الشعيرات الدموية المغذية الفحص يقيس كمية الطعام في<em> ذبابة الفاكهة</em
Summary
The CApillary FEeder (CAFE) assay is a simple, budget-friendly, highly reliable method for investigating mechanisms underlying food intake. Used with the highly versatile genetic model organism Drosophila melanogaster, it provides a powerful means of gaining new insights into regulatory mechanisms of food intake.
Abstract
For most animals, feeding is an essential behavior for securing survival, and it influences development, locomotion, health and reproduction. Ingestion of the right type and quantity of food therefore has a major influence on quality of life. Research on feeding behavior focuses on the underlying processes that ensure actual feeding and unravels the role of factors regulating internal energy homeostasis and the neuronal bases of decision-making. The model organism Drosophila melanogaster, with its great variety of genetically traceable tools for labeling and manipulating single neurons, allows mapping of neuronal networks and identification of molecular signaling cascades involved in the regulation of food intake. This report demonstrates the CApillary FEeder assay (CAFE) and shows how to measure food intake in a group of flies for time spans ranging from hours to days. This easy-to-use assay consists of glass capillaries filled with liquid food that flies can freely access and feed on. Food consumption in the assay is accurately determined using simple measurement tools. Herein we describe step-by-step the method from setup to successful execution of the CAFE assay, and provide practical examples to analyze the food intake of a group of flies under controlled conditions. The reader is guided through possible limitations of the assay, and advantages and disadvantages of the method compared to other feeding assays in D. melanogaster are evaluated.
Introduction
الأكل ضروري. ومع ذلك، رفع القيود عن تناول الطعام مما يؤدي إلى اضطرابات الأكل مثل الشره المرضي، وفقدان الشهية أو الاتجاه العام إلى وجبة دسمة يفرض تكاليف على الأفراد والمجتمع 1، 2، 3. الهدف من هذا البحث هو الكشف عن الآليات التنظيمية لتناول الطعام، وتوفير استراتيجية للتحايل على تشكيل اضطراب. وقد وفرت العديد من الدراسات باستخدام الكائنات نموذج الثدييات رؤى جديدة من الدوائر ودور نظم الإنذار في اضطرابات الأكل 4، 5، 6. ومع ذلك، لدينا معرفة الأسس العصبية والجزيئية الكامنة وراء هذه الاضطرابات لا تزال بعيدة عن الاكتمال. في السنوات الأخيرة، وذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة أصبح نظام نموذجا قيما للكشف رؤى الآلية الأساسية في تنظيم metabolisم 7، 8، 9. تأسست الشعرية المغذية (CAFE) فحص لذبابة الفاكهة في مختبر سيمور بنزر في عام 2007 مستوحاة من العمل في وقت سابق من قبل DETHIER في الذبابة 10 و 11. جعل فحص CAFE من الممكن قياس مباشرة تناول الطعام في ذبابة الفاكهة. في هذا النظام الاختبار السلوكي، الذباب تتغذى على المواد الغذائية السائلة الواردة في الشعيرات الدموية الزجاج متدرجة وضعها داخل القارورة. تراجع الغضروف المفصلي الشعرية يشير فقدان حل الغذائية عن طريق التبخر والاستهلاك الغذائي. تحديد سعر التبخر التي كتبها قارورة دون الذباب يسمح للتقدير دقيق لتناول الطعام.
فحص CAFE هو واحد من عدة نماذج سلوكية تستخدم لقياس التغذية في ذبابة الفاكهة ويجب على الباحثين اختيار الأنسب لالمحددة لهاسؤال. قرار استخدام فحص معين يجب النظر في النقاط التالية: طبيعة الطعام المقدم؛ في حالة التغذية. قياس كمية أو امتصاص العناصر الغذائية والتحقيق استهلاك الغذاء أو الاستجابة للطعام.
فحص CAFE كما هو موضح في هذا التقرير هو المثالي لتناول الطعام التالية من مصدر المواد الغذائية السائلة في ظل حالة التغذية في وضع مستقيم. بدلا من تناول الطعام يمكن قياسها لمجموعة ذبابة على مصدر الغذاء الملون في قارورة أو على طبق من ذهب. والذباب قتل عادة أو تخدير بعد الرضاعة ويتم تحديد كمية من الصبغة تناولها من قبل الطيف أو الفحص البصري من البطن الملون. الذباب تبدأ في إفراز المواد الغذائية تناولها سوى 30 دقيقة بعد تناول وبالتالي هذا النهج من الصعب استخدام لتحليل التغذية أطول مستمرة السلوكيات 12، 13.
في المقابل يتم الاحتفاظ الذباب على حالها عند صبغ امتصاصيتم استخدام الصورة مع استشفاف المشعة وسجل استهلاكها من النظائر المشعة في عداد التلألؤ 14 و 15. امتصاص radiolabel من قبل الجهاز الهضمي ذبابة يجعل طويلة الأجل قياس امتصاص الغذاء ممكن، ولكن قد يؤدي إلى التقليل من استهلاك بسبب جزيئات غير استيعابها وتفرز التتبع. وثمة نهج آخر لقياس استجابة في الغذاء في ذبابة الفاكهة هو الرد خرطوم تمديد (PER)، والذي يحدث عادة لتناول الطعام (16). يقيس هذا الأسلوب الأنيق الاستجابة الأولية لحافز الطعام ولكن لا يسجل كمية السعرات. يتم ضبط الاستهلاك الغذائي حيوي أثناء الرضاعة باستخدام عدة إشارات ردود الفعل بعد الهضمية التي تعتبر بالغة الأهمية لتنظيم التغذية 17 و 18. وقد بذلت عدة محاولات في السنوات الأخيرة لجمع البيانات شبه أتمتة في مقايسة PER <sحتى الطبقة = "XREF"> 19، 20. يتم الكشف عن PER عن طريق لوحة كهربائية أو مجموعة من الأقطاب الكهربائية وتحسب عن طريق الكمبيوتر. الجمع بين فحص PER مع امتصاص النظائر المشعة كشف أن هذا الاختبار محدودة بسبب انخفاض الحساسية للكشف عن الاختلافات التغذية كمية 18. الفحص اليدوي التغذية (MAFE) 21، والتي يتم تغذيتها ذبابة يدويا مع الزجاج الشعرية، وقد وضعت مؤخرا لقياس امتصاص المواد الغذائية في ذبابة يجمد واحد. فحص MAFE يلغي التدخلات من البحث عن الطعام والتغذية بدء ولديه قرار وقت ثانية، وبدء PER ويمكن رصد استهلاك المواد الغذائية بشكل مستقل في الفحص. ومع ذلك، فإن الطريقة التي تجميد الطاير يؤثر على جوانب معينة من السلوك التغذية (مثل الحركة، والتحفيز) لا تزال بحاجة إلى التحقيق. للاستعراضات المقارنة ممتازة من فحوصات مختلفة لقياس استهلاك الغذاء في ذبابة الفاكهة ليlanogaster ولمساعدة الباحثين في العثور على واحدة الأنسب، انظر التقارير التي ديشباندي وماركس 13، 22.
فحص CAFE يتجنب بعض من مساوئ فحوصات أخرى المذكورة أعلاه، ويجمع بين سهولة الاستخدام مع قياس موثوق من تناول الطعام. هنا، يتم تقديم وصفا مفصلا لفحص CAFE ونظهر تعديل الإعداد بسيطة للحد من تبخر. وأظهرت نتائج ممثلة بما في ذلك اختيار لفحص اثنين من المواد الغذائية (على المدى القصير والطويل) وامتصاص السكروز من الذباب. في مناقشة قارنا طريقة موضح لدينا مع طرق بديلة لأداء الفحص CAFE، وتسليط الضوء على أوجه القصور المحتملة.
Protocol
Representative Results
Discussion
ويصف التقرير فحص CAFE بطريقة خطوة بخطوة، مع التركيز على الإعداد التقني والأداء الناجح في المختبر. نظرا لبساطته، ويمكن أيضا أن هذا الاختبار أن تستخدم تربويا كتجربة المدرسة. وتبين الأمثلة التي مقايسة يسمح التحقيق في الاستشعار عن الطعام، وتفضيل والاستهلاك في ذبابة ال?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank the past and present members of the Scholz lab for discussion and Helga Döring for excellent technical support. We especially thank the members of the Biocenter workshop of the University of Cologne for their support and creativity. The work is supported by SFB 1340, SysMedAlc, and DAAD-Siemens.
Materials
| Vials (breeding) | Greiner Bio-One | 960177 | www.greinerbioone.com |
| Vials (CAFE assay) | Greiner Bio-One | 217101 | www.greinerbioone.com |
| Lid-CAFE assay | Workshop | – | – |
| Plastic box, low wall | Plastime | 353 | www.plastime.it |
| Cover for the plastic box | Workshop | – | – |
| Capillaries | BLAUBRAND | REF 7087 07 | www.brand.de |
| Pipette tips | Greiner Bio-One | 771290 | www.greinerbioone.com |
| Filter paper circles | Whatman | 10 311 804 | www.sigmaaldrich.com |
| D(+)-Sucrose | AppliChem | 57-50-1 | www.applichem.com |
| Ethanol absolute | VWR Chemicals | 20,821,330 | www.vwr.com |
| Food color (red, E124) | Backfun | 10027 | www.backfun.de |
| Food color (blue, E133) | Backfun | 10030 | www.backfun.de |
| Soap solution (CVK 8) | CVH | 103220 | www.cvh.de |
| Digital caliper | GARANT | 412,616 | www.hoffmann-group.com |
| Vials (breeding) | Height 9.8 cm, diameter 4.8 cm | ||
| Vials (CAFE assay) | Height 8 cm, diameter 3.3 cm | ||
| Lid-CAFE assay | Produced in university workshop, technical drawing supplied | ||
| Plastic box, low wall | A plastic grid inlay was custom-made for 8 x 10 vial positions | ||
| Cover for the plastic box | Dimensions (37 x29 x18 cm) | ||
| Capillaries | DIN ISO 7550 norm, IVD-guideline 98/79 EG, ends polished | ||
| Pipette tips | Pipettes for the outer circle are cut according to the lid | ||
| Filter paper circles | 45 mm diameter works nicely if folded for the vials used | ||
| D(+)-Sucrose | Not harmful | ||
| Ethanol absolute | Highly flammable liquid and vapor | ||
| Food color (red, E124) | Not stated | ||
| Food color (blue, E133) | Not stated | ||
| Soap solution (CVK 8) | Odor neutral soap | ||
| Digital caliper | |||
| Standard fly food | (for 20 L) | ||
| Agar | 160 g | ||
| Brewer`s Yeast | 299.33 g | ||
| Cornmeal | 1200g | ||
| Molasses | 1.6 L | ||
| Propionic acid | 57.3 mL | ||
| Nipagin 30% | 160 mL |
Referências
- Krauth, C., Buser, J., Vogel, K. How high are the costs of eating disorders – anorexia nervosa and bulimia nervosa – for German society. Eur. J. Health Econ. 3 (4), 244-250 (2002).
- Cawley, J., Meyerhoefer, C. The medical costs of obesity and instrumental variables approach. J. Health Econ. 31, 219-230 (2012).
- The costs of eating disorders: Social, health and economic impacts. Assessing the impact of eating disorders across the UK on behalf of BEAT. PwC Available from: https://www.beat.co.uk/assets/000/000/302/The_costs_of_eating_disorders_Final_original.pdf (2015)
- Lenard, N. R., Berthoud, H. R. Central and peripheral regulation of food intake and physical activity: pathways and genes. Obesity. 16, S11-S22 (2008).
- Magni, P., et al. Feeding behavior in mammals including humans. Trends in Comp. Endocrinology and Neurobiology. 1163, 221-232 (2009).
- Morton, G. J., Meek, T. H., Schwartz, M. W. Neurobiology of food intake in health and disease. Nature Reviews Neuroscience. 15, 367-378 (2014).
- Bharuchka, K. N. The epicurean fly: using Drosophila melanogaster to study metabolism. Pediatr. Res. 65 (2), 132-137 (2009).
- Smith, W. W., Thomas, J., Liu, J., Li, T., Moran, T. H. From fat fruit fly to human obesity. Physiol. Behav. 136, 15-21 (2014).
- Rajan, A., Perrimon, N. Of flies and men: insights on organismal metabolism from fruit flies. BMC Biology. 11, (2013).
- Ja, W. W., et al. Prandiology of Drosophila and the CAFE assay. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104 (20), 8253-8256 (2007).
- Dethier, V. G. . The Hungry Fly: A Physiological Study of the Behavior Associated with Feeding. , (1976).
- Albin, S. D., Kaun, K. R., Knapp, J., Chung, P., Heberlein, U., Simpson, J. H. A subset of serotonergic neurons evokes hunger in adult Drosophila. Curr. Biol. 25, 2435-2440 (2015).
- Deshpande, S. A., et al. Quantifying Drosophila food intake: comparative analysis of current methodology. Nat. Methods. 11 (5), 535-540 (2014).
- Geer, B. W., Olander, R. M., Sharp, P. L. Quantification of dietary choline utilization in adult Drosophila melanogaster by radioisotope methods. J. Insect Physiol. 16, 33-43 (1970).
- Thompson, E. D., Reeder, B. A., Bruce, R. D. Characterization of a method for quantitating food consumption for mutation assays in Drosophila. Environ. Mol. Mutagen. 18, 14-21 (1991).
- Wong, R., Piper, M. D., Wertheim, B., Partridge, L. Quantification of food intake in Drosophila. PLoS One. 4 (6), e6063 (2009).
- Scheiner, R., Steinbach, A., Classen, G., Strudthoff, N., Scholz, H. Octopamine indirectly affects proboscis extension response habituation in Drosophila melanogaster by controlling sucrose responsiveness. J. Insect Physiol. 69, 107-117 (2014).
- Liu, Y., Luo, J., Carlsson, M. K., Nässel, D. R. Serotonin and insulin-like peptides modulate leucokinin-producing neurons that affect feeding and water homeostasis in Drosophila. J. Comp. Neurol. 523, 1840-1863 (2015).
- Ro, J., Harvanek, Z. M., Pletcher, S. D. FLIC: high-throughput, continuous analysis of feeding behaviors in Drosophila. PLoS One. 9 (6), e101107 (2014).
- Itskov, P. M. Automated monitoring and quantitative analysis of feeding behavior in Drosophila. Nat. Commun. 5, 4560 (2014).
- Qi, W., Yang, Z., Lin, Z., Park, J. Y., Suh, G. S. B., Wang, L. A quantitative feeding assay in adult Drosophila reveals rapid modulation of food ingestion by its nutritional value. Mol. Brain. 8, 87 (2015).
- Marx, V. Metabolism: feeding fruit flies. Nat. Methods. 12 (7), 609-612 (2015).
- Spieth, H. T. Courtship behavior in Drosophila. Annu. Rev. Entomol. 19, 385-405 (1974).
- Devineni, A. V., Heberlein, U. Preferential ethanol consumption in Drosophila models features of addiction. Curr. Biol. 19 (24), 2126-2132 (2009).
- Lee, K. P., et al. Lifespan and reproduction in Drosophila: New insights from nutritional geometry. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105 (7), 2498-2503 (2008).
- Pohl, J. B., et al. Ethanol preference in Drosophila melanogaster is driven by its caloric value. Alcohol Clin. Exp. Res. 36 (11), 1903-1912 (2012).
- Vargas, M. A., Luo, N., Yamaguchi, A., Kapahi, P. A role for S6 kinase and serotonin in postmating dietary switch and balance of nutrients in D. melanogaster. Curr. Biol. 20 (11), 1006-1011 (2010).
- Masek, P., Scott, K. Limited taste discrimination in Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. 107 (33), 14833-14838 (2010).
- Pool, A. H., Scott, K. Feeding regulation in Drosophila. Curr. Opin. Neurobiol. 29, 57-63 (2014).
- Luo, J. N., Lushchak, O. V., Goergen, P., Williams, M. J., Nässel, D. R. Drosophila insulin-producing cells are differentially modulated by serotonin and octopamine receptors and affect social behavior. Plos One. 9 (6), e99732 (2014).
