هنا ، يتم وصف طريقة لتغذية ذبابة الفاكهة الميلانوجاستر بالأدوية والمستخلصات النباتية وتقييم تأثيرها على الجهاز الهضمي من خلال تحليل رواسب براز ذباب الفاكهة. يمكن استخدام الذباب المعالج بالعقاقير كنموذج لمزيد من البحث.
لدراسة فسيولوجيا الجهاز الهضمي البشري ، اعتمد علماء الطب الحيوي على استخدام الكائنات الحية النموذجية. على الرغم من أن العديد من الباحثين قد استخدموا الفئران كنموذج لدراسة وظيفة الأمعاء ، إلا أن عددا قليلا فقط من التقارير ركز على ذبابة الفاكهة الميلانية (D. melanogaster). بالمقارنة مع الفئران ، يقدم ذباب الفاكهة العديد من المزايا ، مثل دورة حياة قصيرة ، وصيانة بسيطة وفعالة من حيث التكلفة ، وعدم وجود قضايا أخلاقية. علاوة على ذلك ، يتم الحفاظ على فسيولوجيا الجهاز الهضمي للثدييات والتشريح ومسارات الإشارات بشكل كبير في D. melanogaster. تم استخدام المستخلصات النباتية تقليديا لعلاج الإسهال والإمساك. على سبيل المثال ، Psidium guajava (P. guajava) هي واحدة من أكثر العوامل المضادة للإسهال المعروفة في المناطق الاستوائية. ومع ذلك ، لم تقم أي دراسات بتقييم تأثير الأدوية المضادة للإسهال والملينات والمستخلصات النباتية في D. melanogaster ، ولا يزال من غير المعروف ما إذا كانت التأثيرات المماثلة (على سبيل المثال ، رواسب برازية أصغر وأكثر تركيزا وأقل وفرة في حالة الأدوية المضادة للإسهال) يمكن أن تحدث في ذباب الفاكهة مقارنة بالثدييات. في هذه الدراسة ، يظهر تأثير مضاد للإسهال الناجم عن P. guajava في سلالة D. melanogaster التي تقدم نمطا ظاهريا للإسهال. تتم مراقبة أخذ عينات البراز التي ينتجها الذباب باستخدام طعام مكمل بالصبغة. يحدد هذا البروتوكول الطريقة المستخدمة لإعداد الطعام بالأدوية ، وتقييم الرواسب البرازية للذباب الذي يتغذى على هذه المستحضرات الغذائية ، وتفسير البيانات التي تم الحصول عليها.
الجهاز الهضمي (GI) ، ويسمى أيضا الجهاز الهضمي ، هو المسؤول عن هضم وامتصاص العناصر الغذائية وإفراز المنتجات غير المهضومة1. الجهاز الهضمي عرضة لمجموعة من الاضطرابات التي يمكن أن تسبب عدم الراحة والألم وتعطيل الحياة اليومية. تشمل اضطرابات الجهاز الهضمي آلام البطن وعدم الراحة ، والانتفاخ ، وحرقة المعدة ، وعسر الهضم أو عسر الهضم ، والغثيان ، والقيء ، والإسهال ، والإمساك2. الإسهال هو أكثر أعراض اضطراب الجهاز الهضمي شيوعا3 ، ويتم تعريفه على أنه مرض يحتوي على ثلاثة براز رخو ومائي على الأقل خلال فترة 24 ساعة4. يحدث الإسهال بسبب مجموعة واسعة من مسببات الأمراض ، بما في ذلك البكتيريا والفيروسات والطفيليات والفطريات ، ويمكن أن يحدث أيضا بسبب الأدوية 5,6. في جميع أنحاء العالم ، لا يزال الإسهال هو السبب الرئيسي الثاني للوفيات بين الأطفال دون سن 5 سنوات7. على الرغم من أن الإسهال يمكن أن يحل نفسه ، إلا أنه يمكن أن يشير أيضا إلى حالة كامنة أكثر حدة إذا استمر لأكثر من بضعة أيام.
لدراسة الأمعاء ، يلجأ الباحثون إلى نماذج حيوانية مثل الفئران والجرذان والخنازير 8,9. ومع ذلك ، فإن استخدام هذه يمكن أن يكون مكلفا ويستغرق وقتا طويلا لأنها تتطلب مرافق متخصصة واعتبارات أخلاقية. أظهرت الدراسات الحديثة أنه يمكن استخدام D. melanogaster كنموذج لدراسة الجهاز الهضمي والتحقيق في بعض الآليات مثل الحفاظ على التوازن التجديدي ، وتطور الشيخوخة المناعية ، وفقدان وظيفة الحاجز الظهاري ، وانخفاض التوازن الأيضي10,11. D. melanogaster ، المعروف باسم ذبابة الفاكهة ، يشترك في درجة عالية من التماثل الجيني مع البشر. يعتقد أن ما يقرب من 75٪ من جينات الأمراض البشرية لها تجانس وظيفي في Fly12. لديهم أيضا جهاز هضمي بسيط يتكون من الأمعاء الأمامية والأمعاء الوسطى والأمعاء الخلفية13. D. melanogaster سهل الاستزراع في المختبر ويمكن تعديله وراثيا بطرق مختلفة14. لذلك ، يعد استخدام D. melanogaster للاختبار في الجسم الحي أداة قوية تسمح للباحثين بدراسة العمليات البيولوجية المعقدة في بيئة خاضعة للرقابة.
وفقا لمنظمة الصحة العالمية (WHO) ، يستخدم حوالي 80٪ من الأشخاص الذين يعيشون في البلدان النامية الطب التقليدي لتلبية احتياجاتهم الصحية الأولية15. يمكن تفسير الاستخدام العالي للنباتات الطبية بحقيقة أنها متاحة بسهولة وغير مكلفة ولها آثار جانبية قليلة16. تشمل أجزاء النبات الرئيسية المستخدمة في العلاج بالأعشاب الأوراق واللحاء والجذور والبذور17 بينما الطرق الرئيسية للتحضير هي التسريب والديكوتيون والنقع18. تحتوي هذه العلاجات العشبية على مواد كيميائية نباتية مثل قلويدات ، تيربينويدات ، فلافونويد ، منشطات ، تانينات وكربوهيدرات19 ، والتي لها آثار علاجية على جسم الإنسان. يستخدم الناس مجموعة متنوعة من النباتات الطبية لعلاج اضطرابات الجهاز الهضمي مثل الإسهال وآلام المعدة والدوسنتاريا20. على سبيل المثال ، Psidium guajava هي واحدة من النباتات الأكثر استخداما لعلاج الإسهال في العالم. أظهرت الاختبارات الدوائية والسريرية المختلفة بالفعل سلامتها ، مما يجعلها مرشحا جيدا مضادا للإسهال لدراسة21,22. ومع ذلك ، فإن القيود الرئيسية للأدوية العشبية هي عدم وجود تقييم الكفاءة والسلامة ، فضلا عن عدم وجود معلومات محددة وكاملة حول تكوين المستخلصات النباتية المستخدمة23. للتحقق من كفاءة وسلامة الأدوية العشبية ، يلزم اتباع نهج منظم يتضمن التحقق التجريبي والسريري ويجب أن يكون النهج مدعوما ببيانات كافية من الدراسات في الجسم الحي وفي المختبر.
لتقييم العلاجات التقليدية لفعاليتها في علاج الإسهال ، كان استخدام الفئران والجرذان هو السائد في العقود الأخيرة24,25. نظرا للمزايا الرئيسية المذكورة سابقا ، أي سهولة الاستخدام ، والوظائف الاستيعابية والجهاز الهضمي المحفوظة بأسعار معقولة وقابلة للتكرار والمحفوظة بين الذباب والثدييات ، نقترح استخدام D. melanogaster كنموذج لتقييم النشاط المضاد للإسهال للنباتات. يمكن تمييز النمط الظاهري الإسهال في D. melanogaster بالعديد من الميزات ، بما في ذلك زيادة وفرة الرواسب البرازية ، وأحجام رواسب أكبر ، ولون أفتح (أقل تركيزا) ، ومواد برازية أعلى26. يمكن قياس هذا النمط الظاهري باستخدام معلمات مختلفة: عدد الرواسب البرازية ، والمساحة الإجمالية للرواسب ، ومتوسط الخفة ، والكثافة البصرية المتكاملة الكلية (IOD). يعرف إجمالي IOD بأنه إجمالي محتوى الصبغة في الرواسب ، مما يعني إجمالي مادة البراز التي تفرز27. في السابق ، تم تطوير اختبار لتحليل رواسب البراز من D. melanogaster27,28. في هذا الفحص ، تم استخدام القارئ النهائي للروث (T.U.R.D.) كأداة لتحليل البراز ، والتي تسمح بالتحقق من عدد وحجم وخفة رواسب البراز وبالتالي مراقبة فسيولوجيا الأمعاء لذباب الفاكهة. ومع ذلك ، لم يتم تطبيق هذه الطريقة أبدا لتقييم النمط الظاهري للإسهال في الذباب. يعد جين ببتيد النقل الأيوني (ITP) منظما مهما للغدد الصماء للعطش والإفراز ويجمع بين توازن الماء والتغذية في D. melanogaster. في دراسة حديثة ، تبين أن سرعة عبور الطعام في جميع أنحاء الجهاز الهضمي وتواتر أحداث التغوط قد انخفضت بسبب الإفراط في التعبير عن ITP وزادت بسبب ضربة قاضية ITP. تم وصف النمط الظاهري الأخير بأنه إسهال من قبل مؤلفي هذه الدراسة29.
في هذا البروتوكول ، يتم استخدام نسخة معدلة من مقايسة رواسب البراز لتقييم تأثير عامل مضاد للإسهال (أي مستخلص أوراق الجوافة) على الجهاز الهضمي ل D. melanogaster باستخدام سلالة ITPi كنموذج إسهال. الهدف العام من هذه الطريقة هو: 1) توفير طريقة سهلة وموثوقة لتقييم التأثير المضاد للإسهال للأدوية والمستخلصات النباتية ، و 2) للسماح باكتشاف المركبات النشطة بيولوجيا المسؤولة عن التأثير المضاد للإسهال في المستخلصات النباتية من خلال تطبيق نهج موجه بالنشاط الحيوي.
تم قبول D. melanogaster على نطاق واسع كنموذج للعمليات البيولوجية المختلفة بسبب التشابه في الجينات بين D. melanogaster والبشر36. ينتشر استخدام D. melanogaster كنموذج لدراسة الأمعاء وقد تم استخدام تطبيق T.U.R.D. لتقدير عدد ومساحة وكمية رواسب البراز. ومع ذلك ، لم يتم استخدام طريقة الكشف عن النمط الظاهري لتقييم الإسهال في ذباب الفاكهة. لذلك ، يقدم هذا البروتوكول طريقة جديدة لتقييم وجود الإسهال تقريبا عن طريق الكشف عن رواسب البراز.
رواسب البراز هي مؤشر أساسي لوظيفة الأمعاء والصحة37. في هذا السياق ، تم اقتراح طريقة لتربية D. melanogaster على وسط يحتوي على المخدرات للتحقيق في المعلمات المختلفة للرواسب البرازية. من خلال مراقبة عدد الرواسب ، من الممكن تحديد وتيرة التغوط وتقييم ما إذا كان الدواء له أي تأثير على العبور المعوي. يمكن قياس المساحة الإجمالية للرواسب لتقييم تركيز وتخفيف البراز ، وهو عامل مهم في تحديد الصحة العامة للجهاز المعوي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الكثافة البصرية المتكاملة الكلية (IOD) للكشف عن الكمية الإجمالية للمواد البرازية الموجودة في الرواسب. يوفر هذا البروتوكول طريقة فعالة لفحص وتقييم الأدوية وكذلك المستخلصات النباتية التي تؤثر على الأمعاء. عندما يتم استخدام D. melanogaster ككائن نموذجي ، فمن الممكن تقييم فعالية الأدوية المحتملة ، والتي يمكن أن تساعد في تسريع عملية اكتشاف الدواء. من خلال تطبيق هذه الطريقة على المستخلصات النباتية ، يمكن للباحثين المساعدة في التحقق من صحة استخدامها كعوامل مضادة للإسهال.
هناك العديد من الخطوات الحاسمة التي يجب مراعاتها عند استخدام هذا البروتوكول لدراسة رواسب البراز في D. melanogaster. أولا ، من الضروري حساب الكتلة المطلوبة لتحقيق التركيز المطلوب للدواء في الوسط. علاوة على ذلك ، من المهم ضمان حالة تحضير جيدة عند إضافة الدواء إلى الوسط ، لأن درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن تؤدي إلى تدهور الدواء وتؤثر على قوته. ثانيا ، اختيار الذباب الإناث مهم في هذا البروتوكول. من المهم استخدام إناث الذباب البكر لتجنب الاختلافات في إنتاج البراز بين الإناث البكر والتزاوج. على سبيل المثال ، البقع التي تنتجها الإناث البكر أكثر دائرية من الإناث المتزاوجة ، وتميل الإناث المتزاوجة إلى إفراز مواد برازية أكثر من الإناث البكر27,28. لذلك ، يوصى بجمع الذباب قبل 8 ساعات من التصلب للتأكد من أن جميع الإناث التي تم جمعها هي عذارى. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون الذباب المختبر قويا وصحيا ، حيث يمكن أن تؤثر صحته على تناول الطعام وإنتاج البراز. على سبيل المثال ، قد يواجه الذباب الذي له شكل غير طبيعي من الأجنحة صعوبة في الحصول على الطعام. أخيرا ، لاستخدام T.U.R.D. بنجاح ، يعد حجم الكتلة (وحدات البكسل) وإعدادات الإزاحة أمرا بالغ الأهمية. نظرا للاختلاف في تباين الضوء للصور ، قد يكون من الضروري تجربة إعدادات مختلفة لتحقيق أفضل تحديد ممكن للرواسب البرازية.
على الرغم من أن الطريقة المقدمة فعالة ، إلا أن هناك العديد من القيود. واحد هو دقة تركيز الدواء في الوسط. عندما يتم تسخين الوسط أثناء التحضير ، قد يتبخر بعض الماء ، مما قد يؤثر على تركيز الدواء. قيد آخر هو مسح أطباق بتري. لا يتم مسح بعض أجزاء أطباق بتري (أي الحواف) ، وقد يؤدي ذلك إلى سوء تقدير إجمالي رواسب البراز. بالإضافة إلى ذلك ، لا ينتج الذباب نفس الكمية من رواسب البراز على الأغطية العلوية والسفلية لأطباق بتري. نظرا لأنها تميل إلى إنتاج المزيد من الرواسب على الغطاء السفلي ، فقد يكون الانحراف المعياري للتحليل بين الغطاء العلوي والسفلي مرتفعا ، مما قد يؤثر على دقة النتائج.
باستخدام هذا البروتوكول ، يمكن للباحثين دراسة الإسهال في D. melanogaster. من خلال تعديل الوسط المحتوي على الدواء ، يمكن استخدام هذه الطريقة لفحص النباتات المضادة للإسهال ، والتي توفر نهجا جديدا لاكتشاف الأدوية. تم استخدام الطب التقليدي والمنتجات الطبيعية لعدة قرون لعلاج الأمراض المختلفة ، بما في ذلك اضطرابات الجهاز الهضمي. باستخدام هذا البروتوكول لتقييم فعالية المستخلصات النباتية على الرواسب البرازية ، يمكن تحديد علاجات جديدة محتملة لاضطرابات الأمعاء ويمكن تقديم مبرر علمي لاستخدامها كعوامل مضادة للإسهال. يمكن أن يوفر هذا النهج مساهمة قيمة في مجال اكتشاف الأدوية وعلم الأدوية العرقية.
The authors have nothing to disclose.
نشكر الدكتورة مارتينا غاليكوفا على تزويدنا بسلالات ذبابة الفاكهة . نحن ممتنون لفريق ميشيل كروزاتييه بوردي ومارك هاينلين لتقديم ملاحظات حول دراستنا ومساعدتنا في تحسين نموذجنا. نود أن نشكر شركة نابو للأدوية على تزويدنا بعقار كروفيليمر. كما يعرب المؤلفون عن امتنانهم للمحرر الضيف الدكتور هوغز بيتيتجان لإتاحة الفرصة لنا لنشر هذا البروتوكول. تم تمويل هذه الدراسة من قبل الوكالة الوطنية للبحوث (ANR) في إطار مشروع ANR-22-CE03-0001-01.
Chemical & Food medium | |||
Agar | Sigma Aldrich | A7002 | 5 Kg bucket |
Bromophenol blue | Sigma Aldrich | 34725-61-6 | B5525-25G |
Corn flour | Nature et Cie | *910007 | 25 Kg bag |
Crofelemer | Napo pharmaceuticals | – | – |
Ethanol 96% | – | – | – |
Loperamide | Sigma Aldrich | L4762 | 5 grams |
Moldex | VWR | 1.06757.5000 | 5 Kg bag |
Propionic acid | Dutscher | 409553-CER | 1 Liter bottle |
Sugar | Pomona EpiSaveurs | 52705 | 1 Kg bag |
Yeast | Dutscher | 789195 | 10 Kg bag |
Materials | |||
Beaker | DWK LIFE SCIENCE | – | 250 mL |
Centrifugation tube | Eppendorf | 30119401 | Eppendorf tubes 5.0 mL |
CO2 tank | – | – | – |
Erlen Meyer flask | – | – | 500 mL (for extraction) |
Filter paper grade | Whatman | – | 3 mm chr. |
Flowbuddy socle | Genesis | – | – |
Flugs Narrow Plastic vials | Genesis | 49-102 | – |
Flystuff Blow gun | Genesis | – | – |
Flystuff Ultimate Flypad | Genesis | – | – |
Flystuff Foot pedal | Genesis | – | – |
Forceps | Dumostar | 11295-51 | – |
Graduated cylinder | – | – | 100 mL |
Inox spatula | – | – | – |
Micropipette | Eppendorf | 4924000088 | Eppendorf Reference 2 |
Micropipette tip | Eppendorf | 30000919 | epT.I.P.S. Standard |
Narrow Drosophila vials | Genesis | 32-120 | – |
Paintbrush | – | – | – |
Petri dish | Greiner | 628162 | Size: 60 x 15mm |
Round-bottom flask | – | – | 500 mL (for evaporation) |
Thermometer | Avantor | 620-0916 | |
Whisk | – | – | – |
Equipments | |||
Chiller | HUBER | Minichiller | – |
Heating bath | BÜCHI | B-490 | – |
Heating plate | BIOBLOCK SCIENTIFIC | – | Magnetic stirrer hot plate |
Incubator | Memmert | – | HPP110eco |
Rotary evaporator | BÜCHI | R-200 | – |
Scanner | Epson | V850 pro | – |
Shaker | Edmund Bühle | KS 10 | – |
Stereomicroscope binocular | Zeiss | Stemi 305 | – |
Vacuum pump | VACUUBRAND | PC500 series | – |
Vortex mixer | Sigma Aldrich | CLS6776-1EA | Corning LSE vortex mixers |
Weighing scale | OHAUS Scout | SKX622 | – |