Ein schneller Food-Preference-Test in Drosophila

Trotz dramatischer Unterschiede in der anatomischen Struktur von Geschmacksorganen zwischen Fliegen und Säugetieren sind die Verhaltensreaktionen der Fliegen auf viele Tastantsubstanzen auffallend ähnlich wie die von Säugetieren. Zum Beispiel bevorzugen Fliegen Zucker^{1,2,3,4,5,6,7,8}, Aminosäuren^9,10, und niedriges Salz¹¹, die Nährstoffe anzeigen, aber ablehnen bittere Lebensmittel^12,13,14,15, die ungenießbar oder giftig sind. In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich Fliegen als ein sehr wertvoller Modellorganismus erwiesen, um das Verständnis vieler grundlegender Fragen im Zusammenhang mit Geschmacksempfinden und Lebensmittelkonsum zu fördern, einschließlich Tastanterkennung, Geschmacktransduktion, Geschmacksplastizität und Fütterungsverordnung^{16,17,18,19,20}. Bemerkenswerterweise haben eine Reihe von Studien gezeigt, dass die Geschmacktransduktion und die neuronalen Schaltkreismechanismen, die der Geschmackswahrnehmung zugrunde liegen, analog zwischen Fruchtfliegen und Säugetieren sind. Daher dient die Fruchtfliege als idealer Versuchsorganismus, der es forschern ermöglicht, evolutionär konservierte Konzepte und Prinzipien aufzudecken, die die Erkennung und den Verzehr von Lebensmitteln im Tierreich regeln.

Um Geschmacksempfinden bei Fliegen zu untersuchen, ist es wichtig, einen schnellen und strengen Test zu etablieren, um die Lebensmittelpräferenz objektiv zu messen. Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Fütterungsmethoden, wie färbebasierte Assays^{11,12,13,21,22,23}, die Fly Proboscis Extension Response Assay²⁴, die Capillary Feeder (CAFE) Assay^25,26, Der Fly Liquid-Food Interaction Counter (FLIC) Assay²⁷und andere kombinatorische Methoden wurden entwickelt, um die Lebensmittelpräferenz und/oder die Nahrungsaufnahme für Fruchtfliegen²⁸,^29,30,31quantitativ zu messen. Eines der beliebten Fütterungsparadigmen ist der auf Farbstoffbasierende Zwei-Wahl-Fütterungstest mit entweder einer Multiwell-Mikrotiterplatte^12,21,32 oder, wie hier beschrieben, einer kleinen Petrischale^11,22 als Futterkammer. Dieser Test basiert auf der Transparenz des Abdomens der Fliege. Während dieses Testes werden fliegende in die Futterkammer gelegt und mit zwei Nahrungsoptionen gemischt mit rotem Farbstoff oder blauem Farbstoff präsentiert. Sobald der Test abgeschlossen ist, fliegen Abdomen erscheinen rot oder blau, je nachdem, welche Nahrung sie konsumiert haben.

Sowohl die Petri-Schale als auch die Futtertests auf Multiwell-Platte-Farbe sind sehr robust und liefern ungefähr die gleichen Ergebnisse. Mit diesen beiden Assays wurden zahlreiche wichtige Entdeckungen und Durchbrüche gemacht, um die sehr diversifizierten Rezeptoren und Zellen zu entschlüsseln, die für die Erfassung von Nahrungsgeschmack und Lebensmitteltextur^{11,12,21,22,32,33}verantwortlich sind. Im färbenbasierten Assay erfordert ein Versuchsschritt, der viel Zeit und Mühe erfordert, die Zubereitung und Verladung von Lebensmitteln in die Futterkammer. Um die Zubereitungs- und Ladezeit der Nahrung zu reduzieren, wurde dieser Test durch den Austausch der Multiwell-Mikrotiterplatte durch eine kleine Petrischale modifiziert, die in zwei gleiche Fächer unterteilt ist. In der Petri-Schale-basierte Assay, zwei verschiedene Lebensmittel mit blauen oder roten Farbstoff ergänzt werden, um die beiden Hälften der Schale hinzugefügt. Dann werden 70 vorverhungerte, 2-4 Tage alte Fliegen in das Gericht gelegt und dürfen für ca. 90 min zwischen blauen und roten Lebensmitteln im Dunkeln wählen. Anschließend wird der Bauch jeder Fliege untersucht und der Präferenzindex (PI) berechnet.

Dieser Petri-Dish-basierte Zwei-Wahl-Futter-Assay ist erschwinglich, einfach und schnell. Eine Multiwell-Platte benötigt ca. 110 s zu füllen, während jede Petrischale nur 20 s benötigt. Darüber hinaus erfordert die Multiwell-Platte das Pipettieren kleiner Mengen von Lebensmitteln in eine große Anzahl kleiner Brunnen (z. B. 60 oder mehr Brunnen pro Platte), was erhebliche Präzision und Aufmerksamkeit erfordert. Umgekehrt erfordert der Petri-Dish-basierte Assay nur zwei Aktionen pro Platte. Da der Fütterungstest eine große Anzahl von Replikationen umfassen kann, spart der Petri-Dish-basierte Assay eine nicht triviale Menge an Zeit und Mühe. Dieser Assay liefert Ergebnisse, die denen aus dem multiwell-basierten Assay entsprechen und hat sich als erfolgreich bei der Behandlung vieler grundlegender Fragen in der Geschmackswahrnehmung erwiesen, einschließlich Salzgeschmackcodierung¹¹, Geschmackplastizität modifiziert durch Lebensmittelerfahrung²², und die molekulare Basis der Lebensmitteltextur Sensation³³. Zusammenfassend ist dieser Petri-Dish-basierte Zwei-Wahl-Assay ein leistungsfähiges Werkzeug, um zu untersuchen, wie Fliegen externe und innere Nährstoffmilieus wahrnehmen, um ein angemessenes Fütterungsverhalten zu entlocken.