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

بروتوكول تجريبي لاستخدام المورفولوجية كنظام نموذجي اللافقاريات لاختبار السمية في المختبر

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

في هذه الورقة، نقدم بروتوكول مفصل لتعريض الأنواع في جنس المورفولوجية للملوثات بالهدف دراسة أثر التعرض على مجموعة من النواتج المظهرية في مراحل إنمائية مختلفة وأكثر من جيل واحد.

Abstract

الخصائص الناشئة والعوامل الخارجية (السكان-مستوى النظام الإيكولوجي والتفاعلات، وبخاصة) تؤدي أدواراً هامة في التوسط في النهاية إيكولوجيا هاما، على الرغم من أنها نادراً ما يعتبر في دراسات السمية. ميلانوجاستير دال- تبرز كنموذج علم السموم للتأثيرات السلوكية والعصبية والوراثية سميات، على سبيل المثال لا الحصر. الأهم من ذلك، يمكن استخدام الأنواع في جنس المورفولوجية كنظام نموذجي لنهج إطار تكاملي لدمج الخصائص الناشئة والإجابة على الأسئلة ذات الصلة بإيكولوجيا في أبحاث علم السموم. الهدف من هذه الورقة تقديم بروتوكول لتعريض الأنواع في جنس المورفولوجية للملوثات التي ستستخدم كنظام نموذجي لمجموعة من النواتج المظهرية والمسائل ذات الصلة بإيكولوجيا. وبشكل أكثر تحديداً، يمكن استخدام هذا البروتوكول ل 1) ربط عدة مستويات التنظيم البيولوجي وفهم تأثير سميات في لياقة على مستوى الفرد والسكان على حد سواء؛ 2) اختبار تأثير سميات في مراحل مختلفة من التعرض الإنمائية؛ 3) اختبار الآثار الأجيال والتطورية للملوثات؛ و 4) اختبار الملوثات وضغوطات متعددة في وقت واحد.

Introduction

في كل عام، حوالي 1,000 مواد كيميائية جديدة يتم تقديمها بواسطة الصناعة الكيميائية1،2؛ ومع ذلك، يتم اختبار الآثار البيئية المترتبة على نسبة صغيرة فقط من هذه المواد الكيميائية قبل توزيع2،3. على الرغم من أن الكوارث الواسعة النطاق غير المألوف، التعرض المقاسة والمزمن لمجموعة كبيرة ومتنوعة من الملوثات على نطاق واسع في كل من البشر والحيوانات البرية4،5. وكان تركيز التاريخية السمية والسمية البيئية لاختبار الفتك وواحد التعرض للمواد الكيميائية والتعرض الحاد والآثار الفسيولوجية للتعرض، كوسيلة لقياس تأثير الملوثات على بقاء6، 7 , 8 , 9 , 10-على الرغم من أن هناك تحولاً نحو النهج الأخلاقية وغير الغازية للتجارب الحيوانية، النهج الحالية تحد بسبب الدور تلك التنمية والخصائص الناشئة، والعوامل الخارجية (مثل مستوى السكان و تلعب التفاعلات على مستوى النظام الإيكولوجي) في التوسط في النهاية إيكولوجيا هاما8. ولذلك، هناك حاجة للأساليب التي تتضمن نهجاً أكثر شمولية دون التضحية بالحياة البرية و/أو الفقاريات في المختبر.

نظم نموذجية اللافقاريات، مثل melanogaster المورفولوجية، بديل جذاب لتلبية الحاجة إلى نهج أكثر شمولاً لاختبار السمية. دال-ميلانوجاستير، وضعت أصلاً كنظام نموذجي اللافقاريات للأبحاث الجينية ذات الصلة بالإنسان عن قرن11. ميلانوجاستير دال- الآن يستخدم مكاناً بارزا كبديل فقاريات نموذجي لعدة أسباب: 1) حفظ الجينات والممرات بين البشر؛ و دال-ميلانوجاستير 2) الوقت الجيل قصيرة مقارنة بنماذج الفقاريات؛ 3) رخيصة التكلفة للصيانة؛ 4) تخفيف في توليد العينات كبيرة الحجم؛ و 5) عدد كبير من نقاط النهاية المظهرية وإيكولوجيا-ذات الصلة المتاحة لاختبار11،،من1213،،من1415،16،17 .

عدة مختبرات11،15،16،17،،من1819،،من2021،22، 23 , 24 , 25 تستخدم الآن melanogaster دال- كبديل فقاريات نموذجي لاختبار السمية لفهم آثار التلوث على البشر. ويمكن استخدام الأنواع البرية المحلية من المورفولوجية ، أيضا، كنماذج سمية للحيوانات البرية (والبشر) للرد على إيكولوجيا-، وسلوكيا-، والمسائل المتصلة تقحم على مستويات التنظيم البيولوجي متعددة. استخدام الأنواع ضمن جنس المورفولوجية كنموذج، عدة نقاط النهاية للقياس هي ممكن11،،من1516،،من1819،20 ،،من2122،23،،من2425. In addition، باستخدام نموذج المورفولوجية ، يمكن السميات: 1) أخلاقيا ربط آثار متعددة المستويات البيولوجية للمنظمة؛ 2) إدماج دور العوامل الطارئة والتنمية؛ 3) دراسة نقاط النهاية إيكولوجيا هاما (بالإضافة إلى نقاط هامة طبيا)؛ 4) اختبار الإجهاد متعددة في وقت واحد؛ 5) واختبار طويل الأجل بين الأجيال (مثل التطورية وتخذها) المترتبة على العوامل المسببة للإجهاد. ولذلك، استخدام المورفولوجية كنظام نموذجي تمكن العديد من النهج، لا تقتصر على دراسة النهج الميكانيكية مع سلالات فطري من ميلانوجاستير دال في المختبر.

في هذه الورقة، نقدم أساليب تربية وجمع المورفولوجية للرد على مختلف الأسئلة السمية. وبشكل أكثر تحديداً، يمكننا وصف منهجية 1) تربية المورفولوجية في المتوسط الذي تغلب عليه أسهم مع واحد أو أكثر من الملوثات؛ 2) جمع المورفولوجية في جميع أنحاء التنمية (مثلاً تجول يرقات الطور الثالث والحالات الخوادر وحديثا اكلوسيد الكبار والبالغين ناضجة)؛ و 3) تربية المورفولوجية في المتوسط الملوثة إلى اختبار بين الأجيال وانتقال تخذها، فضلا عن التطوري الآثار المترتبة على التعرض للسمية طويلة الأجل. باستخدام هذا البروتوكول، السابقة الكتاب18،19،20،21،22،،من2324قد ذكرت،25 الآثار الفسيولوجية والجينية والسلوكية المختلفة للتنمية يؤدي التعرض (Pb2 +). ويتيح هذا البروتوكول السميات استخدام نهج أكثر شمولية سمية، هو أمر أساسي لفهم كيف الملوثات عوامل الخطر على البشر والحياة البرية في بيئة ملوثة على نحو متزايد.

Protocol

البروتوكول التالي بروتوكول تجريبية المستخدمة في تربية الأنواع في جنس المورفولوجية في المتوسط الملوثة عند الابتلاع عن طريق الفم من السم مناسب؛ أشكال أخرى من التعرض من الممكن استخدام المورفولوجية نموذج11،15،،من162…

Representative Results

بتعريض شفويا المورفولوجية contaminant(s) في جميع أنحاء التنمية، يمكن اختبار مختلف الأسئلة السمية بتعريض المورفولوجية على مختلف مستويات التنظيم البيولوجي. ويعرض هذا القسم الممثل النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام هذا البروتوكول في الورقات المنشورة سابقا<sup class="xre…

Discussion

تم إنشاء melanogaster المورفولوجية كنموذج قوي لمجموعة من العمليات البيولوجية بسبب حفظ واسعة النطاق للجينات والممرات بين13، ميلانوجاستير د والبشر14. وبرز المورفولوجية لنفس الأسباب فإن نموذج قوي للعلوم الطبية، نظام نموذج مناسب لدراسة تأثير التلوث ا…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

أيد هذا المنشور بمنحه من وزارة التعليم (العلاقات العامة جائزة #P031C160025-17، وعنوان المشروع: ج 84.031) إلى مجتمعات جامعة ولاية كولورادو-بويبلو (CSU-بويبلو) “وقف نشاط بناء” مشاركة (ج-قاعدة). ونحن نشكر “الحيوان الحالي” ونشرت السفير لتوفير الحق في استخدام النتائج ممثلة في الورقات السابقة، فضلا عن المحررين من جوف على إتاحة لنا الفرصة لنشر هذا البروتوكول. ونود أيضا أن نشكر ج-قاعدة “البرنامج”، الدكتور برايان فاندن Heuvel (ج-قاعدة وقسم علم الأحياء، والاتحاد الاجتماعي المسيحي-بويبلو)، وقسم “البيولوجيا” الاتحاد الاجتماعي المسيحي-بويبلو، غرازيانو توماس، والدكتور برنارد بوسيدينتي (قسم البيولوجيا، كلية سكيدمور)، والدكتورة كلير آريان راموس (قسم علم الأحياء، جامعة ولاية كولورادو-بويبلو) للدعم والمساعدة.

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

Keywords: DrosophilaToxicity TestingInvertebrate ModelDose ResponseGrowth MediumDevelopmental StagesLarvaeAdultsExposureContaminants
check_url/kr/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