2022-04-16 13:04

生物工程师将果蝇体内脂肪储存的时间和位置可视化

Bioengineers visualize fat storage in fruit flies

研究人员首次以高分辨率的视觉方式监测果蝇完整细胞内脂肪储存的时间和位置。加州大学圣迭戈分校(University of California San Diego)生物工程教授施凌燕(Lingyan Shi)实验室的这种新的光学成像工具,已经被用来解开人们经常讨论但又神秘的饮食与肥胖、糖尿病和衰老等问题之间的联系。加州大学圣迭戈分校雅各布斯工程学院的生物工程师的这项工作发表在《衰老细胞》杂志上。

由加州大学圣地亚哥分校生物工程师开发的光学显微镜平台是独一无二的。它使研究人员能够以高分辨率在脂肪细胞内直观地追踪特定的饮食变化如何影响果蝇将食物中的能量转化为脂肪的方式。该工具还允许研究人员监测脂肪转化为能量的逆向过程。此外,研究人员现在可以直观地监测果蝇细胞中单个脂肪储存“容器”大小的变化,这种细胞类似于哺乳动物的脂肪细胞。

在《衰老细胞》(Aging Cell)杂志上发表的一篇新论文中,研究人员证明,在果蝇吃了各种不同的食物后,它们有视觉上跟踪脂肪代谢变化的能力。这些饮食包括热量限制饮食、高蛋白饮食,以及含糖量是标准饮食的两倍、四倍和十倍的饮食。

“有了我们新的光学显微镜系统,我们可以看到脂肪被储存和取出的时间和地点,”Shi说,他是加州大学圣地亚哥分校的生物工程教授,也是这篇新论文的通讯高级作者。“这是第一个可以在空间和时间上以高分辨率显示单个脂肪细胞内脂肪代谢的成像技术。我们已经证明,我们可以看到单个果蝇脂肪体细胞内的脂质代谢在何时何地发生变化,以应对饮食变化。”

“人们对优化人类饮食的兴趣非常强烈,”史教授继续说道。“人们想要回答一些问题,比如‘延缓衰老的最佳饮食是什么?减肥的最佳饮食是什么?什么是延长健康寿命的最佳饮食?”我还没有这些问题的答案,但在我的实验室里,我们开发了新技术,使我们更接近于回答一些重大的饮食问题。”

例如,在这项新研究中,研究人员报告了一种回答以下问题的新方法:特定的饮食,如高蛋白饮食、高糖饮食或卡路里限制饮食,在多大程度上改变了果蝇将能量从食物转化为脂肪的过程?同样的饮食对果蝇将脂肪转化为能量的过程有多大影响?

“我们开发这个工具是为了帮助我们理清饮食与肥胖、糖尿病、衰老和长寿等现象之间的关系,”史说。

追踪完整果蝇细胞内脂肪滴的大小是这种新的可视化平台可能实现的一个例子。

“液滴大小是一种跟踪有多少储存的脂肪正在‘转化’或转换回能量的方法。这是脂质代谢的一个重要方面,我们现在有一个工具,它允许我们来跟踪变化大小的特定个体细胞内脂滴的果蝇,”李Yajuan说。博士,谁是史实验室的一位博士后研究员在加州大学圣地亚哥分校和第一作者在纸上。

重水

新的可视化平台建立在施正伟早期的一些工作之上,使用了常规水的一种变体,称为重水(D2O)。从字面上讲,重水比普通水更重。重水分子像普通水一样只有一个氧原子。但是重水含有一对更重的氘原子,取代了“H2O”中的“H2”。

像“普通”水一样,重水可以自由地进入活生物体的细胞中。所以当研究人员给果蝇提供重水时,果蝇开始将食物中的能量转化为脂肪分子储存起来,其中一些脂肪分子含有氘。通过这种方式,果蝇脂肪细胞中脂肪中氘原子的含量提供了一种方法来测量果蝇储存了多少脂肪。

通过改变苍蝇的饮食,同时给它注入大量的水,你就有了一种方法来监测饮食是如何改变脂肪循环的。关于该系统如何工作的更多细节在2021年的简介中,施说:“当我们开发一项新技术、新工具时,它肯定会激发我们提出新的生物学问题。”

在理解饮食成分和脂质代谢之间的联系时,新的生物学问题将研究人员带回一些最古老、最有趣的问题,即饮食与肥胖、糖尿病、衰老和长寿之间的联系。