Medição de níveis de exercício em Drosophila melanogaster , usando o sistema de quantificação de exercício de giro (REQS)

Recentemente, pesquisadores começaram a usar a mosca de fruta Drosophila melanogaster para estudar Biologia do exercício. D. melanogaster tem sido um sistema modelo genético para mais de 100 anos^1,2. No entanto, pesquisa da drosófila contribuiu não apenas genética, mas também uma variedade de outras disciplinas, incluindo a neurobiologia, biologia do comportamento e fisiologia³. Em 2009, torre de energia, a primeira máquina de exercício para drosófila foi descrito⁴. Torre de energia aproveita-se da resposta de geotaxis negativo dos animais. Quando perturbado, Drosophila tendem a mover-se para a parte superior do seu gabinete. Esta resposta está bem estabelecida e é a base do ensaio popular “RING” (Geotaxis negativo iterativo rápido⁵) que é usado para estimar a capacidade de escalada e/ou aptidão física em Drosophila. Torre de energia usa um braço mecânico ligado a uma unidade do motor para levantar várias vezes um conjunto de animais dentro de seus gabinetes por diversas polegadas e soltando-os de volta à terra para induzir a resposta negativa geotaxis (Tinkerhess et al . 2012⁶ fornece um vídeo ilustrando o uso da torre de energia). Tratamento prolongado na torre de energia, portanto, aumenta a quantidade de atividade física (correr ou voar) os animais executam comparado aos animais controle não tratados e ao longo do tempo leva a melhorar o desempenho no ensaio de anel para aptidão física⁴. Assim, este trabalho demonstrou a viabilidade do uso da drosófila como um modelo para a biologia do exercício.

Para expandir o repertório de ferramentas disponíveis para a pesquisa de exercício de Drosophila, em 2016, Mendez e colegas descreveram uma segunda máquina de exercício de Drosophila, a Treadwheel⁷. Semelhante à torre de energia, a Treadwheel explora a resposta negativa geotaxis da drosófila. No entanto, esta resposta é induzida pela rotação contínua dos cercos animais, ao invés de levantamento e soltando-os como em Torre de energia. Este método de indução é mais suave e permite um regime de exercício orientado mais resistência que evita qualquer trauma físico que possa ocorrer durante o exercício em Torre de energia (ver Katzenberger, R. J. et al . 2013⁸ para o impacto das repetidas físico trauma na saúde da drosófila). Semelhante ao Power Tower⁴, exercício de tratamento de animais sobre a Treadwheel leva a uma variedade de respostas fisiológicas, incluindo alterações na aptidão física, os níveis de triglicérides e corpo peso⁷. Assim, dois métodos complementares estão disponíveis para os biólogos da drosófila, estudando o exercício.

Uma limitação da torre de energia e a Treadwheel é a incapacidade de medir a quantidade de atividade induzida pelo exercício tratamento. Análise de vídeo-gravações retirado a Treadwheel demonstrou que havia diferenças significativas entre as várias cepas de Drosophila em como eles respondem ao tratamento de exercício⁷. Especificamente, as estirpes estudaram diferiam em quanto atividade adicional, que os animais realizada quando estimulado⁷. Esta observação levou-na desenvolver um terceiro sistema de exercício, o giro exercer quantificação sistema (REQS), que nos permite medir os níveis de actividade animal durante exercício induzida pela rotação⁹. O REQS utiliza uma unidade que está instalada em um braço giratório para estimular o exercício através de rotação como a Treadwheel de monitoramento de atividades de comercialmente disponível. Trabalho inicial com o REQS confirma que geneticamente diferentes cepas de Drosophila — e sexos – pode ter significativamente diferentes respostas à estimulação rotacional e, assim, a quantidade de exercício induzida não é idêntica entre diferentes genótipos⁹ . Assim, o REQS agora permite que os biólogos da drosófila medir a quantidade de exercício induzida pelo tratamento, abrindo uma variedade de novas vias de investigação no campo de exercício.

Aqui descrevemos detalhadamente como usar o REQS para quantificação de exercício rotacional. O REQS induz exercício rotacional e simultaneamente mede os níveis de atividade dos animais sendo tratados. O REQS é capaz de acomodar uma variedade de programas de exercícios, que vão desde o simples 2 h contínuo exercício regime demonstrou aqui mais complexos métodos de treinamento de intervalo conforme descrito por Mendez e colegas⁷estimulação pode ser ajustada através velocidade de rotação (entre aproximadamente 1-13 rotações por minuto). Dependendo da unidade de monitor de atividade usada para produzir o REQS, esse método é adaptável para a análise de moscas única ou grandes populações de animais. Devido a esta versatilidade, o REQS fornece a pesquisadores da drosófila com uma matriz de oportunidades para estudar, por exemplo, exercício de diferentes regimes, intervenções de dieta ou impacto da densidade populacional.