भोजन के सेवन के समय को सीमित करना आहार-प्रेरित चयापचय रोगों को कम करने के लिए एक आशाजनक हस्तक्षेप के रूप में उभरा है। यह पांडुलिपि चूहों में लयबद्ध भोजन सेवन को मापने और हेरफेर करने के लिए इन-हाउस निर्मित एक कुशल प्रणाली के निर्माण और उपयोग का विवरण देती है।
लयबद्ध जीन अभिव्यक्ति सर्कैडियन लय की एक पहचान है और दिन के उचित समय पर जैविक कार्यों की लयबद्धता को चलाने के लिए आवश्यक है। पिछले कुछ दशकों में अध्ययनों से पता चला है कि लयबद्ध भोजन का सेवन (यानी, जिस समय जीव 24 घंटे के दिन के दौरान भोजन खाते हैं), पूरे शरीर में विभिन्न अंगों और ऊतकों में जीन अभिव्यक्ति के लयबद्ध विनियमन में महत्वपूर्ण योगदान देता है। स्वास्थ्य और शरीर विज्ञान पर लयबद्ध भोजन के सेवन के प्रभावों का व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है और पता चला है कि सक्रिय चरण के दौरान 8 घंटे के लिए भोजन का सेवन प्रतिबंधित करने से विभिन्न प्रकार के ओबेसोजेनिक आहार से उत्पन्न चयापचय रोगों को कम किया जाता है। इन अध्ययनों में अक्सर जानवरों को भोजन के वितरण के समय के लिए नियंत्रित तरीकों के उपयोग की आवश्यकता होती है। यह पांडुलिपि कम लागत और कुशल प्रणाली के डिजाइन और उपयोग का वर्णन करती है, जो दैनिक भोजन की खपत को मापने के साथ-साथ चूहों में लयबद्ध भोजन सेवन में हेरफेर करने के लिए इन-हाउस बनाई गई है। यह प्रणाली उपयोगकर्ता के अनुकूल हैंडलिंग प्रक्रिया का पालन करते हुए, खाद्य वितरण के लिए अनुकूल पिंजरों का निर्माण करने के लिए सस्ती कच्चे माल का उपयोग करती है। इस प्रणाली का उपयोग चूहों को विभिन्न आहार आहारों जैसे एड लिबिटम, समय-प्रतिबंधित, या लयबद्ध कार्यक्रमों पर खिलाने के लिए कुशलतासे किया जा सकता है, और व्यवहार, शरीर विज्ञान और मोटापे पर इसके प्रभाव का अध्ययन करने के लिए उच्च वसा वाले आहार को शामिल कर सकता है। जंगली-प्रकार (डब्ल्यूटी) चूहे विभिन्न आहार आहारों के अनुकूल कैसे होते हैं, इसका विवरण प्रदान किया गया है।
सर्कैडियन घड़ी प्रजातियों में सर्वव्यापी रूप से पाई जाती है और एक समय-पालन तंत्र प्रदान करती है जो जीवों को उनके लयबद्ध रूप से बदलते वातावरण के अनुकूल होने में मदद करती है। मास्टर सर्कैडियन पेसमेकर हाइपोथैलेमस के सुप्राचियास्मेटिक न्यूक्लियस (एससीएन) में स्थित है। एससीएन मुख्य रूप से पर्यावरणीय प्रकाश-अंधेरे चक्र से घिरा हुआ है, और न्यूरोनल और हार्मोनल संकेतों, भोजन और शरीर के तापमान 1,2,3,4,5,6,7,8 सहित कई संकेतों के माध्यम से शरीर की लगभग हर कोशिका में मौजूद परिधीय घड़ियों को सिंक्रनाइज़ करता है। . स्तनधारियों में, आणविक सर्कैडियन घड़ी हेटेरोडिमेरिक ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर क्लॉक: BMAL1 9,10 पर निर्भर करती है, जो एक ट्रांसक्रिप्शनल फीडबैक लूप शुरू करने के लिए पीरियड (Per1, Per2, और Per3) और क्रिप्टोक्रोम (Cry1 और Cry2) नामक कोर क्लॉक जीन की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करती है जो सर्कैडियन लय 9,11,12 की पीढ़ी के लिए महत्वपूर्ण है . आणविक घड़ी हजारों जीनों के लयबद्ध प्रतिलेखन को भी नियंत्रित करती है जो लगभग हर जैविक कार्य 13,14,15 की लयबद्धता को नियंत्रित करते हैं। स्तनधारियों में जीनोम का 50% से अधिक कम से कम एक ऊतक प्रकार 16,17,18 में लयबद्ध रूप से व्यक्त किया जाता है, और चूहों में यकृत जैसे ऊतकों में उनके प्रतिलेख का लगभग 25% -30%लयबद्ध रूप से व्यक्त होता है। लयबद्ध जीन अभिव्यक्ति जीव फिटनेस बढ़ाने के लिए दिन के सही समय पर सेल चक्र नियंत्रण20, ग्लूकोज होमियोस्टेसिस21 और अमीनो एसिड चयापचय22 जैसी महत्वपूर्ण जैविक प्रक्रियाओं को सक्रिय करने के लिए महत्वपूर्ण है।
पिछले कुछ दशकों में, इस बात के प्रमाण बढ़ रहे हैं कि भोजन का सेवन यकृत23,24 सहित कई ऊतकों में जीन अभिव्यक्ति में लय को प्रशिक्षित करने के लिए एक शक्तिशाली सिंक्रनाइज़िंग क्यू के रूप में कार्य कर सकता है। महत्वपूर्ण रूप से, फीडिंग को एससीएन या प्रकाश-अंधेरे चक्र25 से स्वतंत्र रूप से यकृत में लय को संलग्न करने के लिए दिखाया गया है, और लयबद्ध भोजन आणविक घड़ी 26,27,28,29,30,31 को शामिल किए बिना लयबद्ध जीन अभिव्यक्ति को चला सकता है। चूहों (दिन) की निष्क्रिय अवधि तक सीमित भोजन कोर क्लॉक जीन और कई लयबद्ध जीनों की अभिव्यक्ति के चरण को उलटदेता है। समय-प्रतिबंधित भोजन (टीआरएफ), जो एक पोषण संबंधी हस्तक्षेप है जहां दैनिक कैलोरी सेवन 8-10 घंटे की अवधि तक सीमित है, को मोटापे, हाइपरइन्सुलिनमिया, हेपेटिक स्टीटोसिस और चयापचय सिंड्रोम32,33 से बचाने के लिए दिखाया गया है। भोजन के सेवन में हेरफेर से जुड़े उपरोक्त सभी प्रयोगों के लिए प्रयोगकर्ता को दिन के सही समय पर भोजन वितरित करने के लिए प्रभावी तरीकों का उपयोग करने की आवश्यकता होती है।
खाद्य वितरण के विभिन्न तरीकों को विकसित किया गया है, जिसमें कई फायदे और नुकसानहैं 29,34,35,36,37,38,39 (तालिका 1)। कुछ स्वचालित फीडरों को एक सॉफ्टवेयर के आधार पर संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो चूहों में भोजन और स्वैच्छिक व्हील-रनिंग गतिविधि को रिकॉर्ड करते समय भोजन की उपलब्धता की मात्रा, अवधि और समय को नियंत्रित करताहै। कुछ अन्य तरीकों में चूहों को अलग-अलग भोजन स्थितियों के लिए अलग-अलग पिंजरों में रखा जाता है, प्रयोगकर्ता मैन्युअल रूप से आवश्यक समय38,39 पर खाद्य छर्रों को जोड़ता है। एक अन्य प्रणाली एक कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित एक स्वचालित फीडर सिस्टम का उपयोग करती है जहां एक वायवीय-संचालित ढाल भोजन तक पहुंच को रोकता है और जिसे समय अंतराल या भोजन के द्रव्यमान द्वारा नियंत्रित किया जा सकताहै। इन सभी विधियों को या तो एक कम्प्यूटरीकृत सॉफ्टवेयर के उपयोग और सेटअप की आवश्यकता होती है जो महंगा हो सकता है और उपकरण के उचित संचालन के लिए कुछ प्रशिक्षण की आवश्यकता होती है या श्रम गहन होते हैं क्योंकि प्रयोगकर्ता को भोजन की स्थिति को मैन्युअल रूप से बदलने के लिए विशिष्ट समय पर उपस्थित होने की आवश्यकता होती है। कम्प्यूटरीकृत सिस्टम भी अपने हिस्से के मुद्दों के साथ आते हैं, जिसमें लीवर या दरवाजों की खराबी शामिल है जो भोजन को बाहर निकलने देती है, खाद्य छर्रों को आउटलेट में फंसना और सॉफ्टवेयर टूटना शामिल है। इसके अलावा, दरवाजे या लीवर के उद्घाटन के दौरान उत्पन्न होने वाली ध्वनि चूहों को भोजन वितरण के साथ जोड़ने के लिए कंडीशनिंग चूहों का जोखिम प्रस्तुत करती है, जिससे भोजन की पहुंच के कारण या नींद / जागने के चक्र जैसे अन्य व्यवहार लय पर प्रभाव के कारण खाद्य हेरफेर के प्रभावों की व्याख्या से समझौता किया जाता है। इस अध्ययन का समग्र लक्ष्य दीर्घकालिक लयबद्ध भोजन सेवन में हेरफेर करने के लिए एक सस्ती और कुशल प्रणाली विकसित करना था जो इन उपरोक्त मुद्दों में से कई को कम करने में मदद करेगा। सबसे पहले और सबसे महत्वपूर्ण, फीडिंग उपकरण जो विकसित किया गया था और नीचे वर्णित है, स्वचालित मशीनों (तालिका 2) की तुलना में बहुत कम लागत पर बनाया जा सकता है और हैंडलिंग, संचालन और रखरखाव के लिए परिष्कृत प्रशिक्षण की आवश्यकता नहीं है। दूसरे, फीडिंग सिस्टम केवल एक पृष्ठभूमि सफेद शोर पैदा करता है और खाद्य वितरण के दौरान कोई जोर की आवाज नहीं देता है, जिससे पावलोवियन कंडीशनिंग को रोका जा सकता है। कुल मिलाकर, यह भोजन प्रणाली शोधकर्ताओं के लिए आर्थिक, अधिक सुलभ और विश्वसनीय है, जबकि अभी भी लयबद्ध भोजन सेवन के हेरफेर में कुशल है।
पिछले कुछ दशकों में फीडिंग लय के हेरफेर और शरीर विज्ञान पर उनके प्रभाव पर व्यापक शोध किया गया है। यहां वर्णित फीडिंग सिस्टम के निर्माण और उपयोग का उपयोग भोजन सेवन में हेरफेर करने के लिए एक कुशल विधि के रूप में किया जा सकता है। प्रोटोकॉल सिस्टम के प्रमुख घटकों के रूप में एक सामान्य 24 घंटे टाइमर और आठ-कम्पार्टमेंट आयोजक के रूप में डिज़ाइन किए गए एक खाद्य कप का उपयोग करता है। पिंजरों का निर्माण कुछ आसानी से सुलभ उपकरणों का उपयोग करके आसानी से किया जा सकता है, और सिस्टम की हैंडलिंग उपयोगकर्ता के अनुकूल है। लयबद्ध भोजन सेवन में हेरफेर करने के लिए सिस्टम को अनुकूलित करने के लिए प्रोटोकॉल के कुछ प्रमुख पहलुओं में खाद्य कप का दैनिक परिवर्तन शामिल है क्योंकि टाइमर 24 घंटे की अवधि में बदल जाता है, शेष भोजन की मैन्युअल गिनती या वजन, और एआर फीडिंग के लिए छर्रों की संख्या का दैनिक समायोजन। आमतौर पर, प्लास्टिक शेविंग तब देखी जाती है जब चूहे भूखे होते हैं और उन्हें पर्याप्त भोजन नहीं मिलता है। इस समस्या को भोजन आहार का पालन करने वाले कुछ और खाद्य छर्रों को जोड़कर ठीक किया जा सकता है जब तक कि कोई प्लास्टिक शेविंग नहीं देखी जाती है। एआर फीडिंग के मामले में, जहां दैनिक भोजन को समायोजित करने की आवश्यकता होती है, भोजन के सेवन की लय को प्रेरित नहीं करने के लिए देखभाल की जानी चाहिए (चित्रा 3 बी)। इसलिए, चूहों को अतालता से खिलाए रखने के लिए विपरीत डिब्बों में छर्रों को जोड़ना या घटाना बेहतर होता है।
चूहों को प्लास्टिक को काटने से रोकने के लिए एपॉक्सी की एक परत के साथ खाद्य कप को कोटिंग करके इस प्रणाली में और सुधार किया जा सकता है, और इस प्रकार खाद्य कप के जीवन को लंबा करने में मदद मिलती है। फूड कप प्लेसमेंट के लिए टाइमर की सतह को भी संशोधित किया जा सकता है ताकि फूड कप को टाइमर पर सपाट और स्थिर बैठने में मदद मिल सके। यह असमान रूप से रखे गए टाइमर के कारण टाइमर के आकस्मिक ठहराव को रोक सकता है। पिंजरे के कुछ घटक, जैसे कि खाद्य कप, लागत को कम करने के लिए 3 डी मुद्रित भी किए जा सकते हैं और शोधकर्ता की पसंद के अनुसार कस्टम-निर्मित किए जा सकते हैं। इसमें आठ से अधिक डिब्बों वाले खाद्य कप शामिल हो सकते हैं, जो वर्तमान 3 घंटे की विंडो की तुलना में बेहतर समय रिज़ॉल्यूशन दे सकते हैं।
यद्यपि बहुत कुशल, इस प्रणाली की कुछ सीमाएं हैं, जैसे कि श्रम गहन होना, शोधकर्ता को अभी भी हर 24 घंटे में खाद्य कप बदलने की आवश्यकता होती है और उन्हें शेष भोजन को मैन्युअल रूप से गिनने / तौलने की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, संभावित मुद्दों की पहचान करने के लिए टाइमर की समय-समय पर निगरानी की जानी चाहिए और / या यदि उन्होंने काम करना बंद कर दिया है। यह खिलाने के बाद शेष खाद्य छर्रों की गिनती करते समय प्राप्त किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, यह निर्धारित करके कि क्या कुछ चूहों ने केवल कुछ डिब्बों में भोजन खाया और कुछ डिब्बों को अछूता छोड़ दिया)। इस प्रणाली की एक और सीमा यह है कि यह मादा चूहों के साथ भी काम नहीं कर सकता है, क्योंकि मादाओं के साथ किए गए कुछ प्रयोगों से पता चला है कि वे भोजन जमा करते हैं और पुरुष चूहों की तुलना में प्लास्टिक को अधिक चबाते हैं।
फिर भी, यह फीडिंग सिस्टम भोजन सेवन में हेरफेर करने में बहुत प्रभावी है, बाजार में मौजूद महंगे स्वचालित फीडरों की तुलना में निर्माण, संचालन, रखरखाव और सस्ती है। इसे शोधकर्ता की आवश्यकताओं के अनुरूप आसानी से अनुकूलित और संशोधित किया जा सकता है और सिस्टम को संचालित करने के लिए किसी विशेष प्रशिक्षण की आवश्यकता नहीं है। महत्वपूर्ण रूप से, टाइमर केवल निरंतर सफेद शोर की कम मात्रा का उत्पादन करते हैं, जो चूहों को भोजन की उपलब्धता के साथ किसी भी ध्वनि को जोड़ने से रोकता है।
सारांश में, यह पेपर एक अभिनव भोजन प्रणाली का वर्णन करता है जिसका उपयोग चूहों में दैनिक भोजन की खपत की निगरानी के लिए किया जा सकता है और चूहों को विभिन्न प्रतिमानों जैसे समय-प्रतिबंधित भोजन, लयबद्ध भोजन और उच्च वसा वाले आहार पर खिलाने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। यह प्रणाली उन उपकरणों की सूची में जोड़ती है जिनका उपयोग लयबद्ध भोजन के सेवन और शरीर विज्ञान पर इसके प्रभाव के क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रश्नों को संबोधित करने के लिए किया जा सकता है।
The authors have nothing to disclose.
इस काम को एनआईएच /एनआईडीडीके (जेएसएम को) और टेक्सास ए एंड एम विश्वविद्यालय से स्टार्टअप फंड से अनुदान आर 01 डीके 128133 द्वारा वित्तीय रूप से समर्थित किया गया था।
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