La capacidad de medir la tasa metabólica es crucial para una comprensión completa de un organismo en su contexto ambiental. Por ejemplo, es necesario medir la tasa metabólica para comprender su papel en la esperanza de vida¹, el papel de la dieta en el metabolismo² o el umbral de estrés hipóxico³.

Existen dos enfoques generales para medir la tasa metabólica⁴. La calorimetría directa mide directamente el gasto energético midiendo la producción de calor. La calorimetría indirecta mide la producción de energía a través de otros medios, a menudo a través de la medición respirométrica del consumo de O2 (V_O2), la producción de_CO2 o ambos. Aunque la calorimetría directa se ha aplicado a ectotermos pequeños, incluida Drosophila melanogaster⁵, la respirometría es técnicamente más simple y se usa con mayor frecuencia.

Varias formas de respirometría se han utilizado con éxito para medir la tasa metabólica en D. melanogaster salvaje y mutante y han proporcionado información sobre los efectos metabólicos de la temperatura⁶, el entorno social 3, la dieta ^{3,7 y los} trastornos del neurodesarrollo⁸. Estos se dividen en dos clases, que varían considerablemente en costo y complejidad. La manometría es la más simple y menos costosa ^9,10, en la que las moscas se colocan en una cámara sellada que contiene un absorbente de_CO2 y que está conectada a través de un capilar delgado a un depósito de fluido. A medida que se consume_O2 y se absorbe CO₂, la presión en la cámara disminuye y el líquido se introduce en el capilar. Por lo tanto, el volumen lleno de líquido del capilar es proporcional al V_O2. En D. melanogaster¹ también se han utilizado versiones más elaboradas, que compensan la fuerza ejercida por el fluido en el capilar. La manometría tiene la ventaja de ser simple y económica, pero, debido a que es sensible a la presión, requiere condiciones ambientales constantes. Además, debido a que el O 2 consumido no se reemplaza, la presión parcial de O₂ (P_O2) disminuye gradualmente dentro de las cámaras.

La respirometría mediante análisis de gases también se utiliza regularmente para D. melanogaster. En este caso, los gases se muestrean a intervalos regulares de cámaras selladas que contienen moscas y se envían a un analizador infrarrojo 2,6,11. Este tipo de aparato tiene la ventaja de que está disponible comercialmente, es menos sensible a las condiciones ambientales y los gases se renuevan durante el muestreo para que el P_O2 permanezca estable. Sin embargo, el equipo puede ser costoso y complejo de operar.

Un microrrespirómetro coulométrico¹² desarrollado recientemente proporciona una alternativa económica, sensible y estable a los sistemas existentes. En la práctica, un organismo se coloca en una cámara hermética donde consume_O2 y el CO₂ exhalado es eliminado por un material absorbente, lo que resulta en una disminución neta de la presión de la cámara. Cuando la presión interna disminuye a un umbral preestablecido (umbral ON), la corriente pasa a través de un generador electrolítico de_O2, devolviendo la presión a un segundo umbral (umbral OFF) deteniendo la electrólisis. La transferencia de carga a través del generador de O2 es directamente proporcional a la cantidad de_O2 requerida para volver a presurizar la cámara y, por lo tanto, se puede utilizar para medir el O₂ consumido por el organismo⁴. El método es altamente sensible, mide el O2 con precisión y el reemplazo regular del O2 puede mantener el_O2 en un nivel casi constante durante horas o días.

El microrrespirómetro coulométrico utilizado en este estudio emplea un sensor electrónico multimodal (presión, temperatura y humedad). El sensor es operado por un microcontrolador que detecta pequeños cambios en la presión y activa la generación de O₂ cuando se alcanza un umbral de baja presión¹². Este aparato se ensambla a partir de piezas listas para usar, se puede utilizar con una amplia variedad de cámaras y entornos experimentales, y se ha empleado con éxito para examinar los efectos de la masa corporal y la temperatura en el escarabajo Tenebrio molitor. En el presente estudio, el microrrespirómetro se ha adaptado para medir el consumo de_O2 en D. melanogaster, que tiene aproximadamente el 1% de la masa de T. molitor. La sensibilidad del aparato se ha incrementado mediante la reducción del umbral para activar la generación de_O2 , y la estabilidad ambiental se ha mejorado mediante la realización de experimentos en un baño de agua a temperatura controlada y manteniendo la humedad dentro de las cámaras en o cerca del 100%.

La proteína CASK (Calmodulin-dependent Serine Protein Kinase), que forma parte de la familia de guanilato quinasas asociadas a la membrana (MAGUK), es un andamiaje molecular en diferentes complejos multiproteicos, y las mutaciones en CASK se asocian con trastornos del neurodesarrollo en humanos y en D. melanogaster^13,14. Un mutante viable de D. melanogaster, CASK^Δ18, interrumpe la actividad de las neuronas dopaminérgicas 15 y reduce los niveles de actividad en más del 50% en comparación con los controles congénitos^14,16. Debido a los niveles reducidos de actividad de los mutantes CASK y al papel de las catecolaminas en la regulación del metabolismo¹⁷, planteamos la hipótesis de que su tasa metabólica estándar, y por lo tanto el consumo de_O2, se reduciría drásticamente en comparación con los controles.

El consumo de O₂ se midió en CASK^Δ18 y sus congéneres de tipo salvaje, w(ex33). Se colocaron grupos de moscas en cámaras de respirometría, se midió el consumo de O2, se calculó el consumo de_O2 y se expresó tanto en masa específica como por mosca. El aparato registró V_O2 en moscas de tipo salvaje que era consistente con estudios previos, y pudo diferenciar entre el consumo de O₂ por mosca de las moscas mutantes de tipo salvaje y CAST.