawioralny wpisuje się w kontinuum odkryć, od wczesnego mapowania obwodów neuronalnych po rozwój modeli przedklinicznych, wspierając identyfikację związków wiodących oraz walidację mechanistyczną.
- Biologia odkrywcza: Ułatwia testowanie hipotez dotyczących regulacji neuronalnej żerowania i żywienia.
- Screening: Zapewnia powtarzalne, ilościowe wyniki behawioralne w celu weryfikacji gotowości testu.
- Analityka: Umożliwia statystyczne porównanie parametrów poszukiwania w różnych warunkach eksperymentalnych.
- Badania translacyjne: Łączy odkrycia dotyczące Drosophila z konserwowanymi szlakami u organizmów wyższych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje wielokrotnego użytku, konfigurowalną platformę do różnorodnych badań neurogenetycznych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celów neuronalnych i mapowaniu ścieżek behawioralnych.
- Wartość operacyjna: Dostarcza zestandaryzowane, skalowalne i efektywne kosztowo testy behawioralne.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie wiarygodnych decyzji typu go/no-go i redukuje ryzyko biologiczne na późnych etapach w portfelach neurobehawioralnych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację celów neurogenetycznych i behawioralnych z uwzględnieniem ryzyka.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w genetyce Drosophila oraz analizie behawioralnej.
- Wymaga podstawowej infrastruktury obrazowania i przyjaznego dla użytkownika oprogramowania do śledzenia.
- Wymaga standaryzacji oceny behawioralnej i analizy danych pomiędzy zespołami.
- Możliwość adaptacji do różnych manipulacji neurogenetycznych i systemów modelowych.
- Ograniczone do zachowań i obwodów zachowanych u Drosophila i gatunków pokrewnych.
