Summary

과일 비행을 양육<em> 노랑 초파리</em> 무균 및 무균 조건에서

Published: July 30, 2016
doi:

Summary

무균 및 무균 조건에서 초파리 melanogaster의를 양육하는 방법이 제공된다. 플라이 배아는, 차아 염소산 나트륨에 dechorionated 멸균 다이어트에 무균 적으로 전송하고, 밀폐 용기에 양육된다. 박테리아와식이 요법과 배아를 접종은 무균 협회에 이르게하고, 세균의 존재는 전신 초파리 균질 도금에 의해 확인된다.

Abstract

The influence of microbes on myriad animal traits and behaviors has been increasingly recognized in recent years. The fruit fly Drosophila melanogaster is a model for understanding microbial interactions with animal hosts, facilitated by approaches to rear large sample sizes of Drosophila under microorganism-free (axenic) conditions, or with defined microbial communities (gnotobiotic). This work outlines a method for collection of Drosophila embryos, hypochlorite dechorionation and sterilization, and transfer to sterile diet. Sterilized embryos are transferred to sterile diet in 50 ml centrifuge tubes, and developing larvae and adults remain free of any exogenous microbes until the vials are opened. Alternatively, flies with a defined microbiota can be reared by inoculating sterile diet and embryos with microbial species of interest. We describe the introduction of 4 bacterial species to establish a representative gnotobiotic microbiota in Drosophila. Finally, we describe approaches for confirming bacterial community composition, including testing if axenic Drosophila remain bacteria-free into adulthood.

Introduction

대부분의 동물은 밀접하게 죽음 일에 출생에서 박테리아 ( '미생물')과 연결되어 있습니다. 미생물이없는 ( '무균') 및 미생물 관련 ( '기존') 동물의 비교는 미생물 대사, 영양, 혈관, 간, 호흡기, 면역, 내분비 및 신경 기능이 포함 동물 건강의 다양한 측면을 영향을 보여 주었다. 열매는 초파리 melanogaster의 3,4- 미생물의 존재 하에서 이러한 프로세스의 많은 이해 및 동물 건강에 5,6- 미생물의 영향을 연구하기위한 주요 모델 비행. 어떤 박테리아 종은 모든 개인 ( '코어')에 존재하지 않지만 아세토락토 바실러스 종은 수치 모두 실험실 사육 및 야생 잡은 D.의 미생물을 지배 melanogaster의. Acetobacteraceae, Firmi (Komagataeibacter글루 포함) 기타및 장내 세균 (예 : 엔테로로이코 노 스톡 등) cutes 중 하나 높은 풍부 7-12에서 낮은 풍부에서 초파리 개인에서 자주 본, 또는 불규칙하게 존재한다.

초파리와 포유 동물의 미생물은 내 세대 14,19에 걸쳐 일정하지 않습니다. 미생물에 의존하는 특성을 측정 할 때 미생물의 변덕은 표현형 노이즈가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 초파리 15-18에서 Acetobacteraceae 영향 지질 (중성 지방) 저장. Acetobacteraceae 다른 19 이상의 유리 병의 파리에서 더 풍부 경우, 동종 파리는 서로 다른 표현형 (20)를 가질 수있다.14 미생물의 변덕의 문제에 대한 해결책은 마우스 새끼로 (Schaedler 식물 변경) 각각의 새로운 세대를 8 지배적 인 미생물 종의 정의 사회를 도입하여, 1960 년대 이후 실제로있다각 강아지가 마우스 미생물 동일한 키 부재에 노출되는 것을 보장한다. 미생물이 연구 (32)의 주 대상이 아니며, 실험 조건의 다양한 키 미생물의 존재를 확인하기 위해 전례를 설정하는 경우에도이 방법은 미생물 조성에 대한 제어합니다.

초파리 영양 미생물의 영향을 정의하려면, 무균 플라이 라인을 도출하기위한 여러 가지 프로토콜은 배아의 차아 염소산 dechorionation (중 파생 드 노보 각 세대 또는 멸균 사료로 전송하여 generationally 유지) 및 항생제 치료 (13)를 포함하여 개발되었다. 항생제 처리 및 시리얼 전송, 드 노보 dechorionation와 교란 변수 (예를 들어, 계란 밀도, 잔류 오염 미생물, 오프 – 타겟 항생제 효과)의 대 더 제어 모두 용이성과 신속성 등 다양한 접근 방법에 장점이있다. 상관없이 방법의배아를 무균하는 특정 미생물 종의 준비, 도입은 정의 ( '무균') 사회와 초파리의 문화를 허용한다. 또한, Schaedler 식물의 사용을 모방,이 커뮤니티는 각 유리 병의 특성-에 영향을 미치는 미생물의 존재를 확인하고 미생물의 변덕의 합병증을 피하기 위해 (만 단계 6-7 다음) 종래 누워 계란에 접종 할 수있다. 여기에서 우리는 배아의 드 노보 dechorionation에 의해 무균 및 무균 초파리를 제기하기위한 프로토콜을 설명하고 소개 또는 오염 미생물 분류군의 존재를 확인합니다.

Protocol

1. 문화 박테리아 (시작 ~ 1 주 달걀을 따기 전) 수정 MRS (20) (과 MMR) 접시와 국물 튜브 (표 1)을 준비합니다. 각 100mm 페트리 접시에 한천 20 ㎖의 MMRS을 붓고 / 건조 하룻밤을 냉각 할 수 있도록, 또는 5 ML의 MMRS는 18mm 테스트 튜브로 국물. 킬 아세토 pomorum, A. tropicalis, 락토 바실러스 브레비스 및 L. 판 한천과 MMR에 plantarum을. 하룻밤 30 …

Representative Results

무균 파리의 성공적인 양육은 D.의 전신 homogenizations에서 더 CFUs의 분리에 의해 확인 melanogaster의 성인 (그림 1). 도금 균질가 식민지를 산출하는 경우 또는, 유리 병은 오염 및 폐기해야합니다. 무균 파리를 들어, 네 개의 박테리아 균주의 각은 성인 파리 (그림 1)과 관련된 총 가능한 CFUs의 차이를 보여, 5 성인 남성의 풀에서 분리 하였?…

Discussion

여기에 설명 된 방법은 함께 무균 성인 18,27의 시리얼 전송 또는 항생제 치료 13,18 포함 무균 파리, 양육의 대체 방법으로, 배아 dechorionation 8,11,18,25,26,27에 대한 몇 가지 방법 중 하나입니다. 다른 dechorionation 방법은 에탄올 세척을 포함 11,25,26를 줄이거 나 8 차아 염소산 치료를 확장합니다. (에탄올 세척하지 않고) 여기에 설명 된대로 사육 할 때 100 ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 프로토콜의 일부 세부 사항은도 원고에 도움이되는 의견을 제공 박사 아담 돕슨의 도움으로 최적화되었다. 이 작품은 국립 보건원에 대한 재단에 의해 지원되었다 (FNIH) 허가 번호 R01GM095372 (JMC, A (CN) W, AJD 및 AED). FNIH 허가 번호 1F32GM099374-01 (PDN), 브리검 영 대학교 시동 기금 (JMC, MLK, MV). 출판 비용은 브리검 영 대학교 생명 과학 대학 식물과 야생 동물 과학 부서에 의해 지원되었다.

Materials

Brewer's Yeast MP Biomedicals, LLC. 903312 http://www.mpbio.com/product.php?pid=02903312
Glucose Sigma Aldrich 158968-3KG http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/158968?lang=en&region=US
Agar Fisher–Lab Scientific fly802010 https://www.fishersci.com/shop/products/drosophila-agar-8-100mesh-10kg/nc9349177
Welch's 100% Grape Juice Concentrate Walmart or other grocery store 9116196 http://www.walmart.com/ip/Welch-s-Frozen-100-Grape-Juice-Concentrate-11.5-oz/10804406
Cage: 32 oz. Translucent Round Deli Container Webstaurant Store 999L5032Y http://www.webstaurantstore.com/newspring-delitainer-sd5032y-32-oz-translucent-round-deli-container-24-pack/999L5032Y.html
Translucent Round Deli Container Lid Webstaurant Store 999YNL500 http://www.webstaurantstore.com/newspring-delitainer-ynl500-translucent-round-deli-container-lid-60-pack/999YNL500.html
Stock Bottles Genesee Scientific 32-130 https://geneseesci.com/shop-online/product-details/?product=32-130
Droso-Plugs Genesee Scientific 49-101 https://geneseesci.com/shop-online/product-details/?product=49-101
Nylon Mesh Genesee Scientific 57-102  https://geneseesci.com/shop-online/product-details/715/?product=57-102
Plastic Bushing Home Depot 100343125 http://www.homedepot.com/p/Halex-2-1-2-in-Rigid-Insulated-Plastic-Bushing-75225/100343125
Specimen Cup MedSupply Partners K01-207067 http://www.medsupplypartners.com/covidien-specimen-containers.html
Repeater M4 Eppendorf 4982000322 https://online-shop.eppendorf.us/US-en/Manual-Liquid-Handling-44563/Dispensers–Burettes-44566/Repeater-M4-PF-44619.html
50 ml Centrifuge Tubes Laboratory Product Sales TR2003 https://www.lpsinc.com/Catalog4.asp?catalog_nu=TR2003
Food Boxes USA Scientific 2316-5001 http://www.usascientific.com/search.aspx?find=2316-5001
Lysing Matrix D Bulk MP Biomedicals, LLC. 116540434 http://www.mpbio.com/search.php?q=6540-434&s=Search
Filter Pipette Tips, 300μl USA Scientific 1120-9810 http://www.usascientific.com/search.aspx?find=1120-9810
Petri Dishes Laboratory Product Sales M089303 https://www.lpsinc.com/Catalog4.asp?catalog_nu=M089303
Ethanol Decon Laboratories, INC. 2701 http://www.deconlabs.com/products.php?ID=88
Paintbrush Walmart 5133 http://www.walmart.com/ip/Chenille-Kraft-5133-Acrylic-Handled-Brush-Set-Assorted-Sizes-colors-8-Brushes-set/41446005
Forceps Fisher 08-882 https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-medium-pointed-forceps-3/p-128693
Household Bleach (6-8% Hypochlorite) Walmart 550646751 http://www.walmart.com/ip/Clorox-Concentrated-Regular-Bleach-121-fl-oz/21618295
Universal Peptone Genesee Scientific 20-260 https://geneseesci.com/shop-online/product-details/?product=20-260
Yeast Extract  Fisher Scientific BP1422-500 https://www.fishersci.com/shop/products/fisher-bioreagents-microbiology-media-additives-yeast-extract-3/bp1422500?matchedCatNo=BP1422500
Dipotassium Phosphate Sigma Aldrich P3786-1KG http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search?term=P3786-1KG&interface=All&N=0&mode=match%20partialmax&lang=en&region=US&focus=product
Ammonium Citrate Sigma Aldrich 25102-500g http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search?term=25102-500g&interface=All&N=0&mode=match%20partialmax&lang=en&region=US&focus=product
Sodium Acetate VWR 97061-994 https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?catalog_number=97061-994
Magnesium Sulfate Fisher Scientific M63-500 https://www.fishersci.com/shop/products/magnesium-sulfate-heptahydrate-crystalline-certified-acs-fisher-chemical-3/m63500?matchedCatNo=M63500
Manganese Sulfate Sigma Aldrich 10034-96-5 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search?term=10034-96-5&interface=CAS%20No.&N=0&mode=match%20partialmax&lang=en&region=US&focus=product
MRS Powder Sigma Aldrich 69966-500G http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/69966?lang=en&region=US
96 Well Plate Reader BioTek (Epoch)  NA http://www.biotek.com/products/microplate_detection/epoch_microplate_spectrophotometer.html
1.7 ml Centrifuge Tubes USA Scientific 1615-5500 http://www.usascientific.com/search.aspx?find=1615-5500
Filter Pipette Tips, 1000μl USA Scientific 1122-1830 http://www.usascientific.com/search.aspx?find=1122-1830
96 Well Plates Greiner Bio-One 655101 https://shop.gbo.com/en/usa/articles/catalogue/article/0110_0040_0120_0010/13243/
Ceramic Beads MP Biomedicals, LLC. 6540-434 http://www.mpbio.com/product.php?pid=116540434
Tissue Homogenizer MP Biomedicals, LLC. 116004500 http://www.mpbio.com/product.php?pid=116004500
Class 1 BioSafety Cabinet Thermo Scientific  Model 1395 http://www.thermoscientific.com/en/product/1300-series-class-ii-type-a2-biological-safety-cabinet-packages.html

References

  1. McFall-Ngai, M. J. Giving microbes their due–animal life in a microbially dominant world. J Exp Biol. 218, 1968-1973 (2015).
  2. Smith, K., McCoy, K. D., Macpherson, A. J. Use of axenic animals in studying the adaptation of mammals to their commensal intestinal microbiota. Semin Immunol. 19 (2), 59-69 (2007).
  3. Rieder, L. E., Larschan, E. N. Wisdom from the fly. Trends Genet. 30 (11), 479-481 (2014).
  4. Arias, A. M. Drosophila melanogaster and the development of biology in the 20th century. Methods Mol Biol. 420, 1-25 (2008).
  5. Lee, W. J., Brey, P. T. How microbiomes influence metazoan development: insights from history and Drosophila modeling of gut-microbe interactions. Annu Rev Cell Dev Biol. 29, 571-592 (2013).
  6. Erkosar, B., Leulier, F. Transient adult microbiota, gut homeostasis and longevity: novel insights from the Drosophila model. FEBS Lett. 588 (22), 4250-4257 (2014).
  7. Chandler, J. A., Lang, J. M., Bhatnagar, S., Eisen, J. A., Kopp, A. Bacterial communities of diverse Drosophila species: ecological context of a host-microbe model system. PLoS Genet. 7 (9), e1002272 (2011).
  8. Broderick, N. A., Buchon, N., Lemaitre, B. Microbiota-induced changes in drosophila melanogaster host gene expression and gut morphology. MBio. 5 (3), 01117 (2014).
  9. Wong, C. N., Ng, P., Douglas, A. E. Low-diversity bacterial community in the gut of the fruitfly Drosophila melanogaster. Environ Microbiol. 13 (7), 1889-1900 (2011).
  10. Staubach, F., Baines, J. F., Kunzel, S., Bik, E. M., Petrov, D. A. Host species and environmental effects on bacterial communities associated with Drosophila in the laboratory and in the natural environment. PLoS One. 8 (8), e70749 (2013).
  11. Brummel, T., Ching, A., Seroude, L., Simon, A. F., Benzer, S. Drosophila lifespan enhancement by exogenous bacteria. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (35), 12974-12979 (2004).
  12. Cox, C. R., Gilmore, M. S. Native microbial colonization of Drosophila melanogaster and its use as a model of Enterococcus faecalis pathogenesis. Infect Immun. 75 (4), 1565-1576 (2007).
  13. Ridley, E. V., Wong, A. C., Douglas, A. E. Microbe-dependent and nonspecific effects of procedures to eliminate the resident microbiota from Drosophila melanogaster. Appl Environ Microbiol. 79 (10), 3209-3214 (2013).
  14. Rogers, G. B., et al. Functional divergence in gastrointestinal microbiota in physically-separated genetically identical mice. Sci Rep. 4, 5437 (2014).
  15. Chaston, J. M., Newell, P. D., Douglas, A. E. Metagenome-wide association of microbial determinants of host phenotype in Drosophila melanogaster. MBio. 5 (5), 01631-01714 (2014).
  16. Huang, J. H., Douglas, A. E. Consumption of dietary sugar by gut bacteria determines Drosophila lipid content. Biology Letters. , (2015).
  17. Shin, S. C., et al. Drosophila microbiome modulates host developmental and metabolic homeostasis via insulin signaling. Science. 334 (6056), 670-674 (2011).
  18. Storelli, G., et al. Lactobacillus plantarum promotes Drosophila systemic growth by modulating hormonal signals through TOR-dependent nutrient sensing. Cell Metab. 14 (3), 403-414 (2011).
  19. Wong, A. C., Chaston, J. M., Douglas, A. E. The inconstant gut microbiota of Drosophila species revealed by 16S rRNA gene analysis. ISME J. 7 (10), 1922-1932 (2013).
  20. Newell, P. D., Douglas, A. E. Interspecies interactions determine the impact of the gut microbiota on nutrient allocation in Drosophila melanogaster. Appl Environ Microbiol. 80 (2), 788-796 (2014).
  21. Broderick, N. A., Lemaitre, B. Gut-associated microbes of Drosophila melanogaster. Gut Microbes. 3 (4), 307-321 (2012).
  22. Ren, C., Webster, P., Finkel, S. E., Tower, J. Increased internal and external bacterial load during Drosophila aging without life-span trade-off. Cell Metab. 6 (2), 144-152 (2007).
  23. Wong, A. C., et al. The Host as the Driver of the Microbiota in the Gut and External Environment of Drosophila melanogaster. Appl Environ Microbiol. 81 (18), 6232-6240 (2015).
  24. Dobson, A. J., et al. Host genetic determinants of microbiota-dependent nutrition revealed by genome-wide analysis of Drosophila melanogaster. Nat Commun. 6, 6312 (2015).
  25. Bakula, M. The persistence of a microbial flora during postembryogenesis of Drosophila melanogaster. J Invertebr Pathol. 14 (3), 365-374 (1969).
  26. Ryu, J. H., et al. Innate immune homeostasis by the homeobox gene caudal and commensal-gut mutualism in Drosophila. Science. 319 (5864), 777-782 (2008).
  27. Blum, J. E., Fischer, C. N., Miles, J., Handelsman, J. Frequent replenishment sustains the beneficial microbiome of Drosophila melanogaster. MBio. 4 (6), 00860 (2013).
  28. Bitner-Mathe, B. C., Klaczko, L. B. Plasticity of Drosophila melanogaster wing morphology: effects of sex, temperature and density. Genetica. 105 (2), 203-210 (1999).
  29. Edward, D. A., Chapman, T. Sex-specific effects of developmental environment on reproductive trait expression in Drosophila melanogaster. Ecol Evol. 2 (7), 1362-1370 (2012).
  30. Ridley, E. V., Wong, A. C., Westmiller, S., Douglas, A. E. Impact of the resident microbiota on the nutritional phenotype of Drosophila melanogaster. PLoS One. 7 (5), e36765 (2012).
  31. Newell, P. D., et al. In vivo function and comparative genomic analyses of the Drosophila gut microbiota identify candidate symbiosis factors. Front Microbiol. 5, 576 (2014).
  32. Dewhirst, F. E., et al. Phylogeny of the defined murine microbiota: altered Schaedler flora. Appl Environ Microbiol. 65 (8), 3287-3292 (1999).
  33. Min, K. T., Benzer, S. Wolbachia, normally a symbiont of Drosophila, can be virulent, causing degeneration and early death. Proc Natl Acad Sci U S A. 94 (20), 10792-10796 (1997).

Play Video

Cite This Article
Koyle, M. L., Veloz, M., Judd, A. M., Wong, A. C., Newell, P. D., Douglas, A. E., Chaston, J. M. Rearing the Fruit Fly Drosophila melanogaster Under Axenic and Gnotobiotic Conditions. J. Vis. Exp. (113), e54219, doi:10.3791/54219 (2016).

View Video