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
Ten protokół opisuje metodę badawczą do rejestracji zachowania poszukiwawczego wywołanego cukrem u Drosophila melanogaster. Badanie wykorzystuje Drosophila jako model genetyczny do identyfikacji kluczowych ścieżek impulsów stymulujących w zachowaniu poszukiwawczym, poprawiając rozumienie sieci neuronowych zaangażowanych w poszukiwaniu pożywienia.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Biologia behawioralna
- Genetyka
Tło
- Drosophila jest potężnym genetycznym systemem modelowym.
- Zrozumienie zachowania poszukiwawczego u much prowadziło do identyfikacji nowych obwodów.
- Badanie bada ewolucyjne powiązania między lokalnym poszukiwaniem u much a komunikacją taneczną pszczół miodnych.
- Wspólne mechanizmy neuronowe i molekularne sugerują, że Drosophila może modelować zachowanie pszczół miodnych.
Cel badania
- Zidentyfikować obwody mózgowe, które przecinają różne ścieżki behawioralne w poszukiwaniu pożywienia.
- Zbadać, jak te struktury mózgowe regulują jednocześnie wiele zachowań.
- Poprawić rozumienie karmienia, regulacji snu i podejmowania decyzji w różnych gatunkach.
Zastosowane metody
- Zbierz dorosłe samce Drosophila i umieść je na standardowym pożywce dla much.
- Głodź muchy, zachowując dostęp do wody.
- Użyj roztworu cukru w arenie, aby obserwować zachowanie poszukiwawcze.
- Analizuj trajektorię każdej muchy, aby określić parametry zachowania poszukiwawczego.
Główne wyniki
- Głodne muchy wykazywały poszukiwanie lokalne ze skręcającym torem.
- Nienakarmione muchy nie rozpoczynały poszukiwań i uciekały z areny.
- Parametry poszukiwań były znacząco niższe u nienakarmionnych much.
- Badanie zapewnia wgląd w neuronowe mechanizmy zachowania poszukiwawczego.
Wnioski
- Drosophila służy jako skuteczny model do badania zachowania poszukiwawczego.
- Wyniki sugerują zachowane mechanizmy neuronowe w różnych gatunkach.
- Protokół jest opłacalny i pozwala na efektywne porównanie danych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Quantitative tracking of sugar-elicited local searching in Drosophila enables precise dissection of neural circuits underlying hunger-driven foraging, supporting early-stage target validation in neurobehavioral research. This paradigm provides robust, reproducible behavioral outputs that facilitate mechanistic de-risking and cross-species pathway comparison, informing portfolio decisions in neurogenetics and behavioral pharmacology. The approach is scalable and cost-effective, supporting high-throughput hypothesis testing for enterprise R&D teams.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neural pathways regulating foraging and feeding behaviors.
- Supports functional validation of candidate genes and circuits using neurogenetic tools.
- Facilitates mechanistic de-risking by linking behavioral phenotypes to molecular targets.
- Provides a platform for comparative studies across conserved behavioral pathways.
Screening & Assay Development
- Delivers standardized, quantitative behavioral readouts for assay development.
- Enables reproducible measurement of search parameters such as path length and meander.
- Supports scalable screening of genetic or pharmacological perturbations affecting neural circuits.
- Prepares validated behavioral systems for downstream neuropharmacology workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant models of feeding, sleep, and decision-making regulation.
- Supports translational biomarker discovery by mapping conserved neural mechanisms.
- Enables risk-adjusted advancement of neurobehavioral targets from discovery to preclinical validation.
- Provides predictive confidence for cross-species extrapolation of behavioral findings.
Pipeline & Workflow Integration
This behavioral paradigm integrates into the discovery continuum from early neural circuit mapping to preclinical model development, supporting lead identification and mechanistic validation.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on neural regulation of foraging and feeding.
- Screening: Provides reproducible, quantitative behavioral outputs for assay readiness.
- Analytics: Enables statistical comparison of search parameters across experimental conditions.
- Translational Research: Connects Drosophila findings to conserved pathways in higher organisms.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, customizable platform for diverse neurogenetic investigations.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in neural target validation and behavioral pathway mapping.
- Operational Value: Delivers standardized, scalable, and cost-effective behavioral assays.
- Strategic Value: Supports robust go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk in neurobehavioral portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neurogenetic and behavioral targets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in Drosophila genetics and behavioral analysis.
- Needs basic imaging infrastructure and user-friendly tracking software.
- Demands cross-team standardization of behavioral scoring and data analysis.
- Adaptable to various neurogenetic manipulations and model systems.
- Limited to behaviors and circuits conserved in Drosophila and related species.
