Modèl Drosophila pou etidye mikrobyota nan konpòtman ak maladi newodejeneratif Pati 1

Résumé:

Prèv monte endike ke mikrobiota zantray la lye ak plizyè pwosesis fizyolojik ak devlopman maladi nan mamifè yo; sepandan, mekanis ki kache yo te rete enkonu sitou akòz konpleksite mikrobiom zantray mamifè a. Mouch fwi a, Drosophila melanogaster, se yon modèl bèt ki gen anpil valè pou etidye entèraksyon mikrobiota lame-zantray nan aspè tradiksyon.

Bèt ak memwa se yon relasyon trè enteresan. Soti nan lwayote a nan chen nan entèlijans nan sourit, memwa bèt yo te sijè a sezi ak kiryozite. Pandan ke bèt yo varye nan ki jan yo sonje byen, memwa yo prete kredi nan konklizyon an ke bèt yo pa sèlman gen yon ensten fò pou pwòp tèt ou-konsèvasyon, men yo tou kapab aprann nan eksperyans, sijere ke memwa enpòtan.

Premye a tout, chen ak chat yo se de bèt kay ki pi apwopriye pou moun kenbe. Yo tout trè entelijan epi yo gen trè bon souvni. Yo ka sonje sant ak son pwopriyetè a ak anviwònman an, epi yo ka eksprime emosyon tou atravè sèten konpòtman. Pouvwa memwa sa a reflete nan kapasite chen ak chat pou jwenn mèt pèdi yo. Menmsi sa fè lontan depi pwopriyetè a pati, toutotan gen kote ak odè ki ka idantifye, y ap kontinye chèche.

Dezyèmman, sourit yo tou se youn nan bèt ki gen yon IQ patikilyèman wo. Memwa sourit yo pi bon pase imajine. Yo ka sonje kote yo prale, kote manje yo ye, ak teritwa yo, epi yo ka rekonèt epi sonje moun oswa bèt ki te yon danje pou yo. Eksperyans kèk chèchè yo te jwenn ke sourit yo rekonèt epi reponn a anviwònman an atravè mizik ak ton, ki montre ke memwa bèt gen ladan entèlijans sansoryèl, emosyonèl, ak lojik.

An jeneral, memwa bèt yo te pote anpil sipriz ak dekouvèt bay moun. Non sèlman yo ka pwoteje tèt yo, men yo kapab tou bati yon konfyans pi sere ak relasyon ak moun. Anplis de sa, bèt yo te enspire yon varyete eksperyans ak etid ki te ede syantis yo pi byen konprann nati a ak mekanis memwa. Se konsa, ann admire entèlijans ak memwa bèt yo, epi sezi nan sèvo entelijan ak fleksib yo. Li ka wè ke si li se yon moun oswa yon bèt, memwa trè enpòtan. Cistanche ka siyifikativman amelyore memwa nou paske Cistanche se yon materyèl tradisyonèl Chinwa medsin ak anpil efè inik, youn nan yo se amelyore memwa. Efikasite vyann mens soti nan yon varyete de engredyan aktif li genyen, ki gen ladan asid karboksilik, polisakarid, flavonoid, elatriye engredyan sa yo ka ankouraje sante nan sèvo atravè divès chanèl.

Klike sou memwa kout tèm sou fason pou amelyore

Disponibilite zouti jenetik pwisan ak resous nan Drosophila te pèmèt syantis yo debouche sou mekanis ki mikwòb zantray yo afekte kondisyon fizik, sante, ak konpòtman lame yo.

Modèl Drosophila yo te itilize anpil non sèlman pou etidye konpòtman bèt (sa vle di, kouraj, agresyon, dòmi, ak aprantisaj ak memwa) men tou kèk maladi neurodegenerative ki gen rapò ak moun (sa vle di, maladi alzayme a ak maladi Parkinson la) nan tan lontan an. Revizyon sa a rezime konpreyansyon aktyèl la nan mikrobyota zantray Drosophila ak enpak li sou konpòtman mouch, fizyoloji, ak maladi neurodegenerative.
Mo kle:

Drosophila melanogaster; mikrobyota; aks zantray-sèvo; konpòtman; aprantisaj ak memwa; maladi neurodegenerative.

1. Entwodiksyon
Mouch fwi a, Drosophila melanogaster, se yon bèt eksperimantal enpòtan yo itilize nan syans byomedikal. Mouch fwi a te premye itilize kòm yon òganis eksperimantal pa Castle nan 1901 ak Morgan nan 1909 pou etid jenetik. Depi Drosophila yo te itilize kòm yon òganis modèl pou plis pase yon syèk, plizyè teknik yo te devlope pou adrese kesyon syantifik espesifik.

Drosophila gen yon lavi relativman kout ak konpòtman konplèks. Disponibilite zouti pwisan pou manipilasyon jenetik nan tisi espesifik oswa ògàn yo te pèmèt syantis yo etidye mekanis molekilè ki kontwole konpòtman Drosophila, tankou repons adaptasyon nan anviwònman ki antoure a, osi byen ke natirèl (koutwazi, agresyon, dòmi, elatriye) [1] –3] ak konpòtman aprann (memwa olfactif ak memwa koutwazi) [4–6].

Pandan 20 ane ki sot pase yo, Drosophila te itilize kòm yon modèl ideyal nan vivo pou etidye maladi neurodegenerative, tankou maladi alzayme a (AD) ak maladi Parkinson a (PD) [7,8]. Wout siyal enpòtan ki kontwole kwasans newòn ak fonksyon nan imen yo konsève nan Drosophila, sa ki pèmèt yo sèvi ak òganis modèl sa a pou etidye maladi neurodegenerative moun.

Pou egzanp, modèl Drosophila nan AD devlope pa eksprime ektopik pwoteyin imen A 42 nan sèvo a mouch montre sentòm klinik ki asosye ak pasyan AD, tankou pwoblèm memwa a kout tèm ki depann de laj, defo aprantisaj, ogmante reveye, ak twoub dòmi [8]. ,9]. Sa a sijere ke Drosophila ka itilize kòm yon modèl ideyal nan vivo pou tès depistaj nouvo dwòg pou tretman AD.

Prèv aliye sipòte nosyon ke yon mikrobyota ki byen balanse esansyèl nan sante moun [10,11]. Entèferans ak konpozisyon mikrobyota zantray la ka afekte sante ak fizyoloji lame a, ki mennen nan divès maladi newolojik, tankou anomali konpòtman, maladi neurodegenerative, ak maladi neropsikyatrik [12-14].

Etid yo te montre ke bakteri zantray ka pwodui plizyè nerotransmeteur, tankou dopamine, asid gamma-aminobutyric (GABA), ak serotonin [15]. Anplis, crosstalk bidireksyon ant trip la ak sistèm nève santral la (CNS) medyatè atravè microbiota nan zantray [16,17]. Etid resan yo te endike ke chanjman nan konpozisyon mikrobiota zantray la gen rapò ak sèten maladi newolojik [18-20].

Sepandan, mekanis detaye sou fason bakteri entesten kontwole pwogresyon maladi lè yo enfliyanse kominikasyon sou aks zantray-sèvo a mande plis envestigasyon.

Pandan 20 ane ki sot pase yo, pi fò nan etid mikrobyota zantray yo te anplwaye modèl wonjè pou mennen ankèt sou wòl aks mikrobiota-zantray-sèvo. Sepandan, òganis versatile a, Drosophila, se yon modèl rechèch pwisan ki pèmèt syantis yo mennen ankèt sou mekanis ki mikwòb zantray yo afekte fonksyon nan sèvo (Figi 1a, b). Mikwòb yo ka make jenetikman ak yon pwoteyin fliyoresan, kidonk, distribisyon yo nan aparèy dijestif Drosophila ka vizyalize (Figi 1c) [21,22].

Figi 1. Konparezon aparèy dijestif moun ak Drosophila. (a) Aparèy dijestif moun ak Drosophila. Rejyon fonksyonèl nan aparèy dijestif la nan Drosophila ak moun yo sanble epi yo enkli èzofaj yo, anterior ak dèyè midgut (ti trip), gwo trip (hindgut), ak lestomak (rekòt). (b) Sourejyon nan aparèy dijestif Drosophila ki dekri zantray devan, midgut, ak hindgut.

Foregut gen rekòt ak proventriculus. Midgut la plis divize an rejyon R1-R5. (c) GFP-tagged Lactobacillus te manje pou granmoun Drosophila ak imaj konfokal montre distribisyon an nan Lactobacillus (vèt) nan diferan rejyon nan aparèy dijestif la. Imaj yo agrandi nan rejyon rekòt, R2, R4, ak R5 yo montre nan c1 a c4. Echantiyon an te immunostained ak yon anti-entegrin-PS antikò (wouj). Ba echèl, 500 µm.

2. Drosophila Inate Behaviours
Konpòtman natirèl yo kwè ke yo kable nan sèvo bèt la ak jenetikman kode, epi yo pa bezwen okenn eksperyans anvan pou ekzekisyon apwopriye. Konpòtman natirèl yo trè adaptab ak eta entèn bèt yo ak anviwònman ekstèn lan, sa ki pèmèt bèt yo modifye konpòtman yo dapre diferan kondisyon anviwònman an [23].

Drosophila se yon modèl bèt ekselan pou etidye mekanis molekilè konpòtman natirèl imen paske gen kèk resanblans nan fenotip konpòtman ant mouch ak moun. Nan Drosophila, yo te etidye yon varyete de konpòtman natirèl, tankou konpòtman kwazman, konpòtman agresif, dòmi / aktivite lokomotè, ak konpòtman ki gen rapò ak tanperati [3,24-28].

Anplis de sa, genòm nan Drosophila se anviwon 60% omològ ak sa yo ki nan imen ak apeprè 75% nan jèn ki gen rapò ak maladi imen yo tou gen omològ nan mouch [29]. Pou egzanp, nan konpòtman dòmi, siyal dopamine kontwole reveye pa sèlman nan Drosophila, men tou nan imen [30]. Isit la, nou prezante kèk konpòtman natirèl Drosophila enpòtan epi diskite sou relasyon yo ak mikrobiota nan zantray (Tablo 1).

2.1. Mikwobyota nan zantray ak konpòtman kwazman

Konpòtman kwazman nan gason Drosophila gen ladan yon seri etap: pwogresyon nan direksyon pou fi a (oryantasyon), kouri dèyè fi a (swiv), manyen vant fi a (tape), ekstansyon zèl inilateral ak vibrasyon (chante), niche jenital fi a, atrab. nan do fi a (tantativ kopulasyon), ak kopulasyon final [3,26]. Yon mouch gason eseye kwaze ak yon fi jenn fi ak mezi antouzyasm seksyèl mouch gason an nan direksyon pou fi a rele endèks koutwazi (CI).

CI se tan Drosophila gason an pase sou koutwazi divize pa tan total eksperyans lan. Byen li te ye sikwi neral la ki kontwole konpòtman kwazman konpoze de newòn san rezilta (fru)-eksprime. Newòn ki eksprime fru yo, ki gen ladan aferans sansoryèl prensipal yo ak entèneròn santral, tankou newòn grap P1 ki deklanche kourtwazi, ka fòme pòsyon debaz nan kous kouwazi gason an [50].

Omwen twa etid te rapòte ke microbiota nan zantray pa afekte konpòtman kourtwazi nan Drosophila [33,35,51]; sepandan, li ta dwe remake ke chak etid te itilize diferan mouch sovaj ak anplwaye diferan metòd pou jenere mouch san jèm.

Kontrèman ak etid sa yo, Heys et al. te montre ke microbiota nan zantray kontrekare estrateji eksklizyon gason an pa chanje siyal seksyèl fi a, ki mennen nan redui transfè espèm soti nan mouch gason [31]. Outbreeding nan Drosophila ogmante divèsite jenetik nan pitit la, amelyore defans iminitè a, epi li ka afekte pa mikrobiota lame a [31,52].

Yon etid anvan te montre ke nan 1- ak 3-jou apre kwazman, modèl ekspresyon jèn nan tisi tèt mouch la chanje, sa ki afekte konpòtman mouch, ki gen ladan konpòtman manje, metabolis, ak pwodiksyon ze (pòs). -konpòtman kwazman) [53]. Delbare et al. te fè yon analiz RNA-seq gwo echèl nan mouch jenn fi ak aksenik / konvansyonèl ki marye, e li te rapòte ke, nan fi ki marye, transkripsyon ki enplike nan reglemante repwodiksyon ak fonksyon newòn yo diferan selon mikrobyota nan fi [32].

Anplis, estati mikrobyota gason an afekte fekondisyon nan tou de fi konvansyonèl ak axenik; sepandan, li afekte pwofil yo transcription sèlman nan axenic, men se pa nan konvansyonèl, fi.

2.2. Mikrobiota zantray ak konpòtman agresif

Konpòtman agresif, ki se lajman obsève nan wayòm bèt la, se kritik pou siviv ak repwodiksyon [54]. Nan Drosophila, konpòtman agresif gen ladan menas zèl, boks, tape ak janm devan an, lunging, ak tèt butting [2,33]. Jia et al. dekri yon pwotokòl pou analize konpòtman agresif nan mouch.

Nan tès sa a, yo mete de mouch gason oswa fi (5-7 jou) nan yon chanm batay, ki Lè sa a, rapidman kouvri ak yon kouvèti vè 20 mm × 20 mm. Batay la pandan 30 min yo anrejistre lè l sèvi avèk yon kamera. Konpòtman agresif yo analize nan konte kantite lunges nan gason ak tèt butting nan fi ak evalye frekans nan lunging/latans batay. Frekans pou lonje defini kòm kantite lunges pa minit apre inisyasyon poumon, tandiske latansi batay defini kòm dire ki genyen ant kòmansman anrejistreman an ak premye lunging la [33].

Etid yo sijere ke konpòtman agresif kowòdone ak opinyon vizyèl, olfactif, gou, mekanosensory, ak oditif. Antre sa yo entegre nan kò djondjon sèvo (MB), kòn lateral, ak rejyon konplèks santral, epi finalman kondwi pwodiksyon motè yo atravè misk zèl ak janm yo.

Etid tou sijere ke nerotransmeteur ak neropeptides, tankou octopamine, serotonin, dopamine, asetilkolin, ak neuropeptide F (NPF), jwe wòl enpòtan tou nan konpòtman agresif [54].

Dènye etid yo montre ke mikrobiota espesifik nan zantray asosye ak agresif nan mouch. Jia et al. te itilize ipoklorit sodyòm ak yon seri pwotokòl lave pou jenere mouch axenik [33].

Konpare ak mouch konvansyonèl yo (Canton-S), mouch axenik te montre mwens konpòtman agresif ant gason, sa ki endike ke mouch san jèm yo te redwi agresyon entè-gason. Anplis de sa, bakteri kòmansal tankou Acetobacter, Lactobacilli, ak Enterococci ankouraje konpòtman agresif nan mouch axenic pa re-kolonizasyon mikwòb. Otè yo te rapòte tou yon rediksyon 73% nan nivo oktopamin nan mouch san jèm, ak manipilasyon jenetik nan aktivite newòn octopaminergic retabli konpòtman agresif nan mouch axenik.

Etid la menm rapòte tou de faktè kle ki enplike nan reglemante agresyon atravè ekspresyon octopamine. Youn nan te peryòd devlopman kritik pandan etap lav la (48-98 èdtan apre ponn ze), kote sipleman ak yon rejim ledven ki rich te retabli konpòtman agresif nan mouch axenik. Lòt faktè a te nitrisyon, kòm li enpòtan tou pou ekspresyon octopamine, ak bay bon nitrisyon mouch axenic nòmal konpòtman agresif la.

Konklizyon sa yo demontre ke mikrobyota ak nitrisyon zantray pandan peryòd devlopman kritik la afekte ekspresyon oktopamin, ki kontwole agresyon nan gason adilt [33].
2.3. Mikrobiota zantray ak dòmi ak aktivite lokomotè
Yo itilize sistèm Drosophila Activity Monitor (DAM) pou etidye konpòtman dòmi ak lokomosyon nan mouch [55]. Nan tès sa a, mouch yo loje anba kondisyon sik limyè 12 h / 12 h fè nwa [56,57].

Aparèy DAM la gen twa konpozan pi gwo: (1) yon tib vè kote yon sèl mouch ka deplase lib, (2) yon gwo bout bwa enfrawouj ki dirije nan mitan tib an vè, ak (3) yon òdinatè pou anrejistre konpòtman an. rezilta [55]. Nan tès konpòtman dòmi/lokomotè, sistèm DAM anrejistre kase enfrawouj akòz mouch k ap mache nan tib an vè pou detekte dòmi oswa mouvman [58].

Sikwi ki byen koni ki gen rapò ak konpòtman dòmi nan sèvo Drosophila konpoze de newòn sirkadyèn. Limyè ankouraje yon gwoup gwo newòn ventral-lateral (l-vLNs), ki lage pigman-dispersing faktè (PDFs) pou ankouraje yon gwoup ti newòn ventral-lateral (s-vLNs). Finalman, s-vLN yo kontwole sant kontwòl locomoteur sèvo a, kò elipsoid yo, pou anpeche konpòtman dòmi.

Tou de l-vLN ak s-vLN eksprime reseptè GABAA, ki ta ka anpeche reveye atravè newòn GABAèjik ki ankouraje dòmi. MB se tou yon rejyon enpòtan nan sèvo ki kontwole dòmi atravè subinite katalitik nan pwoteyin kinaz A, yon anzim aktive pa chemen an kAMP ki enpòtan pou dòmi [59]. Aktivite lokomotè enpòtan pou siviv Drosophila epi li kontwole pa òmòn, ki ka analize tou lè l sèvi avèk sistèm DAM la. King et al.

dènyèman rapòte prezans nan yon kous peptidèjik ki lye revèy la sirkadyèn ak aktivite lokomotè. s-vLNs lage PDF ki ankouraje DN1 revèy newòn ki, nan vire, estimile DH44 pozitif pars intercerebralis (PI) newòn. DH44-Newòn PI pozitif yo ankouraje newòn SEZ hugin-pozitif, ki finalman lage neuropeptide hugin nan sikwi motè a nan kòd nè vantral la ki kontwole aktivite locomoteur nan Drosophila [60].

Efè mikrobiota zantray la sou konpòtman dòmi nan Drosophila rete klè. Selkrig et al. itilize izojenik Wolbachia-gratis D. melanogaster Canton-S souch la kòm mouch nan sovaj, ak fè dòmi ak tès konpòtman locomoteur. Otè yo te pwodwi mouch san jèm Canton-S san Wolbachia lè yo lave ze yo ak NaClO epi yo te rele premye jenerasyon an kòm F1 ak pwochen jenerasyon an kòm F2.

Done yo te revele ke ni F1 san jèm ni mouch F2 san jèm pa montre okenn chanjman enpòtan nan konpòtman dòmi. Anplis, menm si mouch F1 ki pa gen jèm yo pa t montre okenn chanjman nan konpòtman locomoteur, mouch F2 ki pa gen jèm te montre yon ti ogmantasyon nan aktivite lokomotè konpare ak mouch konvansyonèl yo [35].

Yon lòt etid pa Silva et al. te anplwaye Canton-S ak W1118 kòm mouch sovaj, epi yo te itilize NaClO pou lave ze mouch yo pou 3-5 minit pou jenere mouch axenik [61]. Rezilta yo te revele ke konpare ak mouch konvansyonèl yo, mouch axenik yo te gen tandans dòmi pou yon dire pi long epi yo te parèt redwi rebondisman dòmi apre privasyon dòmi [34]. Sepandan, estati microbiota zantray mouch yo te gen yon ti efè sou ritm sirkadyèn aktivite lokomotè a.

Silva et al. ak Selkrig et al. konsantre sou konpreyansyon wòl microbiota nan zantray nan reglemante Drosophila dòmi ak lokomosyon. Schretter et al. pwopoze yon mekanis posib yo eksplike relasyon ki genyen ant mikrobiota zantray ak lokomosyon / dòmi. Nan etid sa a, yo te itilize souch Oregon-R la kòm kalite sovaj, epi mouch yo te resevwa rejim alimantè ki gen antibyotik pou jenere mouch ki trete antibyotik (ABX).

Rezilta yo te montre ke ABX mouch yo te ogmante vitès mache, amelyore aktivite chak jou, ak dòmi redwi pandan lajounen. Otè yo te rapòte tou ke anzim xylose izomeraz la, ki katalize izomerizasyon revèsib sèten sik ki prezan nan Lactobacillus brevis, diminye aktivite locomoteur pa modulation metabolis sik atravè eksitasyon newòn octopaminergic yo; sepandan, anzim sa a pa afekte dòmi [36].

2.4. Mikrobiota zantray ak konpòtman ki gen rapò ak tanperati

Tanperati anviwònman an afekte fizyoloji nan ectotherms, tankou Drosophila. Konpòtman preferans tanperati (mouch evite anviwònman cho oswa frèt) ak tolerans anvè tanperati cho oswa frèt yo enpòtan pou siviv nan Drosophila. Se tès gradyan tanperati yo itilize pou etidye preferans tanperati nan mouch.

Etid diferan itilize aparèy gradyan tanperati diferan, men prensip debaz la se menm bagay la: yon bò nan aparèy la se nan yon tanperati ki ba, ak lòt bò a pwodui yon tanperati ki wo. Lè w mete yon fèy aliminyòm ant de kote sa yo, yo pwodui yon gradyan tanperati. Yo mete mouch sou fèy aliminyòm epi yo pèmèt yo chwazi tanperati yo pi pito [62,63].

Gen de fason diferan pou etidye konpòtman evite tanperati: youn se sèvi ak tès gradyan tanperati a (ki dekri pi wo a), ak lòt la se sèvi ak machin nan tès de-chwa.

Machin tès de chwa a gen kat kadran ki bati ak yon chip refwadisman tèrmoelektrik ak yon fèy aliminyòm. Lè w ap fè tès pou evite tanperati a, machin tès de chwa a ta fikse yon tanperati konstan (25 ◦C) nan yon seri kadran dyagonal, epi lòt kadran dyagonal yo te mete nan tanperati eksperimantal, ki depann de analiz la [64] .

Chill koma rekiperasyon se yon pwotokòl pou etidye konpòtman tolerans tanperati. Nan tès sa a, mouch yo plonje nan yon beny dlo-glikòl mete nan -3.5 ◦C (depann sou konsepsyon eksperimantal la) pou estrès frèt oswa ekspoze a 38.5 ◦C tanperati (selon konsepsyon eksperimantal la) pou estrès chalè, apre sa a. mouch yo gen dwa refè epi yo mezire tan rekiperasyon an [37,65].

Etid resan yo te sijere ke microbiota zantray fòtman afekte tolerans tanperati nan mouch fwi. Henry et al. te pwodwi mouch aksenik pa dechlorination, kote ze mouch yo te benyen nan 2.7% ipoklorit pou 2 minit, 70% etanòl pou 2 minit, epi finalman lave de fwa nan dlo otoklav [37]. Apre dechloration, mouch yo te elve sou manje otoklav. Rezilta yo sijere ke tolerans frèt mouch axenik yo defektye konpare ak mouch konvansyonèl yo. Sepandan, tolerans chalè pa te afekte nan mouch axenic yo. Sa a sijere ke dezòd mikrobyota diminye kapasite nan fè fas ak estrès frèt [37]. Etid sou lòt espès Drosophila, tankou D. subobscura, sijere ke mouch konvansyonèl ekspoze a kondisyon chalè modere (<34 ◦C) exhibit higher thermal tolerance than axenic flies [38].

For more information:1950477648nn@gamil.com