JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

Экспериментальный протокол для использования дрозофилы как система беспозвоночных модель для токсичности тестирования в лаборатории

Published: July 10, 2018
doi:
10.3791/57450
,
1Communities for Building Active STEM Engagement,Colorado State University-Pueblo, 2Department of Biology,Colorado State University-Pueblo

Summary

В этой статье мы предоставляем подробный протокол для предоставления видов из рода дрозофилы загрязнителей с целью изучения последствий воздействия на спектр фенотипические выходов на разных этапах своего развития и для более чем одного поколения.

Abstract

Возникающим свойств и внешние факторы (в частности, население уровне и уровне экосистем взаимодействий) играют важную роль в посредничестве экологически важные конечные точки, хотя они редко рассматриваются в токсикологических исследованиях. D. melanogaster становится токсикологии модель для поведенческих, неврологические и генетических последствий токсикантов, чтобы назвать несколько. Что еще более важно виды в роде дрозофилы может использоваться как модель системы для комплексного рамочного подхода к возникающим свойства включить и экологически соответствующие вопросы в токсикологических исследованиях. Цель настоящего документа-обеспечить протокол для разоблачения виды в роде дрозофилы загрязнителей, для использования в качестве модельной системы для ряда фенотипические выходы и экологически актуальные вопросы. Говоря более конкретно, этот протокол может использоваться для 1) связать несколько биологического уровня Организации и понять влияние токсикантов на оба уровня населения и индивидуальные Фитнес; 2) Проверьте влияние токсикантов на разных стадиях развития воздействия; 3) тест между поколениями и эволюционной последствия загрязнителей; и 4) одновременно проверить несколько загрязнителей и стресс.

Introduction

Каждый год, примерно 1000 новых химических веществ будут введены1,химической промышленности2; Однако воздействие лишь небольшой процент этих химических веществ на окружающую среду тестируются перед распределением2,3. Хотя крупномасштабные катастрофы являются редкостью, Сублетальное и хронического воздействия большое разнообразие загрязняющих веществ широко распространены в людей и дикой природы4,5. Исторические экологической токсикологии и экотоксикологии ориентирован для тестирования летальность, одного химического воздействия, острого воздействия и физиологические эффекты воздействия, как средства измерения воздействия загрязнителей на выживание6, 7 , 8 , 9 , 10. Хотя существует сдвиг в сторону этические и неинвазивные подходы к животных испытаний, текущие подходы ограничивают ввиду роли этого развития, возникающим свойств и внешние факторы (например, уровень населения и экосистема уровень взаимодействия) играть в посредничестве экологически важные конечные точки8. Таким образом существует необходимость для методов, которые включают более целостный подход, без ущерба для дикой природы и/или позвоночных в лаборатории.

Беспозвоночных модель системы, такие как Drosophila melanogaster, являются привлекательной альтернативой признается необходимость более целостного подхода к тестированию токсичности. D. melanogaster, первоначально была разработана как система беспозвоночных модель для человека генетических исследований около века назад11. D. melanogaster теперь широко используется как альтернатива позвоночных модель по нескольким причинам: 1) сохранению генов и пути между D. melanogaster и людьми; 2) время коротких поколения по сравнению с позвоночных модели; 3) недорогая стоимость технического обслуживания; 4) легкость в генерации большой выборки; и 5) множество Фенотипические – и экологически соответствующих конечных точек, доступных для тестирования11,12,13,14,,1516,17 .

Несколько лабораторий11,,1516,17,18,19,20,21,22, 23 , 24 , 25 теперь используют D. melanogaster как альтернатива позвоночных модели для тестирования токсичность для понимания воздействия загрязнения на людей. Местных диких видов дрозофилы может использоваться, как хорошо, как модели токсичности для дикой природы (и людей) ответить экологически-, функционально-и эволюционно соответствующие вопросы на разных уровнях биологической организации. С помощью видов в пределах дрозофилы род как модель, несколько измеримые конечные точки являются возможные11,,1516,18,19,20 ,21,,2223,24,25. In addition, с использованием модели дрозофилы , токсикологи может: 1) этически ссылка эффекты на разных уровнях биологической организации; 2) включить роли возникающих факторов и развития; 3) исследование экологически важные конечные точки (помимо медицински важных конечных точек); 4) проверить несколько раздражители одновременно; 5) и долгосрочные испытания между поколениями (например эволюционной и следующим) последствия стресса. Таким образом использование дрозофилы как система модель позволяет множество подходов, не ограничиваясь изучения механистический подходы с инбредных штаммов D. melanogaster в лаборатории.

В этой статье мы представляем методы выращивания и сбора дрозофилы ответить на различные вопросы токсикологические. Говоря более конкретно, мы описываем методологии 1) воспитания дрозофила в среде laced с одного или более загрязнителей; 2) сбор дрозофилы на протяжении развития (например блуждающих третьего возраста личинки, куколки случаев, недавно eclosed взрослых и взрослые); и 3) воспитания дрозофила в загрязненной среде тест между поколениями и следующих передачи, а также эволюционной последствия длительного воздействия токсиканта. Используя этот протокол, предыдущие авторы18,19,20,21,22,23,24,25 сообщили различные генетические, физиологические и поведенческие последствия развития привести (Pb2 +) воздействия. Этот протокол позволяет токсикологи использовать токсикологические более целостный подход, который необходим для понимания, как загрязнители являются факторами риска для людей и дикой природы в все более загрязненной окружающей среды.

Protocol

Следующий протокол является экспериментальный протокол, используемый для заднего виды в роде дрозофилы на загрязненной среде когда пероральный прием токсин является целесообразным; другие виды воздействия возможно с использованием дрозофилы модель11,,…

Representative Results

Устно подвергая дрозофилы до contaminant(s) на протяжении всего развития, различные токсикологические вопросы может быть проверена подвергая дрозофилы на разных уровнях биологической организации. В этом разделе представлены представителем результаты, полученны…

Discussion

Drosophila melanogaster был создан как мощная модель для целого ряда биологических процессов из-за обширной сохранению генов и пути между людей и D. melanogaster 13,14. По тем же причинам, что это мощная модель для медицинской науки дрозофила стала систему подх…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта публикация была поддержана грантом от Департамента образования (PR-премии #P031C160025-17, название проекта: 84.031 C) университета штата Колорадо-Пуэбло (CSU-Пуэбло) общинам создавать активные стволовые участия (C-BASE). Мы благодарим текущего зоологии и Elsevier за предоставление права на использование представитель результаты опубликованы в предыдущих документах, а также редакторы JoVE за предоставленную нам возможность опубликовать этот протокол. Мы также хотели бы поблагодарить C-BASE программы, д-р Брайан Vanden Хойвель (C-BASE и кафедра биологии, CSU-Пуэбло), кафедра биологии CSU-Пуэбло, Томас Грациано, д-р Бернард Possidente (кафедра биологии, колледж Скидмор) и д-р Клэр Вариан Рамос (Кафедра биологии, Университет штата Колорадо-Пуэбло) за их поддержку и помощь.

Materials

Carolina Biological Instant Drosophila Medium Formula 4-24 Carolina Biological 173204
Drosophila vials, Narrow (PS), Polystyrene, Superbulk, 1000 vials/unit Genessee Scientific 32-116SB Used to store flies
Flugs Closures for vials and bottles, Narrow plastic vials Genessee Scientific 49-102 Used to store flies
Cardboard trays, trays only, narrow Genessee Scientific 32-124 Used to organize populations of flies
Cardboard trays, dividers only, narrow Genessee Scientific 32-126 Used to organize populations of flies
Thermo Scientific Nalgene Square Wide-Mouth HDPE Bottles with Closure Fischer Scientific 03-312D Useful for storage of contaminants
Thermo Scientific Nalgene Color-Coded LDPE Wash Bottles Fischer Scientific 03-409-17C Useful for storage of contaminants
Eppendorf Repeater M4 Manual Handheld Pipette Dispenser Fischer Scientific 14-287-150 Used to prepare medium
Combitips Advanced Pipetter Tips – Standard, Eppendorf Quality Tips Fischer Scientific 13-683-708 Used to prepare medium
Flypad, Standard Size (8.1 X 11.6cm) Genessee Scientific 59-114 Used to anesthetize flies
Flystuff foot valve Genessee Scientific 59-121 Used to anesthetize flies
Tubing, green (1 continguous foot/unit) Genessee Scientific 59-124G Used to anesthetize flies
Mineral Oil, Light, White, High Purity Grade, 500 mL HDPE Bottle VWR 97064-130 Used to make a morgue
Glass Erlenmeyer Flask Set – 3 Sizes – 50, 150 and 250ml, Karter Scientific 214U2 Walmart Not applicable Used to make a morgue
BGSET5 Glass Beaker Set Of 5 Walmart
Inbred or wildtype line of Drosophila Bloomington Drosophila Stock Center at Indiana University https://bdsc.indiana.edu
Wild popultions of Drosophila UC San Diego Drosophila Stock Center https://stockcenter.ucsd.edu/info/welcome.php
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Postel, S. . Defusing the Toxics Threat: Controlling Pesticides and Industrial Waste. , (1987).
  2. Vitousek, P. M., Mooney, H. A., Lubchenco, J., Melillo, J. M. Human domination of earth’s ecosystems. Science. 277, 494-499 (1997).
  3. United Nations Environment Program (UNEP). . Saving Our Planet: Challenges and Hopes. , (1992).
  4. Hansen, L. J., Johnson, M. L. Conservation and toxicology: Integrating the disciplines. Conservation Biology. 13, 1225-1227 (1999).
  5. Johnston, E. L., Mayer-Pinto, M., Crowe, T. P. REVIEW: Chemical contaminant effects on marine ecosystem functioning. Journal of Applied Ecology. 52, 140-149 (2015).
  6. Dell’Omo, G. . Behavioral ecotoxicology. , (2002).
  7. Clotfelter, E. D., Bell, A. M., Levering, K. R. The role of animal behaviour in the study of endocrine-disrupting chemicals. Animal Behaviour. 68, 665-676 (2004).
  8. Peterson, E. K., Buchwalter, D. B., Kerby, J. L., LeFauve, M. K., Varian-Ramos, C. W., Swaddle, J. P. Integrative behavioral ecotoxicology: bringing together fields to establish new insight to behavioral ecology, toxicology, and conservation. Current Zoology. 63, 185-194 (2017).
  9. Scott, G. R., Sloman, K. A. The effects of environmental pollutants on complex fish behaviour: Integrating behavioural and physiological indicators of toxicity. Aquatic Toxicology. 68, 369-392 (2004).
  10. Zala, S. M., Penn, D. J. Abnormal behaviors induced by chemical pollution: A review of the evidence and new challenges. Animal Behaviour. 68, 649-664 (2004).
  11. Abolaji, A. O., Kamdem, J. P., Farombi, E. O., Rocha, J. B. T. Drosophila melanogaster as a promising model organism in toxicological studies. Archives of Basic & Applied Medicine. 1, 33-38 (2013).
  12. Jennings, B. H. Drosophila-a versatile model in biology and medicine. Materials Today. 14, 190-195 (2011).
  13. Pandey, U. B., Nichols, C. D. Human disease models in Drosophila melanogaster and the role of the fly in therapeutic drug discovery. Pharmacology Reviews. 63, 411-436 (2011).
  14. Rubin, G. M., et al. Comparative genomics of the eukaryotes. Science. 287, 2204-2215 (2000).
  15. Rand, M. D. Drosophotoxicology: The growing potential for Drosophila in neurotoxicology. Neurotoxicol Teratol. 32, 74 (2010).
  16. Rand, M. D., Montgomery, S. L., Prince, L., Vorojeikina, D. Developmental toxicity assays using the Drosophila model. Current Protocols in Toxicology. 59, 1.12.1-1.12.20 (2015).
  17. Burke, M. K., Rose, M. R. Experimental evolution with Drosophila. American Journal of Physiology: Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 296, R1847-R1854 (2009).
  18. He, T., Hirsch, H. V. B., Ruden, D. M., Lnenicka, G. A. Chronic lead exposure alters presynaptic calcium regulation and synaptic facilitation in Drosophila larvae. NeuroToxicology. 30, 777-784 (2009).
  19. Hirsch, H. V., et al. Behavioral effects of chronic exposure to low levels of lead in Drosophila melanogaster. NeuroToxicology. 24, 435-442 (2003).
  20. Hirsch, H. V. B., et al. Variations at a quantitative trait locus (QTL) affect development of behavior in lead-exposed Drosophila melanogaster. NeuroToxicology. 30, 305-311 (2009).
  21. Morley, E. J., Hirsch, H. V. B., Hollocher, K., Lnenicka, G. A. Effects of chronic lead exposure on the neuromuscular junction in Drosophila larvae. NeuroToxicology. 24, 35-41 (2003).
  22. Ruden, D. M., et al. Genetical toxicologenomics in Drosophila identifies master- modulatory loci that are regulated by developmental exposure to lead. NeuroToxicology. 30, 898-914 (2009).
  23. Peterson, E. K., et al. Accumulation, elimination, sequestration, and genetic variation of lead (Pb2+) loads within and between generations of Drosophila melanogaster. Chemosphere. 181, 368-375 (2017).
  24. Peterson, E. K., et al. Asymmetrical positive assortative mating induced by developmental lead (Pb2+) exposure in a model system, Drosophila melanogaster. Current Zoology. 63, 195-203 (2017).
  25. Peterson, E. K. . Consequences of developmental lead (Pb2+) exposure on reproductive strategies in Drosophila. , (2016).
  26. Chifiriuc, M. C., Ratiu, A. C., Popa, M., Ecovolu, A. A. Drosophotoxicology: An emerging research area for assessing nanoparticles interaction with living organisms. International Journal of Molecular Sciences. 17, 36 (2016).
  27. Lachaise, D., Cariou, M. L., David, J. R., Lemeunier, F., Tsacas, L., Ashburner, M. Historical biogeography of the Drosophila melanogaster species subgroup. Evolutionary Biology. 22, 159-225 (1988).
  28. Elgin, C. R., Miller, D. W., Ashburner, M., Wright, T. R. F. Mass rearing of flies and mass production and harvesting of embryos. The Genetics and Biology of Drosophila. 2a, 112-121 (1978).
  29. Shaffer, C. D., Wuller, J. M., Elgin, C. R. Chapter 5: Raising large quantities of Drosophila for biochemical experiments. Methods in Cell Biology. 44, 99-108 (1994).
  30. Stocker, H., Gallant, P. Getting started: an overview on raising and handling Drosophila. Methods in Molecular Biology. 420, 27-44 (2008).
  31. Jennings, J. H., Etges, W. J., Schmitt, T., Hoikkala, A. Cuticular hydrocarbons of Drosophila montana: geographic variation, sexual dimorphism and potential roles as pheromones. Journal of Insect Physiology. 61, 16-24 (2014).
  32. Markow, T. A., O’Grady, P. M. . Drosophila: A Guide to Species Identification and Use. , (2005).
  33. Werner, T., Jaenike, J. . Drosopholids of the midwest and northeast. , (2017).
  34. Greenspan, R. J. The basics of doing a cross. Fly Pushing: The theory and practice of Drosophila genetics. , 3-24 (1997).
  35. JoVE Science Education Database. . . Biology I: yeast, Drosophila and C. elegans. Drosophila Maintenance. , (2018).
  36. Castañeda, P. L., Muñoz, G. L. E., Durán, D. A., Heres, P. M. E., Dueñas, G. I. E. LD50 in Drosophila melanogaster. fed on lead nitrate and lead acetate. Drosophila Information Service. 84, 44-48 (2001).
  37. Massie, H. R., Aiello, V. R., Whitney, S. J. P. Lead accumulation during aging of Drosophila and effect of dietary lead on life span. Age. 15, 47-49 (1992).
  38. Akins, J. M., Schroeder, J. A., Brower, D. L., Aposhian, H. V. Evaluation of Drosophila melanogaster as an alternative animal for studying the neurotoxicity of heavy metals. BioMetals. 5, 111-120 (1992).
  39. Zhou, S., et al. The genetic basis for variation in sensitivity to lead toxicity in Drosophila melanogaster. Environmental Health Perspectives. 124, 1062-1070 (2016).
  40. Pitnick, S., Markow, T. A., Spicer, G. S. Delayed male maturity is a cost of producing large sperm in Drosophila. Proceedings of National Academy of Sciences USA. 92, 10614-10618 (1995).
  41. Beauchemin, D. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. Analytical Chemistry. 82, 4786-4810 (2010).
  42. Tyler, M. S., Tyler, M. S. Development of the fruit fly Drosophila melanogaster. Developmental Biology, a Guide for Experimental Study. , 8-27 (2000).
  43. Ortiz, J. G., Opoka, R., Kane, D., Cartwright, I. L. Investigating arsenic susceptibility from a genetic perspective in Drosophila reveals a key role for glutathione synthetase. Toxicological Sciences. 107, 416-426 (2009).
  44. Bonilla, E., Contreras, R., Medina-Leendertz, S., Mora, M., Villalobos, V., Bravo, Y. Minocycline increases the life span and motor activity and decreases lipid peroxidation in manganese treated Drosophila melanogaster. Toxicology. 294, 50-53 (2012).
  45. Guarnieri, D. J., Heberlein, U. Drosophila melanogaster, a genetic model system for alcohol research. International Review of Neurobiology. 54, 199-228 (2003).
  46. Posgai, R., Cipolla-McCulloch, C. B., Murphy, K. R., Hussain, S. M., Rowe, J. J., Nielsen, M. G. Differential toxicity of silver and titanium dioxide nanoparticles on Drosophila melanogaster development, reproductive effort, and viability: size, coatings and antioxidants matter. Chemosphere. 85, 34-42 (2011).
  47. Gupta, S. C., et al. Adverse effect of organophosphate compounds, dichlorvos and chlorpyrifos in the reproductive tissues of transgenic Drosophila melanogaster: 70kDa heat shock protein as a marker of cellular damage. Toxicology. 238, 1-14 (2007).
  48. Wasserkort, R., Koller, T. Screening toxic effects of volatile organic compounds using Drosophila melanogaster. Journal of Applied Toxicology. 17, 119-125 (1997).
  49. Markow, T. A., O’Grady, P. O. Reproductive ecology of Drosophila. Functional Ecology. 22, 747-759 (2008).
  50. Dev, K., Chahal, J., Parkash, R. Seasonal variations in the mating-related traits of Drosophila melanogaster. Journal of Ethology. 31, 165-174 (2013).
  51. Salminen, T. S., Vesala, L., Laiho, A., Merisalo, M., Hoikkala, A., Kankare, M. Seasonal gene expression kinetics between diapause phases in Drosophila virilus group species and overwintering differences between diapausing and non-diapausing females. Nature Scientific Reports. 5, 11197 (2015).
  52. Miller, R. S., Thomas, J. L. The effects of larval crowding and body size on the longevity of adult Drosophila melanogaster. Ecology. 39, 118-125 (1958).
  53. Peterson, E. K., Ghiradella, H., Possidente, B., Hirsch, H. Transgenerational epigenetic effects of lead exposure on behavior in Drosophila melanogaster. 11, 492-493 (2012).
  54. Soares, J. J., et al. Continuous liquid feeding: New method to study pesticides toxicity in Drosophila melanogaster. Analytical Biochemistry. 537, 60-62 (2017).

Tags

Keywords: DrosophilaToxicity TestingInvertebrate ModelDose ResponseGrowth MediumDevelopmental StagesLarvaeAdultsExposureContaminants
check_url/57450?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Peterson, E. K., Long, H. E. Experimental Protocol for Using Drosophila As an Invertebrate Model System for Toxicity Testing in the Laboratory. J. Vis. Exp. (137), e57450, doi:10.3791/57450 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image