A qualidade dos estudos nutricionais depende em grande parte da questão de pesquisa abordada, do desenho experimental, do poder estatístico e da composição das dietas experimentais. A grande maioria dos estudos nutricionais em organismo modelo tem sido realizada em roedores de laboratório, como ratos e ratos. Os requisitos nutricionais para roedores estão relativamente bem estabelecidos, incluindo energia, lípidos, ácidos gordos, hidratos de carbono, proteínas e aminoácidos, bem como vitaminas, minerais e oligoelementos .
A mosca da fruta Drosophila melanogaster tem sido amplamente utilizada como um organismo modelo robusto em genética, biologia do desenvolvimento, envelhecimento e outras áreas de pesquisa biomédica durante um longo período de tempo. Apenas recentemente nutricionistas experimentais começaram a considerar a Drosophila como um organismo modelo versátil na pesquisa de alimentos e nutrição. Assim, não é surpreendente que os requisitos dietéticos das moscas ainda não tenham sido ajustados na mesma medida que os dos roedores de laboratório. No que diz respeito às dietas complexas de Drosophila, é interessante notar que muitas receitas diferentes para meios complexos têm sido descritas na literatura.
Nesta revisão, nós pesquisamos criticamente a variedade de dietas – incluindo o estado preliminar das dietas quimicamente definidas – empregadas na pesquisa Drosophila. Além disso, apontamos que uma dieta padronizada será necessária para implementar a mosca da fruta como um organismo modelo promissor em estudos de interação dieta-doença.
Dietas experimentais na pesquisa Drosophila
Dietas Drosophila são frequentemente formuladas com base em levedura, milho, sacarose e ágar . No entanto, a composição dos nutrientes pode variar substancialmente entre estas receitas. Além disso, às vezes, outros ingredientes incluindo glicose, cevada, soja, peptona, e banana são usados. As dietas também podem diferir em termos de conservantes para prolongar a estabilidade e o prazo de validade. A maioria das receitas incluem tanto éster metílico do ácido p-hidroxibenzóico (nipagina) como ácido propiônico; entretanto, outros usam apenas um desses conservantes, enquanto em alguns casos, antibióticos como penicilina-estreptomicina ou uma mistura de ácido fosfórico-propiônico são adicionados. Além disso, também são aplicadas em D. melanogaster as chamadas dietas com alto teor de gordura e/ou de açúcar para induzir fenótipos diabéticos ou obesos. No entanto, a composição das dietas com “alto teor de gordura” ou “alto teor de açúcar” não está suficientemente definida, o que mais uma vez complica a comparação de dados entre diferentes estudos e laboratórios. Por exemplo, em alguns estudos, a banha (geralmente 15%) é utilizada para induzir um fenótipo obeso, enquanto em outros estudos é administrado óleo de coco (cerca de 20-30%). A este respeito, é de salientar que estas duas grandes fontes de gordura não só diferem substancialmente na sua composição, como também se observam variações relevantes entre os diferentes lotes de banha e óleo de coco. A banha consiste em aproximadamente 40% de ácidos gordos saturados, 45% monoinsaturados e 15% polinsaturados, sendo os três ácidos gordos dominantes o ácido palmítico, o ácido oleico e o ácido esteárico e linoleico. Em contraste, o óleo de coco contém principalmente ácidos gordos saturados (cerca de 90%) e apenas pequenas quantidades de ácidos gordos monoinsaturados e polinsaturados (cerca de 6% e 2%, respectivamente). É caracterizado por altas quantidades de ácido láurico, mirístico, caprino e caprílico, que diferem significativamente da banha de porco .
De acordo, dietas com alto teor de açúcar compreendem quantidades variáveis de glicose, frutose, ou sacarose , o que complica as comparações interlaboratoriais. Além disso, os protocolos de restrição de energia, conhecidos por afetar a vida e a saúde dos organismos modelo, ainda não foram padronizados para a pesquisa experimental D. melanogaster. Por exemplo, na maioria dos estudos com mosca, focados na restrição dietética, a restrição de proteínas/aminoácidos tem sido provocada por uma redução na levedura, desconsiderando o fato de que na maioria das dietas Drosophila a levedura é também a única fonte para outros nutrientes cruciais. As diferenças na composição da dieta também podem contribuir para a alta variação dos efeitos observados dos miméticos de restrição de energia na vida e na saúde no D. melanogaster. Para superar as limitações das dietas complexas, foram feitas várias tentativas para criar um meio semi-definido ou totalmente definido para as moscas da fruta . Piper e colegas de trabalho estabeleceram uma dieta para a D. melanogaster. Esta dieta é totalmente definida em termos de energia, macro e composição em micronutrientes. Mais importante, a dieta semi-sintética quimicamente definida está apoiando o desenvolvimento da Drosophila mas em comparação com dietas complexas é caracterizada por uma taxa de sucesso significativamente reduzida e um tempo de desenvolvimento drasticamente prolongado. Além disso, a fecundidade das moscas levantadas no meio de Divisões é consideravelmente reduzida quando comparada a meios complexos. Limitações similares foram relatadas para outras dietas semi-definidas ou totalmente definidas . Assim, a dieta de Divisões pode não conter nutrientes ainda não identificados que estão presentes em dietas complexas. Assim, apenas poucos estudos abordam os requerimentos exatos de ácido graxo, vitaminas e oligoelementos da D. melanogaster. Portanto, estudos futuros são necessários que podem melhorar a qualidade nutricional das dietas experimentais de Divisões.
Fenotipagem de Drosophila e interações dieta-doença
D. melanogaster pode sofrer uma fenotipagem abrangente também em resposta a fatores dietéticos. Do ponto de vista nutricional, a ingestão de alimentos, escolha de alimentos, composição corporal, gasto energético e composição de microbiota são leituras importantes. Estas leituras são ainda complementadas por outros ensaios funcionais, como a actividade locomotora e o sono, a cognição, a resposta ao stress e à infecção, a esperança de vida e a fertilidade, dependendo do ambiente experimental. Assim, à semelhança dos ratos de laboratório, estão disponíveis plataformas fenotípicas abrangentes para moscas da fruta, como resumido na Fig. 1.
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A clínica da mosca. A fenotipagem integral em Drosophila melanogaster forma a base da clínica de mosca, onde modelos Drosophila relacionados com doenças são empregados para estudar as interacções dieta-doença
D. melanogaster permite também a possibilidade de realizar estudos em modelos relacionados com doenças. Assim, existem vários modelos mutantes e transgênicos disponíveis, que se assemelham em parte a doenças crônicas prevalecentes em humanos . Na verdade, D. melanogaster tem sido usado para estudar patologias relacionadas à função cerebral (Patologia beta e tau, doença de Parkinson, doença de Huntington), função respiratória (asma, doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC)), função motora (distrofia muscular, esclerose lateral amilotrófica), função renal (nefrolitíase), distúrbios intestinais, diabetes e função cardíaca (cardiomiopatia), bem como distúrbios psiquiátricos (TDAH, álcool e outras dependências).
Para estudar estas doenças complexas e frequentemente multifactoriais da mosca da fruta, são aplicáveis duas abordagens diferentes, dependendo da própria natureza da doença: (i) Os modelos heterólogos transgênicos D. melanogaster são empregados para estudar proteínas patogênicas chave que geralmente não estão presentes na mosca. Um exemplo típico são os modelos de neurodegeneração, onde, por exemplo, os genes da doença de Alzheimer humana (como a proteína precursora amilóide, os peptídeos A-β ou as proteínas tau), os genes da doença de Parkinson humana (α-synuclein, parkin), ou os genes da doença polyQ são expressos na mosca. Estes animais têm sido analisados com sucesso para avaliar os efeitos biológicos e as vias envolvidas no processo da doença. (ii) Modelos homólogos/analógicos de doenças da mosca são usados para estudar genes de doenças evolutivas conservadas que são encontrados tanto em moscas como em humanos. Foi estimado que cerca de dois terços dos genes causadores de doenças humanas têm um homólogo funcional na mosca. Um exemplo característico para o segundo tipo de modelos de Drosophila que empregam homólogos funcionais da mosca é encontrado no campo da investigação de doenças pulmonares. A maioria dos genes de susceptibilidade a doenças pulmonares complexas como a asma têm homólogos na mosca , e foi possível elucidar o papel funcional do gene de susceptibilidade à asma ORMDL3 utilizando esta abordagem . Gostaríamos de enfatizar aqui que embora estes modelos de mosca possam ser úteis para elucidar novas informações sobre os processos genéticos e celulares fundamentais subjacentes a certas doenças, eles geralmente só são capazes de modelar certos aspectos das doenças humanas complexas e multifactoriais acima mencionadas.
Dose que imita os modelos de Drosophila podem ser submetidos a diferentes regimes alimentares para destacar as interacções dieta-doença. O objetivo final de tais estudos é a identificação de nutrientes ou regimes alimentares que mitigam ou aceleram o processo da doença. As interacções dieta-doença já foram investigadas num número limitado de estudos com moscas. Os modelos da doença de Parkinson têm sido empregados especialmente para identificar novas abordagens terapêuticas baseadas em nutrientes e dietas. Em particular, fatores dietéticos como ácido ascórbico, polifenóis, dissulfeto alélico e sulfato de zinco, assim como zinco dietético, têm demonstrado ter efeitos positivos em vários modelos diferentes de moscas da doença de Parkinson. Outros exemplos são os estudos sobre o impacto das dietas com alto teor de açúcar ou gordura na saúde do coração. As vias de sinalização e metabólicas que regulam a fisiologia do coração da mosca mostram um alto grau de conservação notável para o coração humano. Assim, mutantes e transgenes dos respectivos genes Drosophila têm sido usados para investigar as canalizações e cardiomiopatias. Similar à situação encontrada em humanos, onde a síndrome metabólica está associada a um aumento da incidência de cardiomiopatias, dietas com alto teor de açúcar ou gordura levaram a um aumento da arritmia e deterioração do coração da mosca. Assim, a combinação de plataformas fenotípicas abrangentes com modelos de Drosophila relacionados à doença (em resposta ao fator dietético) estabelece a base para o estabelecimento da chamada clínica da mosca (Fig. 1). No entanto, é preciso ter em mente que os modelos relacionados com a doença de Drosophila têm méritos e limitações. Assim, os estudos em Drosophila devem ser finalmente verificados em outros organismos de complexidade biológica crescente, incluindo espécies de mamíferos.
