Artigo de método

FLEX: Protocolo de Treinamento de Exercícios de Voo para a Drosophila Mosca-das-Frutas

DOI:

10.3791/69217

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14 de outubro de 2025

 ,  ,  ,  , 
1Department of Comparative Biomedical Sciences, LSU School of Veterinary Medicine

Neste artigo

Resumo

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O objetivo deste protocolo é fornecer exercícios de vôo para a mosca da fruta Drosophila. Resultados representativos mostram que o treinamento físico de voo resulta em um aumento da capacidade aeróbica e resistência a uma dieta rica em gordura.

Resumo

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Drosophila tornou-se recentemente um modelo popular para estudar obesidade e distúrbios relacionados. Embora seja relativamente fácil induzir distúrbios metabólicos em Drosophila usando dietas específicas, criar um modelo de exercício para as moscas é mais desafiador. Os métodos existentes, como a Power Tower e a Treadwheel, utilizam frascos de agitação ou rotação para induzir as moscas a subir, aproveitando sua resposta negativa à geotaxia. No entanto, a escalada contínua por longos períodos não é natural para as moscas e pode levar a lesões e mortalidades relacionadas ao exercício. Este artigo apresenta um novo protocolo de exercícios que aproveita a capacidade natural da mosca de voar, oferecendo uma abordagem de exercício mais natural, fisiológica e sem lesões. Os experimentos mostram que um regime de exercícios de voo de 5 dias aumenta a capacidade bioenergética da mosca e neutraliza os efeitos adversos de uma dieta ocidental (WD), melhorando o comportamento de escalada e reduzindo a mortalidade associada à WD. Este protocolo permite o treinamento simultâneo de um grande número de moscas para estudar a interação entre o exercício e vários fatores, incluindo dieta, medicamentos, envelhecimento e genética. Juntos, esse método pode complementar os métodos existentes para estudar os efeitos do exercício na fisiologia e no comportamento da mosca.

Introdução

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A atividade física e o exercício são foco de intensa pesquisa por seus benefícios imediatos e de longo prazopara a saúde 1. Devido ao seu poderoso efeito sistêmico sobre o metabolismo, o exercício é cada vez mais utilizado para prevenir e tratar distúrbios metabólicos, cardiovasculares e neurológicos 2,3,4. Apesar da crescente evidência dos inúmeros benefícios para a saúde associados ao exercício regular, os mecanismos moleculares exatos que sustentam esses benefícios permanecem pouco compreendidos5. Para entender esses mecanismos, o uso de modelos animais inovadores e de alto rendimento é essencial. Embora os modelos de roedores sejam comumente usados para investigar o impacto do exercício nas doenças metabólicas, esses estudos exigem custos significativos, supervisão regulatória e equipamentos especializados 6,7.

Recentemente, Drosophila melanogaster surgiu como um novo modelo para pesquisar a biologia do exercício (revisado 8,9,10). Equipada com uma ampla gama de ferramentas genéticas potentes, um ciclo de vida curto, progênie extensa e requisitos de manutenção econômica, a mosca-da-fruta apresenta um recurso valioso para investigar mecanismos genéticos, epigenéticos e transgeracionais. Ao modelar o exercício em moscas, os métodos atuais normalmente dependem da geotaxia negativa, a reação comportamental para subir11,12.

Um dos primeiros protocolos de exercícios automatizados utilizou um aparelho de exercício especial chamado Power Tower11. A Power Tower usa uma unidade motora que levanta repetidamente frascos com animais e depois os solta para induzir a resposta negativa da geotaxia11. O exercício prolongado na Power Tower resulta em uma redução significativa no declínio da mobilidade e do desempenho cardíaco relacionado à idade13. Além disso, o regime Power Tower pode ser estressante para as moscas, e a intensidade excessiva do treinamento foi relatada como causadora de lesões ou mortalidade11.

Para resolver essa questão, outro paradigma de exercício chamado Treadwheel foi desenvolvido14. A roda rolante também aproveita a resposta negativa da geotaxia da Drosophila, mas em vez de levantar e soltar moscas como na Torre de Energia, ela inverte frascos com animais. Ao contrário da Power Tower, este método é mais suave para as moscas e previne lesões relacionadas ao exercício e mortalidade9. No entanto, as moscas na roda rolante podem se habituar ao movimento de rotação, o que pode dificultar a interpretação dos resultados12. Para resolver esse problema, um Monitor de Atividade Locomotora (LAM25H, Tricinética) foi adicionado para medir a atividade durante o exercício, quantificar a atividade da Drosophila e contabilizar a habituação. Posteriormente, o nome do sistema foi atualizado para Sistema de Quantificação de Exercício Rotacional (REQS)12.

Curiosamente, muito poucos estudos aproveitaram as habilidades naturais de vôo da Drosophila para modelar o exercício. O foco predominante da pesquisa de voo tem sido os aspectos aerodinâmicos e biomecânicos de pairar e manobrar no ar 15,16,17,18. Vários estudos investigaram os mecanismos fisiológicos e celulares relacionados ao voo19,20. Nesses estudos, a capacidade de voo foi avaliada por meio do ensaio de voo21,22, onde moscas individuais foram liberadas em uma caixa de acrílico transparente e sua capacidade de manter elevação e voo constantesfoi observada 23.

Em um estudo específico, os pesquisadores examinaram os efeitos do exercício de voo induzido, colocando moscas em garrafas presas a um agitador do tipo vórtice. O shaker sacudiu suavemente as garrafas em intervalos aleatórios entre 5 min e 10 min, usando um temporizador programável19. Este estudo relatou que o comportamento de voo induzido acelerou a senescência e a perda de capacidade antioxidante relacionada à idade nos músculos de voo19. Com base na pesquisa anterior, nosso laboratório desenvolveu um novo protocolo de exercícios chamado FLEX (exercício de voo), integrando um sistema automatizado de geotaxia negativa com moscas abrigadas em grandes contêineres24. Para o treinamento FLEX, as moscas foram colocadas em aquários de tambor de plástico transparente de 1 galão amarrados a uma plataforma horizontal presa a um motor. O motor era controlado por um temporizador, que iniciava as rotações do motor a cada 5 minutos. Cada revolução elevou a plataforma e depois a abaixou, fazendo com que as moscas voassem. O FLEX foi realizado diariamente por 7 h durante 5 dias. Não foram observadas mortalidades ou lesões associadas ao exercício24. Além disso, um regime FLEX de 5 dias em moscas na dieta ocidental (WD) negou acentuadamente os efeitos adversos da WD, melhorando a sobrevivência, o comportamento de escalada e a respiração mitocondrial24. Juntos, este artigo apresenta um novo paradigma de exercício baseado na atividade de voo natural que não causa lesões. Este é um procedimento de alto rendimento que permite que um grande número de moscas seja treinado simultaneamente para estudar a interação entre exercício, dieta, drogas, envelhecimento, ambiente e/ou genética. O protocolo pode ser usado para complementar os métodos de exercício existentes para estudar os efeitos da atividade física na fisiologia e no comportamento das moscas.

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Protocolo

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1. Configuração e operação da máquina de exercícios

  1. Construa uma máquina na Oficina de Máquinas da Universidade. Use uma base retangular de alumínio de 35 mm x 35 mm x 1.4 mm com um motor CA/CC e uma plataforma horizontal de alumínio de 35 mm x 35 mm x 0.5 mm (Figura 1A).
  2. Para a conversão do movimento rotativo em movimento linear, construa um came redondo giratório feito sob medida de 15 cm de diâmetro montado no motor (Figura 1B). Prenda um seguidor com um rolo de 2 cm na parte inferior da plataforma horizontal para que a plataforma seja levantada pelo seguidor e depois solte de volta à sua posição original assim que o rolo seguidor limpar o came.
  3. Ajuste a velocidade do motor com um potenciômetro rotativo de forma que um período de rotação completo seja de cerca de 5.360 ms de comprimento.
    NOTA: As especificações exatas do motor, as dimensões do seguidor e do rolo, bem como a geometria do came, não são críticas. Qualquer configuração motorizada que levante e solte a plataforma de forma confiável para desalojar as moscas e permita o controle do usuário sobre a frequência de queda é aceitável.
  4. Prenda os aquários de tambor de plástico transparente de 1 galão à plataforma por cordas elásticas presas aos olhais dos parafusos (Figura 1C).

2. Protocolo FLEX

  1. Manter as moscas numa incubadora ou numa sala a 24 °C com 60% de humidade e um ciclo claro/escuro de 12 horas.
  2. Colete moscas da mesma idade dentro de 3-4 dias após a eclosão. Após a coleta, atribua aleatoriamente as moscas a grupos de exercícios e sedentários. Use um número igual de moscas para os grupos de exercícios e sedentários.
    NOTA: As moscas podem ser alojadas em densidades que variam de 30 a 400 por tigela, pois isso não interfere no exercício de voo. No entanto, os grupos experimental e controle devem sempre ser pareados por número, sexo e idade para garantir a comparabilidade.
  3. Forneça às moscas sedentárias e controladas 7 mL de alimentos formulados. Prenda os frascos de comida nas tigelas com fita adesiva.
  4. Transfira as moscas para as tigelas usando anestesia leve e breve com CO2 um dia antes de iniciar o regime de exercícios. Cubra as aberturas das tigelas com uma malha presa com elásticos.
    NOTA: As moscas devem ser anestesiadas brevemente sob CO2 leve em uma almofada. A exposição deve permanecer curta para evitar efeitos comportamentais duradouros; portanto, a anestesia deve ser realizada 1 dia antes do experimento ergométrico.
  5. Prenda as tigelas na plataforma com cordas elásticas. Realize o treinamento físico em uma sala com temperatura de 24 °C e umidade de 60%. Se a umidade na sala não for controlada, forneça às moscas acesso à água colocando frascos de algodão úmido nos aquários e prendendo os frascos na parede da tigela com fita adesiva.
  6. Para experimentos de controle (exercício simulado), coloque um número igual de moscas em uma tigela posicionada ao lado da máquina de exercícios, mas não presa à plataforma.
  7. O exercício voa por 5 dias consecutivos.
    1. Controle o motor com dois temporizadores (Figura 1D). O primeiro temporizador liga e desliga a máquina em uma hora específica do dia. Comece o exercício às 8h e termine às 3h.
    2. Use o segundo temporizador para iniciar uma série de três rotações do motor, com cada sequência ocorrendo a cada 5 min. Cada revolução elevará a plataforma e depois a abaixará, fazendo com que as moscas voem.
    3. Assim que o tratamento de exercícios para um determinado dia for concluído, devolva as tigelas às suas incubadoras. Este protocolo pode ser facilmente modificado para se adequar a um experimento específico.
      NOTA: Uma umidade abaixo de 60% pode causar um aumento na mortalidade. Um pequeno número de moscas pode não iniciar o voo após a primeira queda, mas normalmente começa a voar após a segunda ou terceira queda. Embora não seja viável rastrear o voo em todos os indivíduos, a maioria das moscas se envolve em vôo, e presume-se que todas as moscas eventualmente participem do exercício. Além disso, o grande contêiner oferece espaço para voos voluntários entre as quedas.
  8. No final do regime FLEX, imobilize as moscas colocando as tigelas na câmara fria por 5 min. Em seguida, transfira as moscas para novos frascos de alimentos para análises adicionais das características fenotípicas ou para tubos de microcentrífuga para ensaios moleculares e/ou bioquímicos de interesse.
    NOTA: Exemplos de análises adicionais incluem ensaio comportamental e bioquímico e/ou expressão gênica. Os ensaios envolvendo moscas vivas precisarão ser realizados prontamente de acordo com os objetivos específicos do ensaio fenotípico. O protocolo pode ser pausado aqui com amostras para bioquímica/biologia molecular congeladas e armazenadas adequadamente, dependendo das avaliações a serem realizadas. Um resumo do protocolo é fornecido na Tabela 1.

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Resultados

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O protocolo FLEX foi previamente validado em um trabalho publicado em nosso laboratório. Em um estudo publicado, mostramos que o exercício de voo mitiga os efeitos metabólicos negativos de uma dieta ocidental (WD)24. Esta dieta foi feita com base na dieta padrão Nutri-Fly Bloomington com as seguintes adições de 15% de Nutiva USDA Certified Organic, non-GMO, Red Palm Oil, 15% de Sacarose e 0,1 M NaCl.

Moscas-das-frutas machos adultos de ...

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Discussão

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O protocolo FLEX fornece um método novo e fisiologicamente relevante para induzir o exercício aeróbico em Drosophila melanogaster através do voo. Ao contrário dos paradigmas tradicionais, como a Power Tower e o TreadWheel, que dependem de geotaxia negativa e agitação mecânica, o FLEX aproveita o comportamento inato de voo da mosca. Essa abordagem minimiza as lesões induzidas pelo exercício e as respostas ao estresse, tornando-se um modelo mais seguro e biologicamente apropriado ...

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Divulgações

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Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

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Esta pesquisa foi apoiada pelo NIDDK R01DK129455 (AKM).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Tubo de cultura de polipropileno de 17 x 100 mm 14 mL  VWR  60818-689
Tigelas plásticas de tambor transparente
de 1 galão		PetcoN/ADisponível pela Petco
Protetor contra surtos de 8 tomadas com temporizador digital de 7 diasBN-LINK EGPH020028Disponível na Amazon
Motor AC/DC  Dayton Modelo 12W368 com torque 80 IN-LBS
Dieta Bloomington Formulation  Nutri-Fly  66-112Disponível na Genesee Scientific Inc., San Diego, CA
Kim-wipesFisher Scientific06-666Kimberly-Clark Profissional 34120
Temporizador Multifuncional Programável de Tomada com Contagem Regressiva e Ciclo Curto InfinitoNEARPOW SPM10188153502Disponível na Amazon

Referências

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