يستخدم تريدوهيل حركة دورانية لحمل ممارسة البالغين melanogaster المورفولوجية بلطف باستغلال جيوتاكسيس الفطرية، والسلبية الذباب. أنها تسمح لتحليل التفاعلات بين العوامل، مثل النمط الوراثي، والجنس، والنظام الغذائي، وأثرها على فحوصات الجزيئية والفيزيولوجية وممارسة لتقييم الصحة الأيضية.
معدل الإصابة بالأمراض الأيضية المعقدة زاد نتيجة لانتقال على نطاق واسع نحو أساليب الحياة من زيادة السعرات الحرارية ومستويات النشاط المخفض. وتنشأ هذه الأمراض المتعددة العوامل من مزيج من العوامل الوراثية والبيئية والسلوكية. هو أحد الأمراض المعقدة مثل هذه “المتلازمة الأيضية” (ميتس)، التي مجموعة من الاضطرابات الأيضية، بما في ذلك ارتفاع ضغط الدم وارتفاع السكر في الدم، والسمنة البطن. ممارسة والتدخل الغذائية هي العلاجات الأولية الذي أوصت به الأطباء للتخفيف من السمنة والأمراض الأيضية اللاحقة لها. ممارسة التدخل، خاصة الهوائية الفاصل الزمني للتدريب، ويحفز تغييرات إيجابية في عوامل الخطر الشائعة “النوع 2 السكري” (T2DM)، وأمراض القلب والأوعية الدموية (الرسوم التعويضية)، والظروف الأخرى. ومع تدفق الأدلة تصف ممارسة التأثير العلاجي له على الصحة الأيضية، وإنشاء نظام لممارسة نماذج في إعداد التي تسيطر عليها يوفر أداة قيمة لتقييم آثار ممارسة في سياق تجريبي. Melanogaster المورفولوجية هو أداة عظيمة للتحقيق في التغيرات الفسيولوجية والجزيئية التي تنتج عن ممارسة التدخل. وقد الذباب آليات مماثلة من التاييض المواد الغذائية بالمقارنة مع البشر وإعمار قصيرة. للحث على ممارسة في المورفولوجية، قمنا بتطوير جهاز يسمى تريدوهيل، الذي يستخدم الطاير جيوتاكسيس الفطرية، والسلبية الميل إلى الحث بلطف التسلق. هذا يتيح للباحثين لإجراء تجارب على أفواج كبيرة من الذباب وراثيا متنوعة لتحسين فهم التفاعلات الوراثي بالبيئة الأساسية لآثار العملية على الصحة الأيضية.
الطفولة والبالغين من السمنة تتزايد الأوبئة في الثقافات التي تستهلك الوجبات عالية السعرات الحرارية وتبقى خاملة لفترات طويلة من الزمن، والتي يمكن أن تؤدي إلى عواقب طويلة الأجل، بما في ذلك مقاومة الأنسولين والتهاب مزمن، وهشاشة العظام 1 , 2 , 3 , 4-لا يزال انتشار هذه الاضطرابات الارتفاع بسبب الاختلال المتزايد في السعرات الحرارية والإنفاق وتعزى إلى ارتفاع استهلاك الدهون والسكريات و نمط حياة المستقرة أساسا5. وفي المقابل، أدى هذا الاختلال الطاقة إلى زيادة في حالات من “النوع 2 السكري” (T2DM) وأمراض القلب والأوعية الدموية (الرسوم التعويضية)5. الأفراد هم في خطر أعلى لتطوير كلا اضطرابات إذا ما تم تشخيص اضطراب “المتلازمة الأيضية” (ميتس)، الأعراض التي تشمل السمنة البطن ودسليبيدميا2. ميتس يتشكل بتفاعلات معقدة بين النمط الوراثي والعوامل البيئية المختلفة، مثل النظام الغذائي وممارسة6. وهكذا، الحصول على فهم كامل للآليات الكامنة لهذا المرض معقدة، كل هذه العوامل ينبغي النظر.
عندما يتعلق الأمر بمكافحة ميتس، يوصي الأطباء أولاً تغيرات نمط الحياة تشمل تناول الطعام نظام غذائي صحي ومتوازن جيدا والنشاط البدني2،،من78. حيث تقتصر الأدوية الفعالة والمعدة لعملية جراحية مكلفة وتتطلب مراقبة طبية مدى الحياة، ينصح بالتدخل الدوائي والجراحي فقط للحالات الشديدة، وفقط بالاقتران مع هذه التغيرات في نمط الحياة3 ،،من78. بينما يمكن أن تنتج التدخلات نمط الحياة، مثل ممارسة واتباع نظام غذائي، والحفاظ على الأهداف طويلة الأجل وفقدان الوزن، أو عدمه هذه التدابير التصحيحية تماما يمكن تحسين الآثار السلبية المرتبطة ميتس يحتاج إلى مزيد من الدراسة7، 8.
وقد استخدمت نماذج الماوس لدراسة آثار العملية على الأمراض الأيضية لسنوات؛ لكن هو الأخذ بممارسة للطيران للبحث عن ميتس حديثة نسبيا مسعى9،10،،من1112. توفير الذباب السيارة المثالية لدراسة الممارسة في مختبرات التي تسيطر عليها، نظراً لأنها يتم التلاعب بها بسهولة، فترة قصيرة، وهي غير مكلفة للحفاظ على، والمتصلة بالطاقة الأيضية العالية المحافظة عليها بين المورفولوجية والبشر13. جينومات melanogaster دال- تتميز جيدا، وهناك ثروة من علم الوراثة الأدوات متوفرة للاستخدام في المورفولوجية التي يمكن أن توفر نظرة ثاقبة مختلف الأنماط الجينية والتفاعلات الوراثي بالبيئة التي يمكن أن تعدل أثر ممارسة الصحة العضوي14.
استدعاء الأساليب الحالية لممارسة المورفولوجية جيوتاكسيس الفطرية، والسلبية الميل للطيران، غريزة السلوكية الصعود إلى أعلى، وحفز التسلق في البالغين داخل على أسوار11،12،15 . برج الطاقة، أسلوب واحد لتحفيز عملية في الذباب، بشكل منهجي ويثير التسييج يطير عمودياً وثم إلغاؤه لهم العودة إلى السطح، ومقاعد البدلاء فعالية يطرق الذباب إلى أسفل القنينة، مما حمل على جيوتاكسيس السلبية الغرائبية 12 , 16-التجارب التي أجريت باستخدام هذا الجهاز وأظهرت أن ممارسة هو عامل وقائي قوية ضد العديد من الأمراض المتصلة بالشيخوخة، بما في ذلك الرسوم التعويضية و T2DM، وتعزز الشيخوخة الصحية12،17،18 . على وجه التحديد، فقد أظهرت أن ممارسة يمكن تقليل حدوث انخفاض الحركة المرتبطة بالسن في الذباب وتحسين متعددة الأعراض المرتبطة بالسن، مثل أداء القلب والتشديد على استجابة17،18. ومع ذلك، الذباب التحكم ابدأ وضع على البرج وأظهرت عشرات تسلق أعلى من تلك التي تعاني من الجهاز، مما يوحي بقوة قطرات المتكررة قد تكون إصابة الذباب والتي تؤثر على تنقل12. وهذا يوحي بأن أسلوب بديل لحمل ممارسة أقل قوية ويتجنب يسبب الصدمة البدنية طريقة مفيدة ومكملة ل بروتوكول برج الطاقة16.
للطف الحث على ممارسة في المورفولوجية، قمنا بتطوير جهاز ممارسة تسمى تريادوهيل (الشكل 1). تريدوهيل في (من الآن فصاعدا يختصر ك TW) الحركة الدورانية مشغلات ميل جيوتاكسيس الفطرية، والسلبية الذباب باستمرار إعادة الجاذبية أعلى قارورة، الذي يحفز بدوره، تسلق في الذباب. خلافا للطرق الأخرى، حركة دورانية TW طبيعتها رقيقة، مما يقلل من عدد الضغوطات الإضافية التي قد تنشأ وتؤثر النتائج. وهكذا، يوفر الجهاز وسيلة للحث على ممارسة إعداد كبيرة من الذباب دون حمل الإجهاد، والتي سوف تمكن الباحثين من دراسة آثار العملية على الصحة الأيضية (الشكل 2)، والشيخوخة، والنوم، والعديد من المواضيع الأخرى11.
لدينا أسلوب يتبع هرمي معكوس، والفاصل الزمني للتدريب البروتوكول، الذي يتضمن جوانب التدريب (AIT) مع بعض التحمل الهوائية للفاصل الزمني الخاص إلى حد كبير ممارسة التدريب. يتم تغيير نظام المعهد الآسيوي للتكنولوجيا القياسية في هذا البروتوكول تدريجيا بزيادة مدة كل فاصل زمني لمدة خمسة أيام لتعزيز القدرة على التحمل. المعهد الآسيوي للتكنولوجيا مفيدة بشكل خاص في منع ميتس مقارنة بغيره من أساليب التدخل وكانت أكثر فعالية في عكس “متلازمة الأيض” عوامل الخطر المشترك من استمرار ممارسة معتدلة19،20. ومع ذلك، هو سيئات TW بالنسبة إلى برج الطاقة أن روض الذباب بسرعة أكبر للحركة الدورية، وبالتالي الاختلاف في الميل الفطري روض بين الذباب يمكن أن يعقد تفسير فوائد ممارسة. 11 حلاً رائعا لهذا القيد هو وصف واتانابي واللغز15 وما يكمل المادة21.
لقد ثبت نجاح تنشيط ممارسة لطيف في المورفولوجية البروتوكول ممارسة هنا بالتفصيل ويمكن استخدامها لمحاكاة ممارسة القدرة على التحمل في أحد مختبرات التي تسيطر عليها إعداد11. تجدر الإشارة إلى أنه عند تطوير مفهوم تريدوهيل في البداية، أننا النظر في المنتجات التجارية التي يمكن أن تعدل إلى القيام بالمثل (مثلاً، المشواة مختبر). بيد أننا في نهاية المطاف رفض هذا النهج، اختيار تصميم مبنية خصيصا لأن المعدات التجارية لم تكن سرعة دوران منخفضة بما فيه الكفاية (4 لفة في الدقيقة)، وتفتقر إلى القدرات قنينة كافية لتوليد نموذج الفائق.
ويمكن تعديل البروتوكول TW نفسه ليشمل مجموعة واسعة من مواضيع البحث. على سبيل المثال، يمكن أن يغير تعديل تواتر ومدة نظم ممارسة الذباب كثافة عموميات العمل التي يتلقونها. بتمديد البروتوكول أطول من أسبوع واحد أو إلى الفئات العمرية الأخرى، سيكون من الممكن لدراسة آثار الشيخوخة والأمراض المرتبطة بالسن المختلفة لممارسة. نحن نوصي بأنه إذا تم تطبيق نهج عملية موسعة، ثم يوم راحة واحد على الأقل في الأسبوع ينبغي إضافة للسماح للانتعاش. وأبدى الأداء وتحسين تكون أكبر في الأنظمة التي شملت يوم انتعاش من تلك النظم التي تستخدم ممارسة يومية متتالية12. كما أننا نود أن نحذر من توسيع ممارسة نوبة أطوال الماضية 30 دقيقة نظراً للتعود على اقتراح التناوب يمكن أن يحدث بعد فترات طويلة من استمرار ممارسة11. وقد لاحظنا أيضا الاختلافات الوراثية في الدافع الذباب للحفاظ على مستويات النشاط في TW11. وهكذا، إذا هي رغبت في نوبات أطول، النظر في رصد مستويات النشاط الذباب، كما قدمها واتانابي واللغز15،21 تصف التعديل عليها مفهوم TW. العوامل الأخرى التي يمكن أن تكون متنوعة تشمل درجة الحرارة والنوم-اليقظة أنماط، والتي تظهر أيضا يؤثر على حركة الطيران26،27.
وهناك عدد كبير تحليلات المتاحة أثناء وبعد إنجاز البروتوكول معالجة الآثار المترتبة على ممارسة الرياضة في مستوى الفسيولوجية والسلوكية والجزيئية، فضلا عن القدرة على كشف آثار جينية لممارسة. فحوصات الأيض إضافية (مثل الجلوكوز والجليكوجين، والبروتين) القلب والأداء والاستجابة الالتهابية يمكن استخدام تدابير لمواصلة استكشاف ممارسة تأثير على ذبابة فسيولوجيا الجسم وتكوين12،14 ،،من2428. مختلف التغيرات السلوكية المرتبطة بممارسة التعريفي، مثل التغييرات في تغذية السلوك والنشاط الحركي، والنوم، ويمكن أن يقاس أيضا باستخدام أدوات مثل مقهى المقايسة29 أو نشاط رصد أجهزة12،15 ،30. يمكن أيضا قياس التغيرات في التعبير الجيني والتنفس الخلوي تعزى إلى ممارسة استخدام أساليب مثل qRT PCR11 وريسبيروميتري31. وأخيراً، قد المورفولوجية قيمة الموارد الوراثية المتاحة، مثل لوحة إشارة الوراثة المورفولوجية 2 والموارد السكانية الاصطناعية المورفولوجية التي منبرا الباحثين لإجراء الدراسات الوراثية الكمية25،32. تمكن هذه الأدوات تجارب رسم الخرائط ذات الصلة، مثل رسم الخرائط على نطاق الجينوم جمعية الدراسات والكمية سمة المكاني، لتحديد مرشح المكاني المرتبطة بالممارسة والنظام الغذائي.
أثبتت الدراسات اكتملت باستخدام تريدوهيل أن، في المتوسط، ممارسة يقلل من وزن الجسم وتخزين إجمالي الدهون الثلاثية، والجليكوجين، بينما زيادة محتوى البروتين وتسلق الأداء11. بالإضافة إلى ذلك، كانت هناك ردود متغير ممارسة عبر الجنسين والأنماط الجينية لوزن الجسم، فضلا عن الشحوم والبروتين والجليكوجين، والجلوكوز ومستويات النشاط11،15. وفي حين تباين استجابة لممارسة واتباع نظام غذائي عبر الأنماط الوراثية والجنس قد يكون تحديا لتفسير، وفي بعض الأحيان، الحدس، وهو يعكس مصادر التباين البيولوجي الحقيقي الملاحظة في السكان طبيعية. ونحن نسعى جاهدين لفهم تنوع العوامل الأساسية التي تسهم في ارتفاع معدلات ميتس، الأدوات التي تيسر مقدر الدور النسبي لمختلف العوامل المساهمة عن طريق اختبار هذه العوامل في نموذج الكائنات الحية سيكون أمرا حاسما لقدرتنا على تطوير شخصية تدخلات الوقاية والعلاج. لإجراء تقييم كامل لفعالية ممارسة، كل هذه العوامل وكيف تتفاعل يجب النظر عند إجراء التجارب وصياغة استنتاجات.
TW، مثل آلات ممارسة يطير الأكثر أخرى، محدودة في قدرتها على قياس حركة الطيران. في الآونة الأخيرة، وضعت واتانابي واللغز التناوب ممارسة القياس الكمي النظام (ريكس)، العمود الفقري TW تعديل مع نشاط الرصد وحدة (LAM25H) من15،21سلسلة “نظام الرصد المورفولوجية”. مثل TW، يستخدم هذا النظام الحركة الدوارة للحث على ممارسة أثناء استخدام الذراع LAM25H لتتبع وقياس النشاط يطير بلطف، ولكن أنه يحمل عدد أصغر من قنينة (قارورة 32) من TW15. الدراسات ممارسة الفائق، إذا كان النشاط الكمي ليس من الضروري أو المرغوب فيه، يسمح TW لعدد أكبر من عينة. ويمكن أيضا تعديل تصميم TW من شكله الحالي لاستيعاب عدد أكبر من قارورة. وهذا النظام، جنبا إلى جنب مع أساليب ممارسة أخرى موجودة، وساعد على إنشاء أن ممارسة لا يمكن تحقيقه في المورفولوجية فقط ولكن يمكن أيضا دراسة لتحديد تأثير النشاط البدني على مجموعة متنوعة من الاستجابات الفسيولوجية والجزيئية 11،،من1215. وهكذا، TW، كأسلوب ثبت حمل ممارسة لطيف في الذباب، يمكن استخدامها للتحقيق في مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأسئلة البيولوجية.
The authors have nothing to disclose.
نود أن نشكر جولي جارنيجان، اوينز ميريديث وراشيل هيل، مي براندون، مافلا لورا، أوليفيا الأسماك وبقية مختبر ريد لمساعدتهم مع تربية الذبابة ومعالجة الصور. بني مينديز شون تريادوهيل الأصلي بمساعدة من متجر آلة لاتحاد المصارف العربية. تمويل هذه الدراسة قدمت المعاهد الوطنية للصحة-R01 جنرال موتورز 098856 روبية سري لانكية و “الإبداع المرحلة الجامعية” والبحوث الأكاديمية في جامعة ألاباما KEL وبجو.
Materials for TreadWheel Construction: | |||
Heavy Duty Vibration-Damping leveling Mount | McMaster-Carr | 60855K71 | Quantity: 4 |
Stainless Steel Ball Bearing | McMaster-Carr | 57155K306 | Quantity: 8 |
Plug-in Voltage Transformer (500MA, 120VAC input, 24 VAC output) | McMaster-Carr | 70235K16 | Quantity: 1 |
Compact Square-Face DC Gear motor | McMaster-Carr | 6409K23 | Quantity: 1 |
Tool Holder (clamps) | McMaster-Carr | 1723A22 | Quantity: 5 (10x) |
12L14 Carbon Steel Tight-Tolerance Rod | McMaster-Carr | 5227T24 | Quantity: 1 |
Set Screw Shaft Collar | McMaster-Carr | 6432K13 | Quantity: 8 |
Round-Belt Pulley | McMaster-Carr | 6284K51 | Quantity: 5 |
Dart Controls – 25 Max RPM, Electric AC DC Motor | McMaster-Carr | 13DV 1A | Quantity: 1 |
Materials for Fly Maintenace and Husbandry | |||
6 oz Square Bottom Bottles (polypropylene) | Genesee Scientific | 32-130 | Quantity: 1 |
35x10mm Petri Dishes | VWR | 82050-536 | Quantity: 1 |
Narrow Drosophila vials | Genesee Scientific | 32-116 | Quantity: 1 |
Flystuff Flypad | Genesee Scientific | 59-114 | Quantity: 1 |
Blowgun, Mini | Genesee Scientific | 54-104 | Quantity: 1 |
Materials for RING-like Assay: | |||
ImageJ software | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/ | Quantity: 1 |
1 cM graph paper or drawn grid (at least 20 cM by 30 cM) | various | Quantity: 1 | |
digital camera with timer or smart phone with camera timer app | various | Quantity: 1 | |
Materials for Triglyceride Assay: | |||
Dewar Flask | VWR | 14200-960 | Quantity: 1 |
Serum Triglyceride Determination Kit | Sigma Aldrich | TRO100 | Quantity: 1 |
Cordless Pestle Motor | VWR | 47747-370 | Quantity: 1 |
Pestles | VWR | 47747-358 | Quantity: 1 |