Meten van oefening niveaus bij Drosophila melanogaster met behulp van de roterende oefening kwantificering (systeemvereisten)

Onderzoekers hebben onlangs begonnen met de fruitvlieg Drosophila melanogaster oefening biologie studeren. D. melanogaster is een genetische modelsysteem voor meer dan 100 jaar^1,2. Echter, Drosophila onderzoek heeft bijgedragen aan niet alleen genetica, maar ook aan een verscheidenheid van andere disciplines waaronder neurobiologie, gedrags biologie en fysiologie³. In 2009, de Power Tower, was de eerste oefening machine voor Drosophila beschreven⁴. De Power Tower maakt gebruik van de dieren negatief geotaxis reactie. Wanneer verstoord, de Drosophila neiging te bewegen naar de top van hun behuizing. Deze reactie is een gevestigde en vormt de basis van de populaire “RING” (snelle iteratieve negatieve Geotaxis⁵) test die wordt gebruikt om te schatten klimmen vermogen en/of fysieke fitheid in Drosophila. De Power Tower maakt gebruik van een mechanische arm verbonden met een motor eenheid te herhaaldelijk heffen een aantal dieren binnen hun bijlagen door verscheidene duim en vallen ze terug op de grond voor het opwekken van de negatieve geotaxis-reactie (Tinkerhess et al. 2012⁶ voorzien van een video ter illustratie van het gebruik van de Power Tower). Langdurige behandeling op de Power Tower dus verhoogt het bedrag van lichamelijke activiteit (actief of vliegend) de dieren voeren ten opzichte van onbehandelde dieren en over tijd leidt tot betere prestaties in de RING-assay voor fysieke fitheid⁴. Dus, dit werk toonde de haalbaarheid van het gebruik van Drosophila als een model voor oefening biologie.

Uit te breiden het repertoire van tools beschikbaar voor Drosophila oefening onderzoek, in 2016, beschreven Mendez en collega’s een tweede Drosophila oefening machine, de tredmolen⁷. Vergelijkbaar met de Power Tower, de tredmolen exploiteert de negatieve geotaxis reactie van Drosophila. Echter, dit antwoord wordt geïnduceerd door voortdurende rotatie van de dierlijke behuizingen, in plaats van opheffing en neer te zetten zoals de Power Tower. Deze methode van inductie is zachter en zorgt voor een meer uithoudingsvermogen georiënteerde oefening regime dat vermijdt eventuele fysieke trauma’s die zich tijdens de oefening in de Power Tower voordoen kan (Zie Katzenberger, R. J. et al. 2013⁸ voor de gevolgen van herhaald fysieke trauma’s op de gezondheid van de Drosophila). Vergelijkbaar met de Power Tower⁴, oefening behandeling van dieren op de tredmolen leidt tot een verscheidenheid van fysiologische reacties, met inbegrip van wijzigingen in de fysieke fitheid, triglyceridenspiegels en lichaam gewicht⁷. Dus, twee complementaire methoden zijn beschikbaar voor Drosophila biologen bestuderen van oefening.

Een beperking van zowel de Power Tower en de tredmolen is het onvermogen om te meten van de hoeveelheid activiteit geïnduceerd door de behandeling van de oefening. Analyse van video-opnames ontleend aan de tredmolen aangetoond dat er aanzienlijke verschillen tussen de diverse stammen van Drosophila in hoe ze op de behandeling van oefening^{7 reageren}. In het bijzonder de stammen studeerde verschilde in hoeveel extra activiteit die de dieren uitgevoerd wanneer⁷gestimuleerd. Deze observatie gevraagd ons een derde oefening systeem, de roterende oefenen kwantificering (systeemvereisten), dat ons toelaat om het meten van dierlijke activiteitsniveaus tijdens rotatie-geïnduceerde oefening⁹te ontwikkelen. De REQS maakt gebruik van een commercieel beschikbare activiteit controle eenheid die is geïnstalleerd op een roterende arm te stimuleren van oefening door middel van rotatie in de tredmolen. Eerste werk met de REQS bevestigt dat genetisch verschillende Drosophila stammen — en geslachten – aanzienlijk verschillende reacties op de roterende stimulatie kan hebben en dus de hoeveelheid oefening geïnduceerde niet identiek onder verschillende genotypen⁹ . Aldus, de REQS nu kan Drosophila biologen te meten van de hoeveelheid oefening geïnduceerde door de behandeling, openen van een scala aan nieuwe mogelijkheden van het onderzoek op het gebied van de oefening.

Hier beschrijven we in detail hoe te gebruiken de REQS voor de kwantificering van rotatie oefening. De REQS induceert rotatie oefening en gelijktijdig maatregelen de activiteitenniveaus van de dieren worden behandeld. De REQS is geschikt voor een scala aan oefenprogramma’s, variërend van eenvoudige 2 h continu oefening regime aangetoond dat hier meer complexe interval trainingsmethoden zoals beschreven door Mendez en collega’s⁷en stimulatie kan worden aangepast via Rotatiesnelheid (tussen ongeveer 1-13 rotaties per min). Deze methode is afhankelijk van de activiteit monitor-eenheid gebruikt voor de productie van de REQS, aan te passen aan de analyse van enkele vliegen of grote populaties van de dieren. Door deze veelzijdigheid biedt de REQS Drosophila onderzoekers met een scala aan mogelijkheden om te studeren, bijvoorbeeld, verschillende oefening regimes, dieet interventies, of de gevolgen van de bevolkingsdichtheid.