Резюме

Заден план

Качеството на хранителните изследвания до голяма степен зависи от разглеждания въпрос за изследване, експерименталния дизайн, статистическата мощ и състава на експерименталните диети. По-голямата част от хранителните изследвания на моделни организми са проведени върху лабораторни гризачи като мишки и плъхове. Изискванията за хранителни вещества за гризачи са сравнително добре установени, включително енергия, липиди, мастни киселини, въглехидрати, протеини и аминокиселини, както и витамини, минерали и микроелементи [1].

Плодовата муха Drosophila melanogaster е бил широко използван като стабилен модел на организма в генетиката, биологията на развитието, стареенето и други области на биомедицински изследвания в продължение на дълъг период от време. Едва наскоро експерименталните диетолози започнаха да обмислят Дрозофила като универсален модел на организма в изследванията на храните и храненето [2]. Поради това не е изненадващо, че хранителните изисквания за мухите все още не са прецизирани в същата степен, както за лабораторните гризачи. Доколкото сложно Дрозофила интересно е да се отбележи, че в литературата са описани много различни рецепти за сложни среди.

В този преглед ние критично изследваме разнообразието от диети - включително предварителното състояние на химически дефинираните диети - използвани в Дрозофила изследвания. Освен това изтъкваме, че ще е необходима стандартизирана диета, за да се приложи плодовата муха като обещаващ модел на организма в проучванията за взаимодействие между диета и болест.

Експериментални диети в Дрозофила изследвания

Дрозофила фенотипиране и диетично-болестни взаимодействия

D. melanogaster може да се подложи на цялостен фенотип, също в отговор на диетични фактори. От хранителна гледна точка приемът на храна, изборът на храна, телесният състав, енергийните разходи и съставът на микробиотата са важни показания [2]. Тези показания се допълват допълнително от други функционални анализи като двигателна активност и сън, познание, реакция на стрес и инфекция, продължителност на живота и плодовитост в зависимост от експерименталните условия [2, 16, 17]. По този начин, подобно на лабораторните мишки, за плодовите мухи се предлагат всеобхватни платформи за фенотипизиране, както е обобщено на фиг. 1.

изследванията

Муха клиника. Изчерпателен фенотип в Drosophila melanogaster формира основата на клиниката за мухи, където е свързана с болестта Дрозофила се използват модели за изследване на взаимодействията между диетата и болестите [5, 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28, 31, 32]

D. melanogaster дава възможност и за провеждане на проучвания в модели, свързани с болести. По този начин се предлагат различни мутанти, както и трансгенни модели, които отчасти приличат на хронични заболявания, преобладаващи при хората [17, 18]. Всъщност, D. melanogaster е използван за изследване на патологии, свързани с мозъчната функция (А бета и тау патология, болест на Паркинсон, болест на Хънтингтън) [19], дихателна функция (астма, хронична обструктивна белодробна болест (ХОББ)) [20, 21], двигателна функция (мускулна дистрофия, амилотрофична странична склероза) [22]), бъбречна функция (нефтролитиаза) [23], чревни нарушения [24], диабет [25] и сърдечна функция (кардиомиопатия) [26], както и психиатрични разстройства (ADHD, алкохол, и други зависимости) [27, 28].

Перспектива и заключение

Като цяло се предлага консенсус в рамките на научното Дрозофила трябва да се достигне до общността за стандартизиране на точния състав на сложните диети (включително западния тип и диетите с високо съдържание на мазнини) за хранителни изследвания. Освен това, също така съставът на полусинтетичните холидиеви диети (което може да изисква допълнителни оптимизации) не трябва да варира в различните изследвания и лаборатории. За да се определи точно състава на холидовите диети, допълнителни проучвания, насочени към нуждите от мастни киселини, витамини, минерали и микроелементи на D. melanogaster може да е необходимо в бъдеще. Понастоящем не е ясно дали нуждите от хранителни вещества се различават при различните щамове мухи (напр. Oregon R срещу Canton S спрямо w 1118) и дали нуждите от хранителни вещества са различни при мъжете и жените, както и при младите и старите мухи. И накрая, проучвания относно точните количествени нужди от хранителни вещества за Дрозофила поддръжката, отглеждането и възпроизводството също са оправдани.

Препратки

Национален съвет за научни изследвания. Изисквания към хранителните вещества за лабораторни животни. Вашингтон (DC): National Academies Press (САЩ); 1995 г.

Staats S, Lüersen K, Wagner AE, Rimbach G. Drosophila melanogaster като универсален модел на организма в изследванията на храните и храненето. J Agric Food Chem. 2018; 66: 3737–53.

Markow TA, O’Grady P. Дрозофила: ръководство за идентификация и употреба на видове. Лондон: Academic Press (Elsevier); 2006 г.

Блумингтън Дрозофила Фондов център. Университета на Индиана, Блумингтън. https://bdsc.indiana.edu/information/recipes/index.html. Достъп до 11 декември 2018 г.

Gáliková M, Klepsatel P. Затлъстяването и стареенето в Дрозофила модел. Int J Mol Sci. 2018; 19: 1896.

Rendina-Ruedy E, Smith BJ. Методологични съображения при изучаване на скелетната реакция към непоносимост към глюкоза, използвайки модела на затлъстяване, предизвикан от диета. Bonekey Rep.2016; 5: 845.

Sohal RS, Forster MJ. Ограничение на калориите и процесът на стареене: критика. Безплатно Radic Biol Med. 2014; 73: 366–82.

Nikolai S, Pallauf K, Huebbe P, Rimbach G. Ограничаване на енергията и миметици за ограничаване на потенциалната енергия. Nutr Res Rev. 2015; 2: 100–20.

Pallauf K, Rimbach G, Rupp PM, Wolf IM. Ресвератрол и продължителност на живота в моделни организми. Curr Med Chem. 2016; 23: 4639–80.

Rapport EW, Stanley-Samuelson D, Dadd RH. Десет поколения на Drosophila melanogaster отглеждани аксенно на холидна диета без мастни киселини. Arch Insect Biochem Physiol. 1984; 1: 243-50.

Troen AM, French EE, Roberts JF, Selhub J, Ordovas JM, Parnell LD, et al. Модификация на продължителността на живота чрез глюкоза и метионин в Drosophila melanogaster хранени с химически определена диета. Възраст (Dordr). 2007; 29: 29–39.

Fanson BG, Taylor PW. Съотношенията протеин: въглехидрати обясняват моделите на жизнения цикъл, открити в плодовата муха на Куинсланд при диети, вариращи в съотношенията дрожди: захар. Възраст (Dordr). 2012; 34: 1361–8.

Лий WC, Micchelli CA. Разработване и характеризиране на химически определена храна за Дрозофила. PLoS One. 2013; 8: e67308.

Piper MD, Blanc E, Leitao-Goncalves R, Yang M, Xe X, Linford NJ, et al. Холидна среда за Drosophila melanogaster. Методи Nat. 2014; 11: 100–5.

Рейс Т. Ефекти на синтетичните диети, обогатени със специфични хранителни вещества върху Дрозофила развитие, телесни мазнини и продължителност на живота. PLoS One. 2016; 11: e0146758.

Dissel S, Melnattur K, Shaw PJ. Сън, производителност и памет при мухи. Curr Sleep Med Rep.2015; 1: 47–54.

Ugur B, Chen K, Bellen HJ. Дрозофила инструменти и анализи за изследване на човешки заболявания. Dis Model Mech. 2016; 9: 235–44.

Millburn GH, Crosby MA, Gramates LS, Tweedie S, FlyBase Consortium. FlyBase портали за изследване на човешки болести, използващи Дрозофила модели. Dis Model Mech. 2016; 9: 245–52.

McGurk L, Berson A, Bonini NM. Дрозофила като in vivo модел за човешко невродегенеративно заболяване. Генетика. 2015; 201: 377–402.

Roeder T, Isermann K, Kallsen K, Uliczka K, Wagner CA. Дрозофила модел на астма - какво мухата ни казва за възпалителни заболявания на белия дроб. Adv Exp Med Biol. 2012; 710: 37–47.

Prange R, Thiedmann M, Bhandari A, Mishra N, Sinha A, Häsler R, et al. Дрозофила модел на индуциран от цигарен дим ХОББ идентифицира Nrf2 сигнализирането като бърза цел за намеса. Стареене. 2018; 10: 2122–35.

Kreipke RE, Kwon YV, Shcherbata HR, Ruohola-Baker H. Drosophila melanogaster като модел на нарушения на мускулната дегенерация. Curr Top Dev Biol. 2017; 121: 83–109.

Chung VY, Turney BW. A Дрозофила генетичен модел на нефролитиаза: промени в транскрипцията в отговор на индуцирано от диетата образуване на камъни. BMC Urol. 2017; 17: 109.

Wong AC, Vanhove AS, Watnick PI. Взаимодействието между чревните бактерии и метаболизма на гостоприемника в здравето и болестите: уроци от Drosophila melanogaster. Dis Model Mech. 2016; 9: 271–81.

Греъм P, Pick L. Дрозофила като модел за диабет и заболявания на инсулиновата резистентност. Curr Top Dev Biol. 2017; 121: 397–419.

Taghli-Lamallem O, Plantié E, Jagla K. Дрозофила в сърцето на разбирането на сърдечните заболявания: моделиране на канелопатии и кардиомиопатии в плодовата муха. J Cardiovasc Dev Dis. 2016; 3. https://doi.org/10.3390/jcdd3010007.

Devineni AV, Heberlein U. Еволюцията на Drosophila melanogaster като модел за изследване на алкохола. Annu Rev Neurosci. 2013; 36: 121–38.

ван Алфен Б, ван Суиндерен Б. Дрозофила стратегии за изследване на психиатрични разстройства. Мозъчен Res Bull. 2013; 92: 1–11.

Roeder T, Isermann K, Kabesch M. Drosophila при изследвания за астма. 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 дерегулация увеличава реакциите на стрес и модулира пътищата за ремонт Дрозофила дихателните пътища. J Allergy Clin Immunol. 2013; 136: 1105–8.

Hewitt VL, Whitworth AJ. Механизми на болестта на Паркинсон: уроци от Дрозофила. Curr Top Dev Biol. 2017; 121: 173–200.

Buchon N, Silverman N, Cherry S. Имунитет в Drosophila melanogaster--от микробно разпознаване до физиология на целия организъм. Nat Rev Immunol. 2014; 14: 796–810.

Благодарности

Финансиране

К.Л. е финансиран от проекта DFG Lu733/7-1. Изследване на T.R. е финансиран от SFB 1182 - CRC 1182.

Наличност на данни и материали

Информация за автора

Принадлежности

Институт по човешко хранене и наука за храните, Университет в Кил, 24118, Кил, Германия

Кай Люрсен и Джералд Римбах

Катедра по молекулярна физиология, Институт по зоология, Университет Кил, Кил, Германия

Център за изследвания на дихателните пътища Север, Германски център за изследване на белите дробове (DZL), Кил, Германия

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Вноски

Този ръкопис е изготвен от KL, TR и GR. Всички автори прочетоха и одобриха окончателния ръкопис.

Автори-кореспонденти

Етични декларации

Етично одобрение и съгласие за участие

Съгласие за публикуване

Конкуриращи се интереси

Авторите заявяват, че нямат конкуриращи се интереси.

Бележка на издателя

Springer Nature остава неутрален по отношение на юрисдикционните претенции в публикувани карти и институционални принадлежности.