微板进料检测为测定 果蝇的液体食品消费量提供了经济、高的吞吐量方法。3D 打印设备将 96 井微板连接起来,其中苍蝇被安置在 1536 井微板上,苍蝇从微板中消耗带有示踪剂染料的喂食溶液。解决方案体积下降是光谱光谱测量。
对 果蝇 食物摄入量进行量化,用于研究与消费相关的特征的遗传和生理基础、其环境因素以及多种物质的毒理学和药理学作用。目前实施的方法很少能适应高吞吐量测量。微板喂食器检测(MFA)是为利用吸收量对个别苍蝇的液体食物消耗进行量化而开发的。在这种测定中,苍蝇从1536井微板的选井中消耗液体食物介质。通过将稀释的微量染料加入液体食品介质中,并将已知体积加载到每口油井中,消耗前后获得的油井的吸水度测量反映了由此产生的体积变化(即消耗量)。为了使用这种方法进行高吞吐量分析,设计了一个3D打印的耦合器,允许苍蝇单独分类到96井微板中。该设备精确定位 96 井和 1536 井微板,使每只苍蝇最多可进入 4 口井供食用,从而在常规消费之外实现食物偏好量化。此外,该设备还具有在开放位置和封闭位置之间切换的屏障条,以便一次控制包含和释放一列样品。这种方法使许多苍蝇同时能够高吞吐量地测量溶液的消耗量。它还有可能适应其他昆虫,并筛选营养物质、毒素或药物的消耗。
果蝇黑色素加斯特已经看到广泛使用作为一个基因模型有机体来研究食物摄入的生物基础和与消费相关的特征1。据估计,65%的人类致病基因在苍蝇体内具有功能同源性,其中相当一部分在苍蝇和人类之间的功能等效组织中表达。此外,D.黑色素加斯特的体积大、代际时间短、维护简单、遗传可携带性等,是研究各种物质(包括杀虫剂5种、污染物6种、药物7种、滥用药物8种、9种、10种)毒理学和药理作用的诱人模式。
在许多情况下,对此类特征的研究需要精确量化消费。量化消费的方法多种多样,包括Capillary FEeder(CAFE)检测11,马努尔FEeding(MAFE)检测12,普罗博斯扩展反应(PER)检测13,示踪剂染料提取14,15,寡核苷酸微量提取16,无线电同位素提取5,17。最近的努力集中在提高这些检测的吞吐量,如在快车检测18或板为基础的全动物喂养FLat(WAFFL)系统19。尽管这些检测有其效用,但它们可能很复杂、成本高昂或劳动密集型,妨碍了它们在高吞吐量研究中的使用。
图1:微板馈线器检测组件。(A) 组装微板进料器检测的3D渲染。1536 井微板由 3D 打印耦合器定向,因此下 96 井微板的每口井都可以接触到上部 1536 井微板的四口井。通过调整通过耦合器的隔栅条的位置,可以控制进入油井。(B) 微板进料器检测中每口井的图形表示。使用已穿孔的密封膜,每个油井都保留使用消耗解决方案,以便苍蝇进入。请单击此处查看此图的较大版本。
图2:微板馈线检测程序概述。 该图显示了对应协议步骤 4.1-5.8 的流量图。 请单击此处查看此图的较大版本。
为了克服这些障碍,微板馈线分析(MFA;图1)被开发。在这项检测中,苍蝇被单独安置在96井微板中。每个微板都使用自定义的 3D 打印设备耦合到 1536 井微板上。该装置精确定位了两个板,使每个飞在其各自的96井板井有4井的1536井微板。通过使用无底 1536 井板和密封膜,溶液被分配到选定的井中,并用直径为 0.25 mm 的精确针穿孔,以方便苍蝇进入。关键是,允许直接从微板进行消耗,允许使用微板读取器进行基于吸附的即时测量。稀释剂染料被纳入消费介质,暴露后吸收的变化用于确定消耗量(图2和图3)。由于每个井中的液体接近一列液体,因此体积差异将表现为柱高的差异。(图3A)根据啤酒兰伯特法20:
其中A是吸收,ε是摩尔吸收系数的衰减分析,l是光学路径长度,c是衰减分析的浓度。因此,随着摩尔吸收系数和浓度的不断变化,吸收率的变化完全是由于光学光路径的变化,即给定井内的流体水平。通过测量暴露前后的吸收量,吸收量的成比例变化反映了体积的成比例变化(图3B)。
图3:以吸水为主的井体积量化。(A )已知输入强度(I0)的事故光穿过每口井。不同填充体积的光衰减产生不同的输出强度(I),表现出体积和吸附之间的线性关系。(B) 吸收量与体积的实证测量。请单击此处查看此图的较大版本。
根据体积的变化,可以根据喂养溶液中已知浓度计算任何摄入化合物的量。检测所需的部件成本低,可重复使用性强,大大降低了检测的重复成本。因此,此程序提供了一种经济实惠的高吞吐量方法,精确量化消费。
这项研究描述了一种用于量化德罗索菲拉消费的新协议:微板喂食器检测(MFA)。在这项测定中,苍蝇通过控制大小的穿孔从1536井微板的密封井中消耗(图1,图2:补充视频 S.1)。由于液体食品是通过微板染色和提供的,因此可以使用微板光谱光谱仪(图3)测量食物的光学吸收度。通过这种方式,消费通过比较消费前后的吸收量来确定,然后将此比例应用于消费前分配的已知数量。通过测量染色介质不同体积的吸收量(图3B),经验验证了这一点。
为了开发这种检测,需要一种能够利用基于吸纳性消费的量化装置。以微板格式测试苍蝇很有吸引力,因为它补充了用于分配食物的微板,并允许通过调整耦合几何形状从多个板格式(例如 6-、12、48 或 96 井格式)中进行选择。选择了 96 井微板格式,以允许个人飞行文化。
3D 打印设备 (图 1)精确定位 1536 井支线板与 96 井培养板,使每只苍蝇可进入多达 4 口进料板井供食用。此外,为了提供足够的时间将苍蝇分发到房屋板中并控制检测启动,该装置包括在各自的井中缠动含有苍蝇的屏障条,并防止违规。提供采购或修改这些部件所需的文件(补充文件S.2–S.3),以及相关件件的必要制作说明(补充文件S.4)。
MFA提供了一个简单的高吞吐量方法,补充了更精细的方法来监测果蝇喂养行为18,21,22。与用于量化食物摄入量的其他方法相比,MFA 具有多种优势。通过使用板读器量化消耗,可以增加吞吐量。这将消除手动测量并避免手动数据输入。数据也可进行程序提取和处理。此外,较高的吞吐量增加了生物复制品的可行数量,特别是与公共馈线设计相比,后者大大提高了检测消耗小差异的能力。使用 MFA,单个实验者可以量化每次检测的夜间运行超过 500 苍蝇的消耗或偏好。通过重叠的检测运行,超过2,000只苍蝇可以在5天的时间内进行测试。最后,由于微板和耦合器的可重复使用性(补充文件 S.5),可以节省长期成本。使用 MFA,每次检测的估计成本可能低至 14.80 美元,设备预付费用为 127.60 美元。使用经典的Capillary FEeder (CAFE) 检测,它需要昂贵的精密微资本,估计每次检测的可比复制次数的成本为 46.08 美元。因此,虽然在购置必要设备方面有前期投资,但经常性成本的降低可带来大量节省,尤其是在进行重复测试的情况下。
与所有分析一样,MFA 也有一定的局限性。主要是,它需要访问能够读取 1536 井微板的微板光谱仪。此外,依靠吸收度测量进行量化,使该方法容易受到光学干扰。这表现为测试的一小部分样品的负消耗值。营养物质、药物、药物或感兴趣的毒素也必须是水溶性的,才能与检测相容。
尽管其局限性,这种方法提供了一个高吞吐量的方法来量化消费行为在 果蝇。此外,耦合装置可以很容易地修改,以接受许多板格式,使其能够容纳各种昆虫物种。
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了国家药物滥用研究所(U01 DA041613)对TFCM和RRHA的赠款的支持。
0.25 mm Diameter Needers | Rave Scientific | RS-MN-52-001012 | |
0.45 µm Syringe Filters | Olympus Plastics | 25-245 | |
10 mL Disposable Syringe | EXELINT | 26200 | |
Agarose | Fisher Scientific | BP1600 | |
Barrier Strips (Laser Cut) | Ponoko | – | Material: clear PETG, 0.5mm thickness; Supplementary File: |
Centrifuge 5810 R | Eppendorf | 22625501 | |
Centrifuge Rotor A-4-62 with micro-titer plate buckets | Eppendorf | 22638041 | |
FD&C Blue #1 | Spectrum Chemical Mfg Corp | FD110 | |
Film Sealing Paddle | Fisher Scientific | 50-563-280 | |
Flystuff Flypad | Genesee Scientific | #59-114 and #59-119 | CO2 Anesthesia: The Flypads come in two sizes, either of which is appropriate |
Microplate Coupler (3D Printed) | Shapeways | – | Material: Multi Jet Fusion nylon (MJF PA12); Supplementary File: |
Microplate Lids | Greiner Bio-One | 656170 | |
Molecular Devices SpectraMax iD5 | Molecular Devices | – | Any microplate reader with 1536-well resolution will do. |
Needle Probe Holder | Rave Scientific | RS-MN-52-001000 | |
Polyester Sealing Film | Excel Scientific, Inc. | 100-SEAL-PLT | |
Polystyrene 96-well microplates | Greiner Bio-One | 655101 | |
Polystyrene, Bottomless, 15396-well microplates | Greiner Bio-One | 783000 | Made to Order; allow for adequate lead time when purchasing. |
Rubber Bands | |||
Sucrose | Sigma | S7903 | |
Weather Stripping | 1/2" x 1/8" High Density Self Adhesive Neoprene Rubber | ||
Yeast Extract | Fisher Scientific | BP1422 |