Drosophila melanogaster a táplálkozási kutatásban - a kísérleti étrend egységesítésének fontossága

Absztrakt

Háttér

A táplálkozási vizsgálatok minősége nagymértékben függ a vizsgált kutatási kérdéstől, a kísérlet tervezésétől, a statisztikai erőtől és a kísérleti étrend összetételétől. A táplálkozási vizsgálatok döntő többségét a modell organizmusban laboratóriumi rágcsálókon, például egereken és patkányokon végezték. A rágcsálók tápanyagigénye viszonylag jól megalapozott, beleértve az energiát, lipideket, zsírsavakat, szénhidrátokat, fehérjéket és aminosavakat, valamint vitaminokat, ásványi anyagokat és nyomelemeket [1].

A gyümölcs repül Drosophila melanogaster hosszú ideje széles körben használják robusztus modellszervezetként a genetikában, a fejlesztésbiológiában, az öregedésben és az orvosbiológiai kutatások egyéb területein. Csak a közelmúltban kezdtek mérlegelni a kísérleti táplálkozási szakemberek Drosophila mint sokoldalú modellszervezet az élelmiszer- és táplálkozási kutatásokban [2]. Így nem meglepő, hogy a legyek étrendi követelményeit még nem finomították olyan mértékben, mint a laboratóriumi rágcsálók esetében. Amennyire összetett Drosophila diétákról van szó, érdekes megjegyezni, hogy az irodalomban sokféle receptet írtak le a komplex közegekre.

Ebben az áttekintésben kritikusan áttekintjük a diéták sokféleségét - ideértve a kémiailag meghatározott étrendek előzetes állapotát is - Drosophila kutatás. Ezenkívül rámutatunk arra, hogy szabványosított étrendre lesz szükség a gyümölcslégy mint ígéretes modellszervezet megvalósításához az étrend-betegség interakciós vizsgálatokban.

Kísérleti étrendek Drosophila kutatás

Drosophila fenotipizálás és étrend-betegség kölcsönhatások

D. melanogaster étrendi tényezőkre reagálva átfogó fenotipizáláson eshet át. Táplálkozási szempontból az ételbevitel, az ételválasztás, a testösszetétel, az energiafelhasználás és a mikrobiota összetétele fontos olvasmány [2]. Ezeket a kiolvasásokat további funkcionális vizsgálatok egészítik ki, mint például a mozgásszervi aktivitás és az alvás, a kogníció, a stressz és a fertőzésre adott válasz, az élettartam és a termékenység a kísérleti beállítástól függően [2, 16, 17]. Így, hasonlóan a laboratóriumi egerekhez, átfogó fenotipizáló platformok állnak rendelkezésre a gyümölcslegyek számára, amint azt az 1. ábra összefoglalja.

A légyklinika. Átfogó fenotipizálás Drosophila melanogaster alkotja a légyklinika alapját, ahol a betegségekkel kapcsolatos Drosophila modelleket alkalmaznak az étrend-betegség kölcsönhatások tanulmányozására [5, 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28, 31, 32]

D. melanogaster lehetővé teszi a betegségekkel kapcsolatos modellekben végzett vizsgálatok elvégzésének lehetőségét is. Így különféle mutánsok, valamint transzgenikus modellek állnak rendelkezésre, amelyek részben hasonlítanak az emberekben elterjedt krónikus betegségekre [17, 18]. Valójában, D. melanogaster agyi funkcióval (A béta és tau patológia, Parkinson-kór, Huntington-kór) [19], légzési funkcióval (asztma, krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD)) [20, 21], motoros funkcióval (izomzat) kapcsolatos patológiák tanulmányozására használták. dystrophia, amilotróf laterális szklerózis) [22]), vesefunkció (nephtrolithiasis) [23], bélrendellenességek [24], cukorbetegség [25] és szívműködés (kardiomiopátia) [26], valamint pszichiátriai rendellenességek (ADHD, alkohol, és egyéb függőségek) [27, 28].

Kitekintés és következtetés

Összességében javasoljuk, hogy konszenzus legyen a tudományos körzetben Drosophila el kell érni a komplex étrendek (beleértve a nyugati típusú és a magas zsírtartalmú étrendeket is) pontos összetételét a táplálkozási vizsgálatok céljából. Ezenkívül a félszintetikus holid diéták összetétele (amelyek további optimalizálást igényelhetnek) nem változhat a vizsgálatok és a laboratóriumok között. A holidikus étrend összetételének pontos meghatározása érdekében további tanulmányok foglalkoznak a zsírsavak, vitaminok, ásványi anyagok és nyomelemek szükségleteivel. D. melanogaster szükség lehet a jövőben. Jelenleg nem világos, hogy a tápanyagigény különbözik-e a különböző légytörzsek között (pl. Oregon R kontra Canton S kontra w 1118), és hogy a hím és nőstény, valamint a fiatal és az öreg legyek esetében eltérőek-e a tápanyagigények. Végül tanulmányok a biohidrogének pontos mennyiségi tápanyagigényéről Drosophila fenntartása, tartása és szaporodása is indokolt.

Hivatkozások

Nemzeti Kutatási Tanács. A laboratóriumi állatok tápanyagigénye. Washington (DC): National Academies Press (USA); 1995.

Staats S, Lüersen K, Wagner AE, Rimbach G. Drosophila melanogaster mint sokoldalú modellszervezet az élelmiszer- és táplálkozási kutatásokban. J Agric Food Chem. 2018; 66: 3737–53.

Markow TA, O’Grady P. Drosophila: útmutató a fajok azonosításához és használatához. London: Academic Press (Elsevier); 2006.

Bloomington Drosophila Stock Center. Indiana University Bloomington. https://bdsc.indiana.edu/information/recipes/index.html. Hozzáférés: 2018. december 11.

Gáliková M, Klepsatel P. Elhízás és öregedés a Drosophila modell. Int J Mol Sci. 2018; 19: 1896.

Rendina-Ruedy E, Smith BJ. Módszertani megfontolások a glükóz intoleranciára adott csontválasz tanulmányozásakor az étrend által kiváltott elhízási modell alkalmazásával. Bonekey Rep. 2016; 5: 845.

Sohal RS, Forster MJ. A kalóriakorlátozás és az öregedési folyamat: kritika. Ingyenes Radic Biol Med. 2014; 73: 366–82.

Nikolai S, Pallauf K, Huebbe P, Rimbach G. Energiakorlátozás és potenciális energiakorlátozás utánzók. Nutr Res Rev. 2015; 2: 100–20.

Pallauf K, Rimbach G, Rupp miniszterelnök, Wolf IM. Resveratrol és élettartama a modell organizmusokban. Curr Med Chem. 2016; 23: 4639–80.

Rapport EW, Stanley-Samuelson D, Dadd RH. Tíz generációja Drosophila melanogaster zsírsavmentes holidikus étrenden axenikusan nevelkedve. Arch Insect Biochem Physiol. 1984; 1: 243–50.

Troen AM, francia EE, Roberts JF, Selhub J, Ordovas JM, Parnell LD és mtsai. Az élettartam módosítása glükóz és metionin alkalmazásával Drosophila melanogaster kémiailag meghatározott étrendet táplált. Kor (Dordr). 2007; 29: 29–39.

Fanson BG, Taylor PW. Fehérje: a szénhidrát-arányok megmagyarázzák a Queensland-i gyümölcslégy élettartam-mintáit az élesztőben változó étrendeken: cukorarányok. Kor (Dordr). 2012; 34: 1361–8.

Lee WC, Micchelli CA. Kémiailag meghatározott élelmiszer kifejlesztése és jellemzése Drosophila. PLoS One. 2013; 8: e67308.

Piper MD, Blanc E, Leitao-Goncalves R, Yang M, Xe X, Linford NJ és mtsai. Holidikus közeg Drosophila melanogaster. Nat Methods. 2014; 11: 100–5.

Reis T. Specifikus tápanyagokkal dúsított szintetikus étrend hatásai Drosophila fejlődés, testzsír és élettartam. PLoS One. 2016; 11: e0146758.

Dissel S, Melnattur K, Shaw PJ. Alvás, teljesítmény és memória legyekben. Curr Sleep Med Rep. 2015; 1: 47–54.

Ugur B, Chen K, Bellen HJ. Drosophila eszközök és vizsgálatok az emberi betegségek tanulmányozásához. Dis Model Mech. 2016; 9: 235–44.

Millburn GH, Crosby MA, Gramates LS, Tweedie S, FlyBase konzorcium. FlyBase portálok az emberi betegségek kutatásához Drosophila modellek. Dis Model Mech. 2016; 9: 245–52.

McGurk L, Berson A, Bonini NM. Drosophila mint humán neurodegeneratív betegség in vivo modellje. Genetika. 2015; 201: 377–402.

Roeder T, Isermann K, Kallsen K, Uliczka K, Wagner CA. Drosophila asztmamodell - mit mond a légy a tüdő gyulladásos betegségeiről. Adv Exp Med Biol. 2012; 710: 37–47.

Prange R, Thiedmann M, Bhandari A, Mishra N, Sinha A, Häsler R és mtsai. Drosophila A cigarettafüst által kiváltott COPD modell az Nrf2 jelzést azonosítja a beavatkozás kiadási célpontjaként. Öregedés. 2018; 10: 2122–35.

Kreipke RE, Kwon YV, Shcherbata HR, Ruohola-Baker H. Drosophila melanogaster az izomdegenerációs rendellenességek modelljeként. Curr Top Dev Biol. 2017; 121: 83–109.

Chung VY, Turney BW. A Drosophila a nephrolithiasis genetikai modellje: transzkripciós változások az étrend által kiváltott kőképződésre reagálva. BMC Urol. 2017; 17: 109.

Wong AC, Vanhove AS, Watnick PI. A bélbaktériumok és a gazdaszervezet anyagcseréje közötti kölcsönhatás az egészség és a betegségek terén: Drosophila melanogaster. Dis Model Mech. 2016; 9: 271–81.

Graham P, Pick L. Drosophila mint a cukorbetegség és az inzulinrezisztencia betegségei. Curr Top Dev Biol. 2017; 121: 397–419.

Taghli-Lamallem O, Plantié E, Jagla K. Drosophila a szívbetegségek megértésének középpontjában: a kanalopátiák és a kardiomiopátiák modellezése a gyümölcslegyben. J Cardiovasc Dev Dis. 2016; 3. https://doi.org/10.3390/jcdd3010007.

Devineni AV, Heberlein U. Az evolúció Drosophila melanogaster mint az alkoholkutatás modellje. Annu Rev Neurosci. 2013; 36: 121–38.

van Alphen B, van Swinderen B. Drosophila stratégiák a pszichiátriai rendellenességek tanulmányozására. Brain Res Bull. 2013; 92: 1–11.

Roeder T, Isermann K, Kabesch M. Drosophila az asztma kutatásában. Am J Res Crit Care Med. 2009; 179: 979–83.

Kallsen K, Zehethofer N, Abdelsadik A, Lindner B, Kabesch M, Heine H. Roeder T ORMDL deregulációja növeli a stresszreakciókat és modulálja a javulási utakat Drosophila légutak. J Allergy Clin Immunol. 2013; 136: 1105–8.

Hewitt VL, Whitworth AJ. A Parkinson-kór mechanizmusai: tanulságok Drosophila. Curr Top Dev Biol. 2017; 121: 173–200.

Buchon N, Silverman N, Cherry S. Immunitás Drosophila melanogaster--a mikrobiális felismeréstől az egész szervezet élettanáig. Nat Rev Immunol. 2014; 14: 796–810.

Köszönetnyilvánítás

Finanszírozás

K.L. a DFG Lu733/7-1 projekt finanszírozta. T.R. kutatása az SFB 1182 - CRC 1182 finanszírozta.

Az adatok és anyagok rendelkezésre állása

Szerzői információk

Hovatartozások

Emberi Táplálkozási és Élelmiszertudományi Intézet, Kieli Egyetem, 24118, Kiel, Németország

Kai Lüersen és Gerald Rimbach

Molekuláris Élettani Tanszék, Állattani Intézet, Kiel Egyetem, Kiel, Németország

Északi légúti kutatóközpont, német tüdőkutatási központ (DZL), Kiel, Németország

A PubMed Google Scholar alkalmazásban is kereshet erre a szerzőre

Hozzájárulások

Ezt a kéziratot KL, TR és GR készítette. Minden szerző elolvasta és jóváhagyta a végleges kéziratot.

Levelező szerzők

Etikai nyilatkozatok

Etikai jóváhagyás és hozzájárulás a részvételhez

Hozzájárulás a közzétételhez

Versenyző érdekek

A szerzők kijelentik, hogy nincsenek versengő érdekeik.

Kiadói megjegyzés

A Springer Nature semleges marad a közzétett térképeken és az intézményi kapcsolatokban szereplő joghatósági igények tekintetében.