Burada, Drosophila melanogaster’i ilaçlar ve bitki özleri ile beslemek ve meyve sineklerinin dışkı birikintilerini analiz ederek gastrointestinal sistem üzerindeki etkilerini değerlendirmek için bir yöntem açıklanmaktadır. İlaçla tedavi edilen sinekler, daha fazla araştırma için bir model olarak kullanılabilir.
İnsan gastrointestinal fizyolojisini incelemek için, biyomedikal bilim adamları model organizmaların kullanımına güvendiler. Birçok araştırmacı fareleri bağırsak fonksiyonunu incelemek için bir model olarak kullanmış olsa da, sadece birkaç rapor Drosophila melanogaster (D. melanogaster) üzerine odaklanmıştır. Farelerle karşılaştırıldığında, meyve sinekleri kısa bir yaşam döngüsü, uygun maliyetli ve basit bakım ve etik sorun olmaması gibi birçok avantaj sunar. Ayrıca, memeli gastrointestinal fizyolojisi, anatomisi ve sinyal yolları D. melanogaster’de yüksek oranda korunmuştur. Bitki özleri geleneksel olarak ishal ve kabızlığı tedavi etmek için kullanılmıştır. Örneğin, Psidium guajava (P. guajava) tropik bölgelerde en çok bilinen ishal önleyici ajanlardan biridir. Bununla birlikte, ishal önleyici ve müshil ilaçların ve bitki özlerinin D. melanogaster’deki etkisini değerlendiren hiçbir çalışma yoktur ve benzer etkilerin (örneğin, ishal önleyici ilaçlar durumunda daha küçük, daha konsantre ve daha az miktarda dışkı birikintileri) memelilere kıyasla meyve sineklerinde meydana gelip gelemeyeceği bilinmemektedir. Bu çalışmada, ishal fenotipi sunan bir D. melanogaster suşunda P. guajava tarafından indüklenen bir antidiarreal etki gösterilmiştir. Sinekler tarafından üretilen dışkı örneklemesi, boya takviyeli bir gıda kullanılarak izlenir. Bu protokol, ilaçlarla gıda hazırlamak, bu gıda preparatları ile beslenen sineklerin dışkı birikimlerini değerlendirmek ve elde edilen verileri yorumlamak için kullanılan yöntemi ana hatlarıyla belirtir.
Sindirim sistemi olarak da adlandırılan gastrointestinal (GI) sistem, besinlerin sindiriminden ve emiliminden ve sindirilmemiş ürünlerin atılımından sorumludur1. Gastrointestinal sistem, rahatsızlığa, ağrıya ve günlük yaşamda aksamalara neden olabilecek bir dizi rahatsızlığa karşı savunmasızdır. Gastrointestinal bozukluklar arasında karın ağrısı ve rahatsızlığı, şişkinlik, mide ekşimesi, hazımsızlık veya hazımsızlık, bulantı, kusma, ishal ve kabızlıkbulunur 2. İshal, GI bozukluğunun en sık görülen semptomudur3 ve 24 saatlik bir süre boyunca en az üç gevşek ve sulu dışkı ile bir hastalık olarak tanımlanır4. İshal, bakteriler, virüsler, parazitler, mantarlar dahil olmak üzere çok çeşitli patojenlerden kaynaklanır ve ayrıca ilaçlardan da kaynaklanabilir 5,6. Dünya çapında ishal, 5 yaşın altındaki çocuklar arasında ikinci önde gelen ölüm nedeni olmaya devam etmektedir7. İshal kendi kendine düzelebilse de, birkaç günden fazla sürerse altta yatan daha ciddi bir duruma da işaret edebilir.
Bağırsak sistemini incelemek için araştırmacılar fareler, sıçanlar ve domuzlar gibi hayvan modellerine yöneliyorlar 8,9. Bununla birlikte, bu hayvanların kullanımı, özel tesisler ve etik hususlar gerektirdiğinden pahalı ve zaman alıcı olabilir. Son çalışmalar, D. melanogaster’in GI yolunu incelemek ve rejeneratif homeostazın sürdürülmesi, immün yaşlanma gelişimi, epitel bariyer fonksiyonunun kaybı ve metabolik homeostazdaki düşüş gibi bazı mekanizmaları araştırmak için bir model olarak kullanılabileceğini göstermiştir10,11. Meyve sineği olarak bilinen D. melanogaster, insanlarla yüksek derecede genetik homolojiyi paylaşır; İnsan hastalığı genlerinin yaklaşık% 75’inin sinek12’de işlevsel bir homologa sahip olduğuna inanılmaktadır. Ayrıca bir ön bağırsak, bir orta bağırsak ve bir arka bağırsaktan oluşan basit bir sindirim sistemine sahiptirler13. D. melanogaster’in laboratuvarda kültürlenmesi kolaydır ve farklı şekillerde genetik olarak değiştirilebilir14. Bu nedenle, in vivo test için D. melanogaster kullanmak, araştırmacıların karmaşık biyolojik süreçleri kontrollü bir ortamda incelemelerine olanak tanıyan güçlü bir araçtır.
Dünya Sağlık Örgütü’ne (WHO) göre, gelişmekte olan ülkelerde yaşayan insanların yaklaşık %80’i temel sağlık ihtiyaçları için geleneksel tıbbı kullanmaktadır15. Şifalı bitkilerin yüksek kullanımı, kolay bulunabilmeleri, ucuz olmaları ve az yan etkiye sahip olmaları ile açıklanabilir16. Bitkisel tedavide kullanılan ana bitki kısımları arasında yapraklar, ağaç kabuğu, kökler, tohumlar17 bulunurken, ana hazırlama yöntemleri infüzyon, kaynatma ve maserasyondur18. Bu bitkisel ilaçlar, insan vücudu üzerinde terapötik etkileri olan alkaloidler, terpenoidler, flavonoidler, steroidler, tanenler vekarbonhidratlar 19 gibi fitokimyasal maddeler içerir. İnsanlar ishal, karın ağrısı ve dizanteri gibi GI bozukluklarını tedavi etmek için çeşitli şifalı bitkiler kullanırlar20. Örneğin, Psidium guajava, dünyada ishali tedavi etmek için en yaygın kullanılan bitkilerden biridir. Çeşitli farmakolojik ve klinik testler güvenliğini zaten göstermiştir, bu da onu21,22’yi incelemek için iyi bir ishal önleyici aday yapar. Bununla birlikte, bitkisel ilaçların başlıca sınırlamaları, etkinlik ve güvenlik değerlendirmesinin eksikliğinin yanı sıra, kullanılan bitki özlerinin bileşimi hakkında kesin ve eksiksiz bilgi eksikliğidir23. Bitkisel ilaçların etkinliğini ve güvenliğini doğrulamak için, deneysel ve klinik doğrulamayı içeren sistematik bir yaklaşım gereklidir ve yaklaşım, in vivo ve in vitro çalışmalardan elde edilen yeterli veri ile desteklenmelidir.
İshal tedavisinde geleneksel ilaçları etkinlikleri açısından değerlendirmek için, fare ve sıçanların kullanımı son yıllarda baskın olmuştur24,25. Daha önce bahsedilen temel avantajlar, yani sinekler ve memeliler arasında kullanım kolaylığı, uygun fiyatlı, tekrarlanabilir, korunmuş emici ve sindirim fonksiyonları nedeniyle, bitkilerin ishal önleyici aktivitesini değerlendirmek için bir model olarak D. melanogaster’i kullanmayı öneriyoruz. D. melanogaster’deki ishal fenotipi, artan dışkı birikintileri, daha büyük tortu boyutları, daha açık bir renklenme (daha az konsantre) ve daha yüksek dışkı materyali26 dahil olmak üzere çeşitli özelliklerle karakterize edilebilir. Bu fenotip, çeşitli parametreler kullanılarak ölçülebilir: dışkı birikintilerinin sayısı, toplam birikinti alanı, ortalama hafiflik ve toplam entegre optik yoğunluk (IOD). Toplam IOD, tortunun toplam boya içeriği olarak tanımlanır, yani atılan toplam dışkı materyali27 anlamına gelir. Daha önce, D. melanogaster 27,28’in dışkı birikintilerini analiz etmek için bir test geliştirilmiştir. Bu tahlilde, dışkı birikintilerinin sayısını, boyutunu ve hafifliğini kontrol etmeyi ve böylece meyve sineklerinin bağırsak fizyolojisini izlemeyi sağlayan bir dışkı analiz aracı olarak nihai gübre okuyucusu (T.U.R.D.) kullanılmıştır. Ancak bu yöntem sineklerde ishal fenotipini değerlendirmek için hiçbir zaman uygulanmamıştır. İyon Taşıma Peptit (ITP) geni, susuzluk ve atılımın önemli bir endokrin düzenleyicisidir ve su homeostazını D. melanogaster’de beslenme ile birleştirir. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, gastrointestinal sistem boyunca gıda geçiş hızının ve dışkılama olaylarının sıklığının ITP aşırı ekspresyonu ile azaldığı ve ITP yıkımı ile arttığı gösterilmiştir. İkinci fenotip, bu çalışmanın yazarları tarafından ishal olarak tanımlanmıştır29.
Bu protokolde, bir ishal önleyici ajanın (yani guava yaprağı ekstresi) D . melanogaster’in gastrointestinal sistemi üzerindeki etkisini değerlendirmek için dışkı birikinti testinin değiştirilmiş bir versiyonu kullanılır. Bu yöntemin genel amacı: 1) ilaçların ve bitki ekstraktlarının antidiarreal etkisini değerlendirmek için kolay ve güvenilir bir yöntem sağlamak ve 2) biyoaktivite güdümlü bir yaklaşım uygulayarak bitki ekstraktlarında ishal önleyici etkiden sorumlu biyoaktif bileşiklerin keşfine izin vermektir.
D. melanogaster , D. melanogaster ve insanlar arasındaki genlerdeki benzerlik nedeniyle çeşitli biyolojik süreçler için bir model olarak yaygın olarak kabul edilmiştir36. Bağırsak sistemini incelemek için bir model olarak D. melanogaster’in kullanımı yaygındır ve T.U.R.D. dışkı birikintilerinin sayısını, alanını ve miktarını tahmin etmek için kullanılmıştır. Bununla birlikte, meyve sineklerinde ishali değerlendirmek için fenotipik tespit yöntemi kullanılmamıştır. Bu nedenle, bu protokol, dışkı birikintilerini tespit ederek ishal varlığını kabaca değerlendirmek için yeni bir yöntem sunar.
Dışkı birikintileri, bağırsak sistemi fonksiyonunun ve sağlığının önemli bir göstergesidir37. Bu bağlamda, dışkı birikintilerinin çeşitli parametrelerini araştırmak için D. melanogaster’in ilaç içeren besiyerinde yetiştirilmesi için bir yöntem önerilmiştir. Birikinti sayısını izleyerek, dışkılama sıklığını belirlemek ve bir ilacın bağırsak geçişi üzerinde herhangi bir etkisi olup olmadığını değerlendirmek mümkündür. Bağırsak sisteminin genel sağlığını belirlemede önemli bir faktör olan dışkı maddesinin konsantrasyonunu ve seyreltilmesini değerlendirmek için birikintilerin toplam alanı ölçülebilir. Ek olarak, toplam entegre optik yoğunluk (IOD), tortularda bulunan toplam dışkı materyali miktarını tespit etmek için kullanılabilir. Bu protokol, bağırsak sistemini etkileyen bitki özlerinin yanı sıra ilaçların taranması ve değerlendirilmesi için etkili bir yöntem sağlar. D. melanogaster bir model organizma olarak kullanıldığında, ilaç keşif sürecini hızlandırmaya yardımcı olabilecek potansiyel ilaçların etkinliğini değerlendirmek mümkündür. Bu yöntemi bitki özleri üzerinde uygulayarak, araştırmacılar ishal önleyici ajanlar olarak kullanımlarını doğrulamaya yardımcı olabilirler.
D. melanogaster’deki dışkı birikintilerini incelemek için bu protokolü kullanırken göz önünde bulundurulması gereken birkaç kritik adım vardır. İlk olarak, ortamda ilacın istenen konsantrasyonunu elde etmek için gereken kütleyi hesaplamak önemlidir. Ayrıca, yüksek sıcaklıklar ilacı bozabileceğinden ve gücünü etkileyebileceğinden, ilacı ortama eklerken iyi bir hazırlık koşulu sağlamak önemlidir. İkincisi, bu protokolde dişi sineklerin seçimi önemlidir. Bakire ve çiftleşmiş dişiler arasındaki dışkı çıkışındaki farklılıkları önlemek için bakire dişi sineklerin kullanılması önemlidir. Örneğin, bakire dişiler tarafından üretilen lekeler çiftleşmiş dişilerden daha daireseldir ve çiftleşmiş dişiler, bakire dişilerden daha fazla dışkı maddesi salgılama eğilimindedir27,28. Bu nedenle, toplanan tüm dişilerin bakire olduğundan emin olmak için 8 saatlik eklosiyondan önce sineklerin toplanması önerilir. Ek olarak, test edilen sinekler, sağlıkları gıda alımını ve dışkı çıkışını etkileyebileceğinden güçlü ve sağlıklı olmalıdır. Örneğin, anormal bir kanat şekline sahip sinekler yiyeceği almakta zorluk çekebilirler. Son olarak, T.U.R.D.’yi başarılı bir şekilde kullanmak için blok boyutu (piksel) ve ofset ayarları çok önemlidir. Görüntülerin ışık kontrastındaki farklılık nedeniyle, dışkı birikintilerinin mümkün olan en iyi şekilde tanımlanmasını sağlamak için farklı ayarların denenmesi gerekebilir.
Sunulan yöntem etkili olsa da, birkaç sınırlama vardır. Birincisi, ortamdaki ilaç konsantrasyonunun doğruluğudur. Hazırlama sırasında ortam ısıtıldığında, bir miktar su buharlaşabilir ve bu da ilacın konsantrasyonunu etkileyebilir. Diğer bir sınırlama, Petri kaplarının taranmasıdır. Petri kaplarının bazı kısımları (yani kenarları) taranmaz ve bu, toplam dışkı birikintilerinin yanlış hesaplanmasına neden olabilir. Ek olarak, sinekler Petri kaplarının üst ve alt kapaklarında aynı miktarda dışkı birikintisi üretmez. Alt kapakta daha fazla tortu üretme eğiliminde olduklarından, üst ve alt kapak arasındaki analizin standart sapması yüksek olabilir ve bu da sonuçların doğruluğunu etkileyebilir.
Bu protokolü kullanarak, araştırmacılar D. melanogaster’deki ishali inceleyebilirler. İlaç içeren ortamı değiştirerek, bu yöntem, ilaç keşfine yeni bir yaklaşım sağlayan ishal önleyici bitkileri taramak için kullanılabilir. Geleneksel tıp ve doğal ürünler, gastrointestinal bozukluklar da dahil olmak üzere farklı hastalıkları tedavi etmek için yüzyıllardır kullanılmaktadır. Bitki özlerinin dışkı birikintileri üzerindeki etkinliğini değerlendirmek için bu protokolü kullanarak, bağırsak sistemi bozuklukları için potansiyel yeni tedaviler tanımlanabilir ve ishal önleyici ajanlar olarak kullanımları için bilimsel bir gerekçe sağlanabilir. Bu yaklaşım, ilaç keşfi ve etnofarmakoloji alanına değerli bir katkı sağlayabilir.
The authors have nothing to disclose.
Bize Drosophila suşlarını sağladığı için Dr. Martina Gáliková’ya teşekkür ederiz. Çalışmamız hakkında geri bildirimde bulundukları ve modelimizi geliştirmemize yardımcı oldukları için Michelle Crozatier-Borde ve Marc Haenlin ekibine minnettarız. Bize Crofelemer ilacını sağladığı için Napo İlaç Şirketi’ne teşekkür ederiz. Yazarlar ayrıca konuk editör Dr. Hugues Petitjean’a bize bu protokolü yayınlama fırsatı verdiği için teşekkür eder. Bu çalışma, ANR-22-CE03-0001-01 projesi kapsamında Agence Nationale de la Recherche (ANR) tarafından finanse edilmiştir.
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 | – |