Förmågan att mäta ämnesomsättningen är avgörande för en fullständig förståelse av en organism i dess miljösammanhang. Till exempel är det nödvändigt att mäta ämnesomsättningen för att förstå dess roll i livslängd¹, kostens roll i ämnesomsättningen² eller tröskeln för hypoxisk stress³.

Det finns två allmänna metoder för att mäta ämnesomsättningen⁴. Direkt kalorimetri mäter energiförbrukningen direkt genom att mäta värmeproduktionen. Indirekt kalorimetri mäter energiproduktion på andra sätt, ofta via respirometrisk mätning av O2-förbrukning (V_O2), CO_2-produktion eller båda. Även om direkt kalorimetri har tillämpats på små ektotermer, inklusive Drosophila melanogaster⁵, är respirometri tekniskt enklare och mer vanligt förekommande.

Flera former av respirometri har använts framgångsrikt för att mäta ämnesomsättningen hos vildtyp och mutant D. melanogaster och har gett insikt i de metabola effekterna av temperatur⁶, social miljö 3, kost ^{3,7 och} neuropsykiatriska funktionsnedsättningar⁸. Dessa kan delas in i två klasser, som varierar avsevärt i kostnad och komplexitet. Manometri är den enklaste och billigaste^9,10, där flugor placeras i en förseglad kammare som innehåller en CO₂ -absorbent och som är ansluten via en tunn kapillär till en vätskereservoar. När O 2 förbrukas och CO₂ absorberas minskar trycket i kammaren och vätska dras in i kapillären. Kapillärens vätskefyllda volym är därför proportionell mot V_O2. Mer avancerade versioner, som kompenserar för kraften som utövas av vätskan i kapillären, har också använts på D. melanogaster¹. Manometri har fördelen av att vara enkel och billig, men eftersom den är känslig för tryck kräver den konstanta miljöförhållanden. Vidare, eftersom förbrukad O 2 inte ersätts, minskar partialtrycket för O₂ (P_O2) gradvis inuti kamrarna.

Respirometri med gasanalys används också regelbundet för D. melanogaster. I detta fall provtas gaser med jämna mellanrum från förseglade kammare som innehåller flugor och skickas till en infraröd analysator ^2,6,11. Denna typ av apparat har fördelarna att den är tillgänglig kommersiellt, är mindre känslig för miljöförhållanden och gaser fylls på under provtagningen så att P_O2 förblir stabil. Utrustningen kan dock vara dyr och komplicerad att använda.

En nyutvecklad coulometrisk mikrorespirometer¹² ger ett billigt, känsligt och stabilt alternativ till befintliga system. I praktiken placeras en organism i en lufttät kammare där den förbrukar O 2 och den utandade CO₂ avlägsnas av ett absorberande material, vilket resulterar i en nettominskning av kammartrycket. När det inre trycket sjunker till en förinställd tröskel (ON-tröskel), leds ström genom en elektrolytisk O_2-generator, vilket återför trycket till en andra tröskel (OFF-tröskel) som stoppar elektrolys. Laddningsöverföringen över O2-generatorn är direkt proportionell mot mängden_O2 som krävs för att åter trycksätta kammaren och kan därför användas för att mäta O₂ som förbrukas av organismen⁴. Metoden är mycket känslig, mäter V O2 exakt, och regelbunden ersättning av O₂ kan hålla P_O2 på en nästan konstant nivå i timmar eller dagar.

Den coulometriska mikrorespirometern som används i denna studie använder en multimodal (tryck, temperatur och luftfuktighet) elektronisk sensor. Sensorn drivs av en mikrokontroller som detekterar små tryckförändringar och aktiverar O_2-generering när en lågtryckströskel nås¹². Denna apparat är sammansatt av hylldelar, kan användas med en mängd olika kammare och experimentella miljöer och har använts framgångsrikt för att undersöka effekterna av kroppsmassa och temperatur på skalbaggen Tenebrio molitor. I den aktuella studien har mikrorespirometern anpassats för att mäta_{O2-förbrukningen} i D. melanogaster, som har cirka 1 % av massan av T. molitor. Apparatens känslighet har ökats genom att sänka tröskeln för aktivering av_{O2-generering} , och miljöstabiliteten har förbättrats genom att utföra experiment i ett temperaturkontrollerat vattenbad och genom att hålla luftfuktigheten inuti kamrarna på eller nära 100 %.

Proteinet CASK (Calmodulin-dependent Serine Protein Kinase), en del av familjen membranassocierade guanylatkinaser (MAGUK), är en molekylär struktur i olika multiproteinkomplex, och mutationer i CASK är associerade med utvecklingsneurologiska störningar hos människor och i D. melanogaster^13,14. En livskraftig D. melanogaster-mutant, CASK^Δ18, stör aktiviteten hos dopaminerga nervceller 15 och minskar aktivitetsnivåerna med mer än 50 % jämfört med kongena kontroller^14,16. På grund av de minskade aktivitetsnivåerna hos CASK-mutanter och katekolaminers roll i regleringen av metabolismen¹⁷ antog vi att deras standardmetabolism, och därmed_{O2-konsumtion}, skulle minska dramatiskt jämfört med kontroller.

Konsumtionen av O₂ mättes i CASK^Δ18 och deras vildtypskongener, w(ex33). Grupper av flugor placerades i respirometrikammare, O₂ konsumtion mättes, O₂ förbrukning beräknades och uttrycktes både på massspecifik och per fluga. Apparaten registrerade V_O2 i vildtypsflugor som överensstämde med tidigare studier, och den kunde skilja mellan O 2-konsumtionen per fluga av vildtypsflugor och CASK-muterade flugor.