Умная система визуализации фиксирует переходы жизненного цикла отдельных мух

Биологи-эволюционисты RIKEN разработали мощный инструмент визуализации, который автоматически определяет переходы жизненного цикла плодовых мушек. Эта высокоточная система может использоваться для самых разных задач — от скрининга химических соединений для открытия лекарств до изучения факторов, влияющих на развитие организмов.

Развитие животных проходит через четкие стадии от оплодотворения яйца до взрослой особи. У плодовой мушки развитие проходит четыре стадии: эмбрион, личинка, куколка и взрослая особь. Генетические и экологические факторы влияют на время и продолжительность этих фаз роста, но определить границы между переходами было сложно.

До сих пор исследователи вручную подсчитывали мух в пробирках через регулярные промежутки времени, чтобы измерить точки перехода роста. Также использовались видеокамеры для отслеживания изменений развития, но этот подход слишком трудоемок для крупномасштабного анализа.

«Определение точки индивидуального роста очень сложно. Существует компромисс между временным разрешением и усилиями», — говорит Ки-Хён Сон из Лаборатории клеточной памяти RIKEN. «Мы подумали, что если сможем создать систему, которая сможет точно и автоматически измерять время перехода нескольких точек роста у нескольких особей, то внесем значительный вклад в различные исследования».

Команда Сона использовала простой планшетный сканер с камерой на ПЗС для захвата покадровых изображений отдельных плодовых мушек, растущих в планшетах с 96 или 384 лунками. Исследователи обучили алгоритм автоматически идентифицировать переходы жизненных стадий мух на полученных изображениях.

Команда сканировала мух на разных стадиях жизни в различных химических, экологических и генетических условиях. В течение десяти кадров система смогла правильно определить до 85% случаев начала куколочной фазы и выхода взрослых мух из куколки, а также около 92% случаев смерти, что указывает на её пригодность как для крупномасштабного скрининга, так и для предварительных экспериментов.

Используя систему, исследователи наблюдали, что в среднем самки мух выходят из своих куколочных оболочек на четыре часа раньше самцов. Они также обнаружили, что диета с высоким содержанием сахара может задерживать развитие личинок, но не влияет на куколочную фазу.

Помимо ускорения фундаментальных исследований на плодовых мушках, система визуализации может использоваться в медицинских и сельскохозяйственных приложениях, например, для скрининга соединений в поисках новых лекарств и пестицидов. «Далее мы планируем использовать систему для изучения еще не решенных проблем», — говорит Сон. «Мы верим, что можем внести значительный вклад в общество».