Serotonīna ietekme uz augļu mušu (Drosophila melanogaster) fototaksi

Abstract

Serotonīns ir iesaistīts daudzos svarīgos procesos dzīvo būtņu organismos, sākot no nervu impulsu pārraidi, garastāvokļa izmaiņām, depresiju un beidzot ar peristaltikas un zarnu trakta darbības regulēšanu. Cilvēka centrālā nervu sistēma psihisko slimību kontekstā ir sarežģīts mehānisms un tā izpēte tiešā veidā nav iespējama. Līdz ar to eksperimentos, depresijas un ar to saistītās uzvedības, izpētei vieglāk izmantot bioloģijā klasisko modeli – augļu mušas Drosophila melanogaster. Šī organisma bāziskas ķīmiskas reakcijas smadzenēs ir līdzīgas reakcijām, kas norisinās cilvēka smadzenēs; turklāt augļu mušas jau tiek izmantotas par cilvēka depresijas modeļorganismu. Eksperimentā tika izmantotas savvaļas tipa mušas Oregon-R un baltacainie mutanti w1118. Mušu kopējais skaits eksperimentos bija 16195. w1118 mušas tika iedalītas piecās grupās: kontrolgrupa, grupa, kuras barībai tika pievienots antidepresants escitoloprāms (specifiskais serotonīna atpakaļpiesasistes inhibitors), grupa ar pievienotu triptofānu 5-HTP, kas ir neiromediatora serotonīna (5-HT) prekursors un grupa ar alfa-metiltriptofānu (aMW), kas ir serotonīna sintēzes no triptofāna inhibitors. Ķīmiskās vielas tika pievienotas barības substrātā jau olu fāzē, un šo substrātu varēja patērēt arī pieaugušās mušās. Izmantojot fototakses izpētes ierīci Fly-Vac, tika reģistrētas mušu uzvedības fototaktiskās izvēles – pagriezieni un kustība uz vai prom no gaismas. No iegūtajiem datiem katrai grupai tika izrēķināta vidēja absolūta novirze (MAD), kas nosaka mušu izvēļu variācijas un izvēļu paredzamību. Bakalaura darba mērķis bija noteikt saistību starp serotonīna caurmēra apjomu (serotonīna koncentrācijas smadzenēs tieši netika noteikta) un fototaksi. Galvenais uzdevums bija noteikt antidepresantu ietekmi uz serotonīna koncentrācijas izmaiņām. Teorētiski tika paredzēts , ka jo galvas smadzenēs ir mazāk serotonīna, jo lielāka ir augļu mušu fototaktiskā paredzamība, kas ir zināms salīdzinot Oregon-R un w1118 uzvedību. Tika sagaidīts, ka aMW un escitaloprāms samazinās 5-HT galvas smadzenēs, kas w1118 augļu mušu fototaktisko paredzamību vēl vairāk samazinātu. Kopumā antidepresanta un aMW ietekme netika novērota, jo w1118 mušu fototaktisko izvēļu paredzamība nesamazinājās. Tas var liecināt par 1) kā aMW un antidepresanta ietekme ir līdzīga, 2) turpmāk pētījumos aMW var aizvietot ar escitaloprāmu, kas ir būtiski lētāks ķīmiskais instruments uzvedības pētīšanai, 3) w1118 mušu galvas smadzeņu serotonīna koncentrācija ir tik zema, ka to vairs nav iespējams samzināt ne ar aMW, ne ar escitaloprāmu.

Serotonin is involved in many important processes in the organisms of living beings, ranging from the transmission of nerve impulses, mood changes, depression and ending with the regulation of peristalsis and intestinal activity. The human central nervous system in the context of mental illness is a complex mechanism and its study in a direct way is impossible. Consequently, in experiments, for the study of depression and related behaviors, it is easier to use in biology the classic model – fruit flies (Drosophila melanogaster). The basic chemical reactions of this organism in the brain are similar to the reactions that take place in the human brain; in addition, fruit flies are already used as a model of studying of human depression. In the experiment, wild-type flies Oregon-R and white-eyed mutants w1118 were used. The total number of flies in the experiments was 16 195. The w1118 flies were divided into five groups: a control group, a group with the antidepressant escitolopram (a specific serotonin reuptake inhibitor) added to the feed, a group with tryptophan 5-HTP added, a precursor of the neurotransmitter serotonin (5-HT), and a group with Alpha-methyltryptophan (aMW), an inhibitor of serotonin synthesis from tryptophan. Chemicals were added to the nutrient substrate already in the egg phase, and this substrate could also be consumed by adult flies. Using the phototactic research device Fly-Vac, phototactic preferences of the behavior of flies – turns and movement to or away from light-were recorded. From the data obtained, a mean absolute deviation (MAD) was calculated for each group, which determines the variation and predictability of the choice of flies. The aim of the bachelor work was to determine the relationship between serotonin mean volume (serotonin concentrations in the brain were not directly determined) and phototax. The main task was to determine the effect of antidepressants on changes in serotonin concentration. It was theoretically supposed that the less serotonin in the brain, the greater the phototactic predictability of fruit flies, which is known when comparing the behavior of Oregon-R and w1118. aMW and escitalopram were expected to reduce 5-HT in the brain, which would further reduce the phototactic predictability of w1118 fruit flies. In general, no antidepressant and aMW effects were observed as the predictability of phototactic choices of w1118 flies did not decrease. This may indicate 1) How aMW and antidepressant effects are similar, 2) in future studies, aMW can be replaced by escitalopram, which is a significantly cheaper chemical tool for behavioral research, 3) in the brain of w1118 flies, serotonin concentrations are so low that it is no longer possible to detect it with either aMW or escitalopram.