JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

Drosophila toksisite laboratuvarda test etmek için bir omurgasız Model sistemi olarak kullanmak için deneysel protokol

Published: July 10, 2018
doi:
10.3791/57450
,
1Communities for Building Active STEM Engagement,Colorado State University-Pueblo, 2Department of Biology,Colorado State University-Pueblo

Summary

Bu yazıda, fenotipik olarak çıkışları farklı gelişim aşamalarında bir dizi pozlama etkisini Eğitim amacı ile kirleticiler için Drosophila cins içinde tür teşhir için ve daha fazla bir nesil için detaylı bir protokol sağlar.

Abstract

Onlar nadiren toksikolojik çalışmalarda kabul edilir rağmen acil özellikleri ve dış faktörler (nüfus ve ekosistem düzeyi etkileşimleri, özellikle) ekolojik önemli bitiş noktaları, arabuluculuk içinde önemli rol oynarlar. D. melanogaster birkaç isim toxicants, davranış, nörolojik ve genetik etkileri için toksikoloji modeli olarak ortaya çıkıyor. Daha da önemlisi, Drosophila cins içinde tür acil özellikleri dahil ve toksikoloji araştırma ekolojik ilgili soruları cevaplamak bir bütünleştirici çerçeve yaklaşım için bir model sistem olarak yararlı olabilir. Bu kağıt amacı fenotipik çıkışlarını ve ekolojik ilgili sorular bir dizi için bir model sistem olarak kullanılacak kirleticiler için Drosophila cins içinde tür maruz kalmaları için bir protokol sağlamaktır. Daha ayrıntılı olarak, bu protokolü 1 olarak kullanılabilir) organizasyon çok biyolojik düzeyde bağlantı ve toxicants her iki birey ve nüfus düzeyi fitness üzerinde; etkisini anlamak 2) toxicants etkisini gelişimsel pozlama farklı aşamalarında test; 3) test sonuçları kirleticilerin multigenerational ve evrimsel; ve 4) aynı anda birden fazla kirletici ve stres test.

Introduction

Her yıl yaklaşık 1000 yeni kimyasallar kimya endüstrisi1,2tarafından tanıtıldı; Ancak, sadece küçük bir yüzdesi bu kimyasalların çevreye etkilerinin dağıtım2,3önce test edilir. Büyük ölçekli felaketler nadir olmakla birlikte, kirleticiler, büyük bir çeşitlilik sublethal ve kronik maruz insanlar ve yaban hayatı4,5yaygın. Ölümcül, tek kimyasal pozlama, akut maruz kalma ve pozlama, fizyolojik etkileri kirleticiler hayatta kalma6, etkisini ölçme aracı olarak test etmek için ecotoxicology ve Çevresel Toksikoloji tarihsel odak oldu 7 , 8 , 9 , 10. hayvan testi için etik ve non-invaziv yaklaşımlar doğru bir kayma olsa da, geçerli yaklaşımlar rolden dolayı bu geliştirme, acil özellikleri ve dış faktörler sınırlama var (nüfus düzeyi gibi ve ekosistem düzeyi etkileşimleri) ekolojik önemli bitiş noktaları8arabuluculuk oynamak. Bu nedenle, yaban hayatı ve/veya laboratuarda omurgalılar ödün vermeden daha bütünsel bir yaklaşım dahil yöntemleri için bir ihtiyaç vardır.

Omurgasız modeli, Drosophila melanogastergibi toksisite test daha bütünsel bir yaklaşım ihtiyacını gidermek için cazip bir alternatif sistemlerdir. D. melanogaster, orijinal bir omurgasız modeli sistemi hakkında bir asır önce genetik araştırma insan ile ilgili olarak gelişmiş11. D. melanogaster şimdi göze çarpacak şekilde kullanılır omurgalı modeli alternatif bir yöntem olarak çeşitli nedenlerle: 1) koruma genler ve yolları arasında D. melanogaster ve insanlar; 2) kısa oluşturma süresi omurgalı modellerle karşılaştırıldığında; 3) ucuz maliyet, bakım; 4) örneklerin boyutu büyük oluşturmak için kolay; ve 5) fenotipik ve ekolojik-ilgili bitiş noktaları11,12,13,14,15,16,17 test etmek için kullanılabilir bolluk .

Birkaç laboratuar11,15,16,17,18,19,20,21,22, 23 , 24 , 25 artık kullanıyor D. melanogaster omurgalı modeli alternatif bir yöntem olarak toksisite testleri için kirliliği insanlar üzerinde etkileri anlamak için. Drosophila yerel yabani türlerin kullanılan, de ve yaban hayatı (insanlar) ekolojik cevap vermek için toksisite model olarak-, davranışsal-ve kuruluşun birden çok biyolojik düzeyde örümceklerle ilgili sorular. Türler Drosophila cins içinde bir model olarak kullanarak, çeşitli ölçülebilir bitiş noktaları vardır olası11,15,16,18,19,20 ,21,22,23,24,25. İn addition, Drosophila modeli kullanarak, toksikolog yapabilirsiniz: 1) etik etkileri kuruluşun; birden çok biyolojik düzeyde bağlantı 2) acil faktörler ve geliştirme rolü dahil; 3) çalışma ekolojik önemli bitiş noktaları (yanı sıra tıbbi olarak önemli bitiş noktası); 4) aynı anda birden fazla stres test; 5) ve test uzun vadeli multigenerational (Örneğin evrimsel ve transgenerational) stresler etkileri. Bu nedenle, Drosophila modeli sistemi olarak kullanmak yaklaşımlar mekanik yaklaşımlar doğuştan D. melanogaster laboratuar suşları ile eğitim için sınırlı değildir, çok sayıda sağlar.

Bu yazıda, biz yetiştirme ve çeşitli toksikolojik soruları cevaplamak için Drosophila toplamak için yöntemler mevcut. Daha ayrıntılı olarak, 1 için metodoloji tarif) ile bir veya daha fazla kirletici; bağcıklı orta Drosophila yetiştirme 2) toplama Drosophila geliştirme (üçüncü-biçim larva, pupa örnekleri, yeni eclosed yetişkin ve olgun yetişkin dolaşıpÖrneğin ); ve 3) test Kuşaklararası ve transgenerational iletim yanı sıra uzun vadeli yaydıkları maruz kalma evrimsel etkileri kirli ortamda Drosophila yetiştirme. Bu iletişim kuralı, önceki yazarlar18,19,20,21,22,23,24kullanarak,25 bildirdin farklı, genetik, fizyolojik ve davranışsal etkileri gelişimsel kurşun (Pb2 +) maruz kalma. Bu protokolü nasıl kirleticiler için insanlar ve yaban hayatı hiç giderek kirli ortamda risk faktörleri vardır anlamak için gerekli daha bütünsel bir toksikolojik yaklaşımı kullanmaya toksikolog sağlar.

Protocol

Bir toksin ağız sindirim uygun olduğunda kirli ortamda Drosophila cins içinde tür arka için kullanılan deneysel bir iletişim kuralı aşağıdaki protokoldür; maruz kalma diğer formları Drosophila modeli11,15,16,26kullanarak mümkündür. Daha önce Hirsch ve ark. tarafından açıklanan bu protokol için açıklanan yöntemleri 19 v…

Representative Results

Sözlü olarak Drosophila contaminant(s) boyunca geliştirme için teşhir ederek çeşitli toksikolojik sorular Drosophila biyolojik organizasyonun farklı düzeylerde açarak test edilebilir. Bu bölümde daha önce yayımlanmış belgeleri23,24saat içinde bu iletişim kuralını kullanan elde temsilcisi sonuçları sunar. Özellikle, bu iletişim kuralı daha önce birikimi, ortadan kaldırılması ve kurşun…

Discussion

Drosophila melanogaster genler ve13,14 D. melanogaster ve insanlar arasında yollar geniş korunması nedeniyle biyolojik süreçlerin bir dizi için güçlü bir model olarak kurulmuştur. Tıp bilimi için güçlü bir model olduğunu aynı nedenlerle Drosophila toksikolojik bitiş noktaları bir dizi antropojenik kirlilik etkisi çalışma için uygun modeli sistem olarak ortaya çıkmıştır. Birkaç laboratuar başarıyla D. m…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu yayın bir hibe Department of Education tarafından desteklenmiştir (PR Ödülü #P031C160025-17, proje başlığı: 84.031 C) etkin kök inşa nişan (C-BASE) için Colorado State University-Pueblo (CSU-Pueblo) topluluklarına. Geçerli zooloji teşekkür ederiz ve bize bu protokolü yayımlamak için bir fırsat sağlamak için Jüpiter editörleri yanı sıra önceki kağıtları temsilcisi sonuçları kullanma hakkı sağlamak için Elsevier yayınladı. Ayrıca C-Bankası programı, Dr Brian Vanden Heuvel (C-taban ve Biyoloji bölümü, CSU-Pueblo), CSU-Pueblo biyoloji bölüm, Thomas Graziano, Dr. Bernard Possidente (Biyoloji bölümü, Skidmore üniversite) ve Dr. Claire Varian Ramos teşekkür etmek istiyorum (Biyoloji bölümü, Colorado State University-Pueblo) onların destek ve yardım için.

Materials

Carolina Biological Instant Drosophila Medium Formula 4-24 Carolina Biological 173204
Drosophila vials, Narrow (PS), Polystyrene, Superbulk, 1000 vials/unit Genessee Scientific 32-116SB Used to store flies
Flugs Closures for vials and bottles, Narrow plastic vials Genessee Scientific 49-102 Used to store flies
Cardboard trays, trays only, narrow Genessee Scientific 32-124 Used to organize populations of flies
Cardboard trays, dividers only, narrow Genessee Scientific 32-126 Used to organize populations of flies
Thermo Scientific Nalgene Square Wide-Mouth HDPE Bottles with Closure Fischer Scientific 03-312D Useful for storage of contaminants
Thermo Scientific Nalgene Color-Coded LDPE Wash Bottles Fischer Scientific 03-409-17C Useful for storage of contaminants
Eppendorf Repeater M4 Manual Handheld Pipette Dispenser Fischer Scientific 14-287-150 Used to prepare medium
Combitips Advanced Pipetter Tips – Standard, Eppendorf Quality Tips Fischer Scientific 13-683-708 Used to prepare medium
Flypad, Standard Size (8.1 X 11.6cm) Genessee Scientific 59-114 Used to anesthetize flies
Flystuff foot valve Genessee Scientific 59-121 Used to anesthetize flies
Tubing, green (1 continguous foot/unit) Genessee Scientific 59-124G Used to anesthetize flies
Mineral Oil, Light, White, High Purity Grade, 500 mL HDPE Bottle VWR 97064-130 Used to make a morgue
Glass Erlenmeyer Flask Set – 3 Sizes – 50, 150 and 250ml, Karter Scientific 214U2 Walmart Not applicable Used to make a morgue
BGSET5 Glass Beaker Set Of 5 Walmart
Inbred or wildtype line of Drosophila Bloomington Drosophila Stock Center at Indiana University https://bdsc.indiana.edu
Wild popultions of Drosophila UC San Diego Drosophila Stock Center https://stockcenter.ucsd.edu/info/welcome.php
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Postel, S. . Defusing the Toxics Threat: Controlling Pesticides and Industrial Waste. , (1987).
  2. Vitousek, P. M., Mooney, H. A., Lubchenco, J., Melillo, J. M. Human domination of earth’s ecosystems. Science. 277, 494-499 (1997).
  3. United Nations Environment Program (UNEP). . Saving Our Planet: Challenges and Hopes. , (1992).
  4. Hansen, L. J., Johnson, M. L. Conservation and toxicology: Integrating the disciplines. Conservation Biology. 13, 1225-1227 (1999).
  5. Johnston, E. L., Mayer-Pinto, M., Crowe, T. P. REVIEW: Chemical contaminant effects on marine ecosystem functioning. Journal of Applied Ecology. 52, 140-149 (2015).
  6. Dell’Omo, G. . Behavioral ecotoxicology. , (2002).
  7. Clotfelter, E. D., Bell, A. M., Levering, K. R. The role of animal behaviour in the study of endocrine-disrupting chemicals. Animal Behaviour. 68, 665-676 (2004).
  8. Peterson, E. K., Buchwalter, D. B., Kerby, J. L., LeFauve, M. K., Varian-Ramos, C. W., Swaddle, J. P. Integrative behavioral ecotoxicology: bringing together fields to establish new insight to behavioral ecology, toxicology, and conservation. Current Zoology. 63, 185-194 (2017).
  9. Scott, G. R., Sloman, K. A. The effects of environmental pollutants on complex fish behaviour: Integrating behavioural and physiological indicators of toxicity. Aquatic Toxicology. 68, 369-392 (2004).
  10. Zala, S. M., Penn, D. J. Abnormal behaviors induced by chemical pollution: A review of the evidence and new challenges. Animal Behaviour. 68, 649-664 (2004).
  11. Abolaji, A. O., Kamdem, J. P., Farombi, E. O., Rocha, J. B. T. Drosophila melanogaster as a promising model organism in toxicological studies. Archives of Basic & Applied Medicine. 1, 33-38 (2013).
  12. Jennings, B. H. Drosophila-a versatile model in biology and medicine. Materials Today. 14, 190-195 (2011).
  13. Pandey, U. B., Nichols, C. D. Human disease models in Drosophila melanogaster and the role of the fly in therapeutic drug discovery. Pharmacology Reviews. 63, 411-436 (2011).
  14. Rubin, G. M., et al. Comparative genomics of the eukaryotes. Science. 287, 2204-2215 (2000).
  15. Rand, M. D. Drosophotoxicology: The growing potential for Drosophila in neurotoxicology. Neurotoxicol Teratol. 32, 74 (2010).
  16. Rand, M. D., Montgomery, S. L., Prince, L., Vorojeikina, D. Developmental toxicity assays using the Drosophila model. Current Protocols in Toxicology. 59, 1.12.1-1.12.20 (2015).
  17. Burke, M. K., Rose, M. R. Experimental evolution with Drosophila. American Journal of Physiology: Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 296, R1847-R1854 (2009).
  18. He, T., Hirsch, H. V. B., Ruden, D. M., Lnenicka, G. A. Chronic lead exposure alters presynaptic calcium regulation and synaptic facilitation in Drosophila larvae. NeuroToxicology. 30, 777-784 (2009).
  19. Hirsch, H. V., et al. Behavioral effects of chronic exposure to low levels of lead in Drosophila melanogaster. NeuroToxicology. 24, 435-442 (2003).
  20. Hirsch, H. V. B., et al. Variations at a quantitative trait locus (QTL) affect development of behavior in lead-exposed Drosophila melanogaster. NeuroToxicology. 30, 305-311 (2009).
  21. Morley, E. J., Hirsch, H. V. B., Hollocher, K., Lnenicka, G. A. Effects of chronic lead exposure on the neuromuscular junction in Drosophila larvae. NeuroToxicology. 24, 35-41 (2003).
  22. Ruden, D. M., et al. Genetical toxicologenomics in Drosophila identifies master- modulatory loci that are regulated by developmental exposure to lead. NeuroToxicology. 30, 898-914 (2009).
  23. Peterson, E. K., et al. Accumulation, elimination, sequestration, and genetic variation of lead (Pb2+) loads within and between generations of Drosophila melanogaster. Chemosphere. 181, 368-375 (2017).
  24. Peterson, E. K., et al. Asymmetrical positive assortative mating induced by developmental lead (Pb2+) exposure in a model system, Drosophila melanogaster. Current Zoology. 63, 195-203 (2017).
  25. Peterson, E. K. . Consequences of developmental lead (Pb2+) exposure on reproductive strategies in Drosophila. , (2016).
  26. Chifiriuc, M. C., Ratiu, A. C., Popa, M., Ecovolu, A. A. Drosophotoxicology: An emerging research area for assessing nanoparticles interaction with living organisms. International Journal of Molecular Sciences. 17, 36 (2016).
  27. Lachaise, D., Cariou, M. L., David, J. R., Lemeunier, F., Tsacas, L., Ashburner, M. Historical biogeography of the Drosophila melanogaster species subgroup. Evolutionary Biology. 22, 159-225 (1988).
  28. Elgin, C. R., Miller, D. W., Ashburner, M., Wright, T. R. F. Mass rearing of flies and mass production and harvesting of embryos. The Genetics and Biology of Drosophila. 2a, 112-121 (1978).
  29. Shaffer, C. D., Wuller, J. M., Elgin, C. R. Chapter 5: Raising large quantities of Drosophila for biochemical experiments. Methods in Cell Biology. 44, 99-108 (1994).
  30. Stocker, H., Gallant, P. Getting started: an overview on raising and handling Drosophila. Methods in Molecular Biology. 420, 27-44 (2008).
  31. Jennings, J. H., Etges, W. J., Schmitt, T., Hoikkala, A. Cuticular hydrocarbons of Drosophila montana: geographic variation, sexual dimorphism and potential roles as pheromones. Journal of Insect Physiology. 61, 16-24 (2014).
  32. Markow, T. A., O’Grady, P. M. . Drosophila: A Guide to Species Identification and Use. , (2005).
  33. Werner, T., Jaenike, J. . Drosopholids of the midwest and northeast. , (2017).
  34. Greenspan, R. J. The basics of doing a cross. Fly Pushing: The theory and practice of Drosophila genetics. , 3-24 (1997).
  35. JoVE Science Education Database. . . Biology I: yeast, Drosophila and C. elegans. Drosophila Maintenance. , (2018).
  36. Castañeda, P. L., Muñoz, G. L. E., Durán, D. A., Heres, P. M. E., Dueñas, G. I. E. LD50 in Drosophila melanogaster. fed on lead nitrate and lead acetate. Drosophila Information Service. 84, 44-48 (2001).
  37. Massie, H. R., Aiello, V. R., Whitney, S. J. P. Lead accumulation during aging of Drosophila and effect of dietary lead on life span. Age. 15, 47-49 (1992).
  38. Akins, J. M., Schroeder, J. A., Brower, D. L., Aposhian, H. V. Evaluation of Drosophila melanogaster as an alternative animal for studying the neurotoxicity of heavy metals. BioMetals. 5, 111-120 (1992).
  39. Zhou, S., et al. The genetic basis for variation in sensitivity to lead toxicity in Drosophila melanogaster. Environmental Health Perspectives. 124, 1062-1070 (2016).
  40. Pitnick, S., Markow, T. A., Spicer, G. S. Delayed male maturity is a cost of producing large sperm in Drosophila. Proceedings of National Academy of Sciences USA. 92, 10614-10618 (1995).
  41. Beauchemin, D. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. Analytical Chemistry. 82, 4786-4810 (2010).
  42. Tyler, M. S., Tyler, M. S. Development of the fruit fly Drosophila melanogaster. Developmental Biology, a Guide for Experimental Study. , 8-27 (2000).
  43. Ortiz, J. G., Opoka, R., Kane, D., Cartwright, I. L. Investigating arsenic susceptibility from a genetic perspective in Drosophila reveals a key role for glutathione synthetase. Toxicological Sciences. 107, 416-426 (2009).
  44. Bonilla, E., Contreras, R., Medina-Leendertz, S., Mora, M., Villalobos, V., Bravo, Y. Minocycline increases the life span and motor activity and decreases lipid peroxidation in manganese treated Drosophila melanogaster. Toxicology. 294, 50-53 (2012).
  45. Guarnieri, D. J., Heberlein, U. Drosophila melanogaster, a genetic model system for alcohol research. International Review of Neurobiology. 54, 199-228 (2003).
  46. Posgai, R., Cipolla-McCulloch, C. B., Murphy, K. R., Hussain, S. M., Rowe, J. J., Nielsen, M. G. Differential toxicity of silver and titanium dioxide nanoparticles on Drosophila melanogaster development, reproductive effort, and viability: size, coatings and antioxidants matter. Chemosphere. 85, 34-42 (2011).
  47. Gupta, S. C., et al. Adverse effect of organophosphate compounds, dichlorvos and chlorpyrifos in the reproductive tissues of transgenic Drosophila melanogaster: 70kDa heat shock protein as a marker of cellular damage. Toxicology. 238, 1-14 (2007).
  48. Wasserkort, R., Koller, T. Screening toxic effects of volatile organic compounds using Drosophila melanogaster. Journal of Applied Toxicology. 17, 119-125 (1997).
  49. Markow, T. A., O’Grady, P. O. Reproductive ecology of Drosophila. Functional Ecology. 22, 747-759 (2008).
  50. Dev, K., Chahal, J., Parkash, R. Seasonal variations in the mating-related traits of Drosophila melanogaster. Journal of Ethology. 31, 165-174 (2013).
  51. Salminen, T. S., Vesala, L., Laiho, A., Merisalo, M., Hoikkala, A., Kankare, M. Seasonal gene expression kinetics between diapause phases in Drosophila virilus group species and overwintering differences between diapausing and non-diapausing females. Nature Scientific Reports. 5, 11197 (2015).
  52. Miller, R. S., Thomas, J. L. The effects of larval crowding and body size on the longevity of adult Drosophila melanogaster. Ecology. 39, 118-125 (1958).
  53. Peterson, E. K., Ghiradella, H., Possidente, B., Hirsch, H. Transgenerational epigenetic effects of lead exposure on behavior in Drosophila melanogaster. 11, 492-493 (2012).
  54. Soares, J. J., et al. Continuous liquid feeding: New method to study pesticides toxicity in Drosophila melanogaster. Analytical Biochemistry. 537, 60-62 (2017).

Tags

DrosophilaToxicity TestingInvertebrate ModelDose ResponseGrowth MediumDevelopmental StagesLarvaeAdultsExposureContaminants
check_url/57450?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Peterson, E. K., Long, H. E. Experimental Protocol for Using Drosophila As an Invertebrate Model System for Toxicity Testing in the Laboratory. J. Vis. Exp. (137), e57450, doi:10.3791/57450 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image