著者は、例のデータとカナダ野生生物連盟の優雅な資金を提供するためのバーバラBerliに感謝。

1。キャプチャと馴化<ol><li>無結節網を使用して、それらの貯蔵タンクから個々の魚を集める。時間をキャプチャ最小限に、複数の魚を集めて回避し、これらの要因は、ストレスを増加させることができるようにネットで数秒以上の魚を保持していない。ストレスは、水泳パフォーマンスに影響を与える可能性があります。 </li><li>麻酔または直接泳ぐトンネルの呼吸（&quot;水泳のトンネル&quot;）へと転送タンクのいずれかの場所の魚。もし魚が麻酔される、どちらかtricaineメタン（MS222）やクローブオイルを使用することができます。許容濃度は、種の感受性と温度が、どちらか麻酔の1,2のための10から100 mg / Lのより一般的に範囲を含む多くの因子に依存する。麻酔薬の濃度は、ステージ3麻酔を誘発する（外部刺激に対するすなわち反応しない）と迅速なリカバリを（すなわち秒）許可する必要があります。淡水でMS222を使用する場合は、重炭酸ナトリウムは、バッファーとしての等しい部分（質量）で使用してください。バッファがなければ、MS222は大幅にpHを減らし、低pHは、鰓の組織に損害を与える可能性があります。それは十分な緩衝能が含まれているようにバッファリングは、海水では必要ありません。 </li><li>麻酔魚は、性別の質量と長さを測定し、それらの条件の大まかな外部受験を与えることができます。長さは全長（TL）、叉長（FL）またはボディの長さ（BL）として撮影することができます。これらの異なるメトリックは通常、標準的な方法、種の形態（ないフォークフィンを例えばない）や魚の状態（例えば、尾鰭が磨耗）に従って適用されます。 </li><li>麻酔と非麻酔の両方の魚、可能な限り、これは回復を促進するように流れる水に急速に泳ぐトンネルに導入されるべきである。流量は、通常、その魚はほとんど水泳しながら底に休息できるようになる設定されています。大人紅鮭の例率は0.3 BL / sです。 </li><li>魚は順応に泳ぐトンネルに残さする必要があります。順化期間は、伝統的な期間（例えば12時間）に設定、または30分だけ短くすることができる最新の研究で使用されているものにすることができます。特定の魚のための理想的な順応期間を決定するために、安定した、理想的に低い、代謝率に達するまでの時間は（詳細は次のセクション）を使用することができる。 </li></ol> 2。代謝率の測定<ol><li>泳ぐトンネル内の酸素の変化は、水泳試験（s）の期間にわたって記録されるべきである。酸素プローブは、水泳のトンネルに直接封止することができますが、それは最初のプローブ上の水の流れは、プローブの機能に影響を与えるかどうかを決定しなければならない。プローブは、テスト中に発生する水の速度によって影響されている場合、プローブは、トンネルの外に独自のチャンバー内に設置し、ポンプでトンネルの水を供給する必要があります。 </li><li>酸素を補給し、廃棄物の蓄積を軽減するために、水泳のトンネルは、おそらく定期的にフラッシュする必要があります。酸素飽和度は、水泳のパフォーマンスが低下することができるまたは嫌気性代謝へのシフトが存在する可能性があるとして、ほとんどの種のためのより低い70％下落することは許可されるべきではない。トンネルの水をフラッシュすると、また水の温度の上昇を軽減する可能性がありますが、水の温度は、チラーに泳ぐトンネルを結合することによって一定に保持する必要があります。温度の変化は、代謝率に影響を与えます。 </li><li>ルーチンと最大代謝率、略称&quot;RMR&quot;と&quot;MMR&quot;は、一般的に（図1A）が決定されています。これらのレートは、単位時間当たり、単位質量あたりの酸素の体積（V O 2）または質量（M O 2）で、例えばMG O 2 / kg / hrのを表現することができます。 2つのレートの違いは、&quot;活動の範囲を&quot;得るために撮影することができます。 &quot;過剰な運動後の酸素消費量&quot;（EPOC）と呼ばれる&quot;酸素負債&quot;次の演習は、、また決定し、RMRのエクササイズ後の復帰時に必要な酸素と同じですできます。 </li></ol><ol><li>注：多くの酸素プローブとその出力は自動的に溶存酸素の温度補正の変更を提供します。そうでないものは訂正する必要があります。さらに、一部の値は、測定が生理食塩水条件下で実施された場合に修正する必要があります。 </li></ol>水泳パフォーマンスの測定水泳パフォーマンス能力の様々な水泳のトンネルで評価することができる。水泳の性能を評価する最も一般的な方法は、それが3を維持できるために持続することです。速度が遅く、長くそれを維持し、その逆もできます。速度は、一般的に、それぞれ、秒の期間、時間（最大= 200分）に分、時間とを超えて（&gt; 200分）に対応する、&quot;長期&quot;や&quot;持続&quot;、&quot;バースト&quot;と呼ばれます。これらの速度を決定するために、魚はセット&quot;高さ&quot;、すなわち水の流れの速度の増加、および&quot;長さ&quot;、すなわちステップの期間で構成されるユーザー定義の&quot;ステップ&quot;、に供される。ステップの高さを最大化し、逆をしながら最小限のステップの長さは、最大バースト速度をキャプチャすると、最大の持続的な速度をキャプチャします。ステップでテストは、達成される最大速度を報告する従来の方法は、最後の完全に完了したステップの速度に加えて最後の、未完成の段階の時間的な部分（図1A）に等しくなります。 バースト水泳の性能評価 <ol><li>順化以下、バースト水泳やスプリント能力をキャプチャするには、推定最大に流速をもたらす（例えば、二度Uの クリティカル率 、下記参照）、と泳ぐ魚を動機づけます。流れの速度が急激に増加するにつれ、魚はチャンバーの後部に休む必要があります。魚は泳ぐために動機づけが必要になることがあります。動機は、機械的な（例えばタッチ）または電気的（例えば水泳のトンネルの背面に衝撃のグリッドに適用される小型のチャージ）することができます。 バースト能力の試験、特にではないものの、魚はまた4,5（例えば1分）短期間のいくつかのステップから構成される&quot;定加速度試験&quot;（CATまたはUΔV）を与えることができます。 </li><li>水泳の持続時間を記録します。個々のバーストとの距離の数も6を記録することができます。最大は図1Aの方程式にしたがって獲得するか、または計算された速度を挙げることができる。 長期的かつ持続的な水泳の性能評価 長期または継続的な水泳の能力を推定するために使用される最も頻繁な措置は&quot;重大な水泳のパフォーマンス&quot;（Uの クリティカル ）と呼ばれます。このような10分のような短い時間も使用されているが、Uの クリティカルのためのステップの長さは伝統的に、20分に設定されています。一般的なルールは、少なくとも10のステップが長いテストでは、例えば、&gt; 3時間/魚をもたらすことができる疲労、前に取られるべきであるということです。 Uの クリティカルテストを短縮するために、最初の7つのステップは5分（テストはし&quot;ランプ- Uの クリティカル &quot;と呼ばれる）に省略できます。 </li></ol><ol><li>順化および/または練習の水泳に続いて、サイズをステップにしたがって流速を増加させる。 </li><li> Uの クリティカルのための適切なステップの高さを設定するには、それは可能性がテストされる魚のサンプルのためU crit を推定するために必要となります。これは、文献値を使用して行うことができます。交互に、魚はトンネルへの導入後に&quot;練習の泳ぎ&quot;を与えることができます。このため、疲労まで、魚の短い、ユーザ定義の手順を与える。 Uの クリティカルの初期推定値として到達した最終的な速度を使用してください。それぞれの魚のためにステップサイズ（高さと長さ）を調整します。 </li><li>回復能力をテストまたは性能の個人差を決定するために、魚が回復期間7月9日に次ぐ水泳のテストを与えることができます。 </li><li>魚がトンネルからそれらを除去するために問題になると酸素摂取量を測定する能力をなくすことができるテスト中に異なる時点で疲労する傾向があるものの、魚はまた、学校でテストすることができます。 </li><li>一度疲労、魚が回復させたり、組織のサンプリングのためにすぐに削除する必要があります。 水泳に関連するいくつかのパフォーマンスメトリックは、テスト中またはビデオの分析（図1 C、D）を使用して後に回収することができる。 </li><li>換気率と尾部のビート周波数を測定するために、尾のビートのふたのようなポンピング速度と数は、数秒の周期（図1B）10,11を介してサンプリングする必要があります。 </li><li>テールビートの振幅を測定するために、尾びれの最大たわみは、（図1B）12を測定することができます。 </li><li>以下のテストは、魚は事後試験およびヘマトクリット（パックされた赤血球容積）、ストレスホルモンの濃度は、筋肉のエネルギー貯蔵（例えばクレアチンリン酸、グリコーゲン）、酵素の活性（例えば、乳酸脱水素酵素、アセチルコリンエステラーゼを決定するために収集された組織を与え、安楽死することができます）、またはその他の生理学的パラメータ。 </li></ol> 3。代表的な結果<img src="/files/ftp_upload/2572/2572fig1.jpg" alt="図1" /> 若年性サケ科魚類に与えられる図1。）例えばランプ- Uの クリティカルテスト、孵化場ではニジマス（Oncorhynchus mykiss）、ボディの長さ（BL）と質量の3.5グラムは6.3センチメートルを調達。テストは、12 L修正ブレット型の呼吸（;ヤリイカ属システムズ、デンマークで実施された<a href="http://www.loligosystems.com/">www.loligosystems.com</a> ）。ルーチンと最大代謝率は、スロープ（MG /時）×体積（L）/魚の質量（kg）として算出し、それぞれ198および961 mgのO 2 / kg / hrのを、（活動の範囲が= 4.84）であった。これらの料金は、幼若紅鮭（O.ベニマス ）13でブレットが報告されているものと調和しています。注：酸素摂取量の計算のために、水の量は呼吸量の少ない魚の量と等しくなります。クロスは、魚がさらに泳ぐことを拒否し、Uの クリティカルが計算されたポイントを示している。 B）テールのビート周波数の値は10秒に6回にわたって記録された、テールのビートの振幅値は3回を記録した、値が示され平均値± SEMである。 C）拡大側面図と水泳室内の魚の水泳のD）は上面図。 ; D）EthoVisionソフトウェア（Noldus、オランダによって追跡された魚を表示<a href="http://www.noldus.com/">www.noldus.com</a> ）。略語：Uの クリティカル率 =クリティカルスイミング速度、最後に完全に完了したステップのU、F =速度、U S =ステップの速度は、t F = 時間 t s =ステップ時間、最後のステップに費やした。

<ol>
	<li>Anderson, W. G., McKinley, R. S., Colavecchia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+clove+oil+as+an+anesthetic+for+rainbow+trout+and+its+effects+on+swimming+performance.">The use of clove oil as an anesthetic for rainbow trout and its effects on swimming performance.</a> North Am. J. Fish Manage. 17, 301-307 (1997).</li><li>Cho, G. K., Heath, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+tricaine+methanesulphonate+(MS222)+and+clove+oil+anaesthesia+effects+on+the+physiology+of+juvenile+chinook+salmon+Oncorhynchus+tshawytscha+(Walbaum).">Comparison of tricaine methanesulphonate (MS222) and clove oil anaesthesia effects on the physiology of juvenile chinook salmon Oncorhynchus tshawytscha (Walbaum).</a> Aquacult. Res. 31, 537-546 (2000).</li><li>Beamish, F. W. H., Hoar, W. S., Randall, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Swimming capacity in Fish Physiology. , 101-187 (1978).</li><li>Farrell, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparisons+of+swimming+performance+in+rainbow+trout+using+constant+acceleration+and+critical+swimming+speed+tests.">Comparisons of swimming performance in rainbow trout using constant acceleration and critical swimming speed tests.</a> J. Fish Biol. 72, 693-710 (2008).</li><li>Tierney, K. B., Casselman, M., Takeda, S., Farrell, A. P., Kennedy, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+cholinesterase+inhibition+and+two+types+of+swimming+performance+in+chlorpyrifos-exposed+coho+salmon+(Oncorhynchus+kisutch).">The relationship between cholinesterase inhibition and two types of swimming performance in chlorpyrifos-exposed coho salmon (Oncorhynchus kisutch).</a> Environ. Toxicol. Chem. 26, 998-1004 (2007).</li><li>Martinez, M., Bedard, M., Dutil, J. -. D., Guderley, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Does+condition+of+Atlantic+cod+(Gadus+morhua)+have+a+greater+impact+upon+swimming+performance+at+Ucrit+or+sprint+speeds.">Does condition of Atlantic cod (Gadus morhua) have a greater impact upon swimming performance at Ucrit or sprint speeds.</a> J. Exp. Biol. 207, 2979-2990 (2004).</li><li>Marras, S., Claireaux, G., McKenzie, D. J., Nelson, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Individual+variation+and+repeatability+in+aerobic+and+anaerobic+swimming+performance+of+European+sea+bass,+Dicentrarchus+labrax.">Individual variation and repeatability in aerobic and anaerobic swimming performance of European sea bass, Dicentrarchus labrax.</a> J. Exp. Biol. 213, 26-32 (2010).</li><li>Kolok, A. S., Plaisance, E. P., Abdelghani, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Individual+variation+in+the+swimming+performance+of+fishes:+an+overlooked+source+of+variation+in+toxicity+studies.">Individual variation in the swimming performance of fishes: an overlooked source of variation in toxicity studies.</a> Environ. Toxicol. Chem. 17, 282-285 (1998).</li><li>Tierney, K. B., Farrell, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationships+between+fish+health,+metabolic+rate,+swimming+performance+and+recovery+in+return-run+sockeye+salmon,+Oncorhynchus+nerka+(Walbaum).">The relationships between fish health, metabolic rate, swimming performance and recovery in return-run sockeye salmon, Oncorhynchus nerka (Walbaum).</a> J. Fish Dis. 27, 663-671 (2004).</li><li>Webber, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upstream+swimming+performance+of+adult+white+sturgeon:+Effects+of+partial+baffles+and+a+ramp.">Upstream swimming performance of adult white sturgeon: Effects of partial baffles and a ramp.</a> Trans. Am. Fish. Soc. 136, 402-408 (2007).</li><li>Farrell, A. P., Gamperl, A. K., Birtwell, I. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prolonged+swimming,+recovery+and+repeat+swimming+performance+of+mature+sockeye+salmon+Oncorhynchus+nerka+exposed+to+moderate+hypoxia+and+pentachlorophenol.">Prolonged swimming, recovery and repeat swimming performance of mature sockeye salmon Oncorhynchus nerka exposed to moderate hypoxia and pentachlorophenol.</a> J. Exp. Biol. 201, 2183-2193 (1998).</li><li>Flammang, B. E., Lauder, G. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Speed-dependent+intrinsic+caudal+fin+muscle+recruitment+during+steady+swimming+in+bluegill+sunfish,+Lepomis+macrochirus.">Speed-dependent intrinsic caudal fin muscle recruitment during steady swimming in bluegill sunfish, Lepomis macrochirus.</a> J. Exp. Biol. 211, 587-598 (2008).</li><li>Brett, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+respiratory+metabolism+and+swimming+performance+of+young+sockeye.">The respiratory metabolism and swimming performance of young sockeye.</a> J. Fish. Res. Board Can. 21, 1183-1226 (1964).</li><li>Bla&#382;ka, P., Volf, M., &#268;epela, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+type+of+respirometer+for+the+determination+of+the+metabolism+of+fish+in+an+active+state.">A new type of respirometer for the determination of the metabolism of fish in an active state.</a> Physiol. Bohemoslov. 9, 553-558 (1960).</li><li>Peake, S. J., Farrell, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fatigue+is+a+behavioural+response+in+respirometer+confined+smallmouth+bass.">Fatigue is a behavioural response in respirometer confined smallmouth bass.</a> J. Fish Biol. 68, 1742-1755 (2006).</li></ol>

利害の衝突は宣言されません。

自然の中で、このような捕食者の脱出やマイグレーションなどの動作は、異なる時間の特定の強度で泳ぐことができることに依存する。ラボ設定では、トンネルの呼吸計を泳ぐとスピードで段差の増加は、数多くの動作を実行するために魚の能力を推定するために使用することができます。代謝率と他の組織レベルの評価（そのような乳酸生産など）の対策が異なる水泳モードの基礎となる生理学的メカニズムを決定するための水泳のテストに含めることができます。 スイムのトンネルの設計は大幅に水泳のパフォーマンスに影響を与えることができます。またはBlazka 14種類-水泳の性能を決定するために使用される水泳のトンネルのいくつかの種類がありますが、ほとんどがブレット13のどちらとして特徴づけられる。どちらの設計では、主要な考慮事項は、水の流れの&quot;均一性&quot;（それがどのように直線的な）、最大流速と泳ぐ室の長さが含まれています。魚は本能的に見つけると労力を最小限に抑えるために低流量域で泳ぐなるため、均一性は重要です。高い潜在的な流量は、バースト水泳能力や高速水泳の種（例えばマグロ）をテストする必要があるかもしれません。チャンバーの長さが小さく長さ、すなわち魚の長さ&gt;チャンバーの長さの10％のチャンバーのように、非常に有意義なことができる泳ぐ、魚はすべて水泳モードを利用することができない場合があります。特に、小さなチューブはバーストと沿岸の水泳に、水泳のゲートを非定常に安定したIEからの移行への魚の能力が制限されることがあります。そのため、魚は&quot;ゲートの遷移速度&#39;15に類似してかもしれない関係なく、ステップ長とUの クリティカルのほぼ同じ速度で泳いで停止することがあります。 すべての泳ぐトンネルは、このようなフロープローブや粒子画像流速測定（PIV）機器などのデバイスを使用してキャリブレーションする必要があります。理想的にトンネルは直線的な流れを持って泳ぐが、魚がエリアを優先するように検出された場合は、それらの泳ぐ速度は、フロー内の地域差に基づいて調整することができます。

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<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>tricaine methanesulfonate (MS222)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.argent-labs.com">www.argent-labs.com</a></td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Optional</td>
</tr>
<tr>
<td>Clove oil</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Pharmacy or <a href="http://www.sigmaaldrich.com">www.sigmaaldrich.com</a></td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Optional</td>
</tr>
<tr>
<td>Swim tunnel respirometer</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Custom made or <a href="http://www.loligosystems.com">www.loligosystems.com</a></td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Required</td>
</tr>
<tr>
<td>High speed cameras</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Numerous sources</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>optional</td>
</tr>
<tr>
<td>Video capture card</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Numerous sources</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>optional</td>
</tr>
<tr>
<td>Behaviour analysis software</td>
<td>&nbsp;</td>
<td><a href="http://www.noldus.com">www.noldus.com</a> <a href="http://www.cleversysinc.com">www.cleversysinc.com</a> <a href="http://www.loligosystems.com">www.loligosystems.com</a> <a hre</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>optional</td>
</tr>		</tbody>
		</table>
		</div>

swimming performance assessment in fishes

魚の遊泳性能試験では、水泳力学、ガス交換、心臓生理学、病気、汚染、低酸素状態と温度を筋肉のエネルギー論の研究に不可欠でした。本論文では、水の流速を制御できる装置を使って泳ぐ魚のパフォーマンスを評価するために柔軟なプロトコルを記述します。プロトコルは、疲労に魚を引き起こすことを意図している流れの速度でいくつかの階段状の増加への1つが含まれます。ステップ速度とその持続時間は異なる生理的および生態学的関連の水泳能力をキャプチャするように設定することができます。最も頻繁にステップサイズは、最大持続遊泳能力をキャプチャするために意図されている重要な水泳の速度（U crit を ）、決定するために設定されています。伝統的にこのテストは、20分の持続時間の約10ステップごとに構成されていました。しかし、短い期間（例えば1分）の手順は、ますます加速能力やバーストの水泳のパフォーマンスをキャプチャするために活用されている。に関係なく、ステップサイズの、水泳のテストは、個々の変動と回復能力を測定するために時間をかけて繰り返すことができます。このような代謝率、フィンの使用、換気率、およびそのような学校教育の魚との距離などの行動、のの対策として、水泳に関連するエンドポイントは、多くの場合、水泳のテスト作業中および作業後は、前に含まれています。魚種の多様性、未踏の研究の質問の数、および世界的なエコロジーと経済の健康に多くの種の重要性を考えると、魚の遊泳性能の研究は、予見可能な将来のために人気があり、かけがえのないままになります。

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Swimming Performance Assessment in Fishes

魚の大部分の生活は、水泳を前提としている。このプロトコルは、個人や学校教育の魚に利用できるモードを水泳の範囲をキャプチャするためのテクニックを説明し、そして水泳生理と行動に関連するメトリックが含まれます。

魚類の遊泳性能評価

Swimming performance tests of fish have been integral to studies of muscle energetics, swimming mechanics, gas exchange, cardiac physiology, disease, ...

swimming-performance-assessment-in-fishes

Research

JoVE Journal

Biology

25.4K ビュー.  University of Alberta. 魚の大部分の生活は、水泳を前提としている。このプロトコルは、個人や学校教育の魚に利用できるモードを水泳の範囲をキャプチャするためのテクニックを説明し、そして水泳生理と行動に関連するメトリックが含まれます。

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Respirometric Oxidative Phosphorylation Assessment in Saponin-permeabilized Cardiac Fibers

Investigation of mitochondrial function represents an important parameter of cardiac physiology as mitochondria are involved in energy metabolism, oxidative stress, apoptosis, aging, mitochondrial encephalomyopathies and drug toxicity. Given this, technologies to measure cardiac mitochondrial function are in demand. One technique that employs an integrative approach to measure mitochondrial function is respirometric oxidative phosphorylation (OXPHOS) analysis.
The principle of respirometric OXPHOS assessment is centered around measuring oxygen concentration utilizing a Clark electrode. As the permeabilized fiber bundle consumes oxygen, oxygen concentration in the closed chamber declines. Using selected substrate-inhibitor-uncoupler titration protocols, electrons are provided to specific sites of the electron transport chain, allowing evaluation of mitochondrial function. Prior to respirometric analysis of mitochondrial function, mechanical and chemical preparatory techniques are utilized to permeabilize the sarcolemma of muscle fibers. Chemical permeabilization employs saponin to selectively perforate the cell membrane while maintaining cellular architecture.
This paper thoroughly describes the steps involved in preparing saponin-skinned cardiac fibers for oxygen consumption measurements to evaluate mitochondrial OXPHOS. Additionally, troubleshooting advice as well as specific substrates, inhibitors and uncouplers that may be used to determine mitochondria function at specific sites of the electron transport chain are provided. Importantly, the described protocol may be easily applied to cardiac and skeletal tissue of various animal models and human samples.

Saponin-permeabilized fiber preparation in conjunction with respirometric oxidative phosphorylation analysis provides integrative assessment of mitochondrial function. Mitochondrial respiration in physiological and pathological states can reflect various regulatory influences including mitochondrial interactions, morphology and biochemistry.

サポニン透過性心臓繊維の呼吸計測の酸化的リン酸化の評価

Investigation of mitochondrial function represents an important parameter of cardiac physiology as mitochondria are involved in energy metabolism, ...

生物学

Endurance Training Protocol and Longitudinal Performance Assays for Drosophila melanogaster

One of the most pressing problems facing modern medical researchers is the surging levels of obesity, with the consequent increase in associated disorders such as diabetes and cardiovascular disease 1-3. An important topic of research into these associated health problems involves the role of endurance exercise as a beneficial intervention.
Exercise training is an inexpensive, non-invasive intervention with several beneficial results, including reduction in excess body fat 4, increased insulin sensitivity in skeletal muscle 5, increased anti-inflammatory and antioxidative responses 6, and improved contractile capacity in cardiomyocytes 7. Low intensity exercise is known to increase mitochondrial activity and biogenesis in humans 8 and mice, with the transcriptional coactivator PGC1-&alpha; as an important intermediate 9,10. 
Despite the importance of exercise as a tool for combating several important age-related diseases, extensive longitudinal genetic studies have been impeded by the lack of an endurance training protocol for a short-lived genetic model species. The variety of genetic tools available for use with Drosophila, together with its short lifespan and inexpensive maintenance, make it an appealing model for further study of these genetic mechanisms. With this in mind we have developed a novel apparatus, known as the Power Tower, for large scale exercise-training in Drosophila melanogaster 11. The Power Tower utilizes the flies' instinctive negative geotaxis behavior to repetitively induce rapid climbing. Each time the machine lifts, then drops, the platform of flies, the flies are induced to climb. Flies continue to respond as long as the machine is in operation or until they become too fatigued to respond. Thus, the researcher can use this machine to provide simultaneous training to large numbers of age-matched and genetically identical flies. Additionally, we describe associated assays useful to track longitudinal progress of fly cohorts during training.

Endurance Training Protocol and Longitudinal Performance Assays for Drosophila melanogaster

We describe the first endurance training protocol for an important genetic model species, Drosophila melanogaster, and outline several assays to chart improvements in mobility following training.

キイロショウジョウバエのための持久力トレーニングのプロトコルと縦パフォーマンスアッセイ

One of the most pressing problems facing modern medical researchers is the surging levels of obesity, with the consequent increase in associated disorders ...

An Improved Method for Accurate and Rapid Measurement of Flight Performance in Drosophila

Drosophila has proven to be a useful model system for analysis of behavior, including flight. The initial flight tester involved dropping flies into an oil-coated graduated cylinder; landing height provided a measure of flight performance by assessing how far flies will fall before producing enough thrust to make contact with the wall of the cylinder. Here we describe an updated version of the flight tester with four major improvements. First, we added a &#34;drop tube&#34; to ensure that all flies enter the flight cylinder at a similar velocity between trials, eliminating variability between users. Second, we replaced the oil coating with removable plastic sheets coated in Tangle-Trap, an adhesive designed to capture live insects. Third, we use a longer cylinder to enable more accurate discrimination of flight ability. Fourth we use a digital camera and imaging software to automate the scoring of flight performance. These improvements allow for the rapid, quantitative assessment of flight behavior, useful for large datasets and large-scale genetic screens.

An Improved Method for Accurate and Rapid Measurement of Flight Performance in Drosophila

Here we describe a method for rapid and accurate measurement of flight performance in Drosophila, enabling high-throughput screening.

飛行性能の正確かつ迅速な測定のための改善された方法での<em&gt;ショウジョウバエ</em

Drosophila has proven to be a useful model system for analysis of behavior, including flight. The initial flight tester involved dropping flies into an ...

A Method for Selecting Structure-switching Aptamers Applied to a Colorimetric Gold Nanoparticle Assay

Small molecules provide rich targets for biosensing applications due to their physiological implications as biomarkers of various aspects of human health and performance. Nucleic acid aptamers have been increasingly applied as recognition elements on biosensor platforms, but selecting aptamers toward small molecule targets requires special design considerations. This work describes modification and critical steps of a method designed to select structure-switching aptamers to small molecule targets. Binding sequences from a DNA library hybridized to complementary DNA capture probes on magnetic beads are separated from nonbinders via a target-induced change in conformation. This method is advantageous because sequences binding the support matrix (beads) will not be further amplified, and it does not require immobilization of the target molecule. However, the melting temperature of the capture probe and library is kept at or slightly above RT, such that sequences that dehybridize based on thermodynamics will also be present in the supernatant solution. This effectively limits the partitioning efficiency (ability to separate target binding sequences from nonbinders), and therefore many selection rounds will be required to remove background sequences. The reported method differs from previous structure-switching aptamer selections due to implementation of negative selection steps, simplified enrichment monitoring, and extension of the length of the capture probe following selection enrichment to provide enhanced stringency. The selected structure-switching aptamers are advantageous in a gold nanoparticle assay platform that reports the presence of a target molecule by the conformational change of the aptamer. The gold nanoparticle assay was applied because it provides a simple, rapid colorimetric readout that is beneficial in a clinical or deployed environment. Design and optimization considerations are presented for the assay as proof-of-principle work in buffer to provide a foundation for further extension of the work toward small molecule biosensing in physiological fluids.

A protocol is provided to select structure-switching aptamers for small molecule targets based on a tunable stringency magnetic bead selection method. Aptamers selected with structure-switching properties are beneficial for assays that require a conformational change to signal the presence of a target, such as the described gold nanoparticle assay.

比色金ナノ粒子アッセイに適用される構造スイッチングアプタマーを選択するための方法

Small molecules provide rich targets for biosensing applications due to their physiological implications as biomarkers of various aspects of human health ...

Design and Development of Aptamer&#8211;Gold Nanoparticle Based Colorimetric Assays for In-the-field Applications

The design and development of an aptamer&#8211;gold nanoparticle (AuNP) colorimetric assay for the detection of small molecules for in-the-field applications was examined. Target selective AuNP based color assays have been developed in controlled proof-of-concept laboratory settings. However, these schemes have not been exerted to a point of failure to determine their practical use beyond laboratory settings. This work describes a generic approach to design, develop, and troubleshoot an aptamer-AuNP colorimetric assay for small molecule analytes and using the assay for in-the-field settings. The assay is advantageous because adsorbed aptamers passivate the nanoparticle surfaces and provide a means to reduce and eliminate false positive responses to non-target analytes. Transitioning this system to practical uses required defining not only the shelf-life of the aptamer-AuNP assay, but establishing methods and procedures for extending the long-term storage capabilities. Also, one of the recognized concerns with colorimetric readout is the burden placed on analysts to accurately identify often subtle changes in color. To lessen the responsibility on analysts in the field, a color analysis protocol was designed to perform the color identification duties without the need for performing this task on laboratory grade equipment. The method for creating and testing the data analysis protocol is described. However to understand and influence the design of adsorbed aptamer assays, the interactions associated with the aptamer, target, and AuNPs require further study. The knowledge gained could lead to tailoring aptamers for improved functionality.

The design and development of an aptamer&#8211;gold nanoparticle colorimetric assay for the detection of small molecules for in-the-field applications was examined. Additionally, a smart-device colorimetric application (app) was validated and long-term storage of the assay was established for use in the field.

インフィールドアプリケーションの設計およびアプタマー金ナノ粒子基づく比色アッセイの開発

The design and development of an aptamer&#8211;gold nanoparticle (AuNP) colorimetric assay for the detection of small molecules for in-the-field ...

A Protocol for Using Gene Set Enrichment Analysis to Identify the Appropriate Animal Model for Translational Research

Recent studies that compared transcriptomic datasets of human diseases with datasets from mouse models using traditional gene-to-gene comparison techniques resulted in contradictory conclusions regarding the relevance of animal models for translational research. A major reason for the discrepancies between different gene expression analyses is the arbitrary filtering of differentially expressed genes. Furthermore, the comparison of single genes between different species and platforms often is limited by technical variance, leading to misinterpretation of the con/discordance between data from human and animal models. Thus, standardized approaches for systematic data analysis are needed. To overcome subjective gene filtering and ineffective gene-to-gene comparisons, we recently demonstrated that gene set enrichment analysis (GSEA) has the potential to avoid these problems. Therefore, we developed a standardized protocol for the use of GSEA to distinguish between appropriate and inappropriate animal models for translational research. This protocol is not suitable to predict how to design new model systems a-priori, as it requires existing experimental omics data. However, the protocol describes how to interpret existing data in a standardized manner in order to select the most suitable animal model, thus avoiding unnecessary animal experiments and misleading translational studies.

We provide a standardized protocol for the use of gene set enrichment analysis of transcriptomic data to identify an ideal mouse model for translational research. 
This protocol can be used with DNA microarray and RNA sequencing data and can further be extended to other omics data if data are available.

遺伝子を使用するプロトコル設定トランスレーショナルリサーチの適切な動物モデルを識別するために濃縮分析

Recent studies that compared transcriptomic datasets of human diseases with datasets from mouse models using traditional gene-to-gene comparison ...

Simple and Effective Administration and Visualization of Microparticles in the Circulatory System of Small Fishes Using Kidney Injection

The systemic administration of micro-size particles into a living organism can be applied for vasculature visualization, drug and vaccine delivery, implantation of transgenic cells and tiny optical sensors. However, intravenous microinjections into small animals, which are mostly used in biological and veterinary laboratories, are very difficult and require trained personnel. Herein, we demonstrate a robust and efficient method for the introduction of microparticles into the circulatory system of adult zebrafish (Danio rerio) by injection into the fish kidney. To visualize the introduced microparticles in the vasculature, we propose a simple intravital imaging technique in fish gills. In vivo monitoring of the zebrafish blood pH was accomplished using an injected microencapsulated fluorescent probe, SNARF-1, to demonstrate one of the possible applications of the described technique. This article provides a detailed description of the encapsulation of pH-sensitive dye and demonstrates the principles of the quick injection and visualization of the obtained microcapsules for in vivo recording of the fluorescent signal. The proposed method of injection is characterized by a low mortality rate (0-20%) and high efficiency (70-90% success), and it is easy to institute using commonly available equipment. All described procedures can be performed on other small fish species, such as guppies and medaka.

This article demonstrates the principles of a quick, minimally invasive injection of fluorescent microparticles into the circulatory system of small fishes and the in vivo visualization of the microparticles in fish blood.

シンプルで効果的な管理と腎臓の注入を使用する小型魚の循環システムの微粒子の可視化

The systemic administration of micro-size particles into a living organism can be applied for vasculature visualization, drug and vaccine delivery, ...

Medium-throughput Screening Assays for Assessment of Effects on Ca2+-Signaling and Acrosome Reaction in Human Sperm

Ca2+-signaling is essential to normal sperm cell function and male fertility. Similarly, the acrosome reaction is vital for the ability of a human sperm cell to penetrate the zona pellucida and fertilize the egg. It is therefore of great interest to test compounds (e.g., environmental chemicals or drug candidates) for their effect on Ca2+-signaling and acrosome reaction in human sperm either to examine the potential adverse effects on human sperm cell function or to investigate a possible role as a contraceptive. Here, two medium-throughput assays are described: 1) a fluorescence-based assay for assessment of effects on Ca2+-signaling in human sperm, and 2) an image cytometric assay for assessment of acrosome reaction in human sperm. These assays can be used to screen a large number of compounds for effects on Ca2+-signaling and acrosome reaction in human sperm. Furthermore, the assays can be used to generate highly specific dose-response curves of individual compounds, determine potential additivity/synergism for two or more compounds, and to study the pharmacological mode of action through competitive inhibition experiments with CatSper inhibitors.

Medium-throughput Screening Assays for Assessment of Effects on Ca2+-Signaling and Acrosome Reaction in Human Sperm

Here, two medium-throughput assays for assessment of effects on Ca2+-signaling and acrosome reaction in human sperm are described. These assays can be used to quickly and easily screen large amounts of compounds for effects on Ca2+-signaling and acrosome reaction in human sperm.

Ca2 +の効果の評価のためのスクリーニング アッセイ中スループット-シグナリングおよびひと精子先体反応

Ca2+-signaling is essential to normal sperm cell function and male fertility. Similarly, the acrosome reaction is vital for the ability of a human sperm ...

Silencing the Spark: CRISPR/Cas9 Genome Editing in Weakly Electric Fish

Electroreception and electrogenesis have changed in the evolutionary history of vertebrates. There is a striking degree of convergence in these independently derived phenotypes, which share a common genetic architecture. This is perhaps best exemplified by the numerous convergent features of gymnotiforms and mormyrids, two species-rich teleost clades that produce and detect weak electric fields and are called weakly electric fish. In the 50 years since the discovery that weakly electric fish use electricity to sense their surroundings and communicate, a growing community of scientists has gained tremendous insights into evolution of development, systems and circuits neuroscience, cellular physiology, ecology, evolutionary biology, and behavior. More recently, there has been a proliferation of genomic resources for electric fish. Use of these resources has already facilitated important insights with regards to the connection between genotype and phenotype in these species. A major obstacle to integrating genomics data with phenotypic data of weakly electric fish is a present lack of functional genomics tools. We report here a full protocol for performing CRISPR/Cas9 mutagenesis that utilizes endogenous DNA repair mechanisms in weakly electric fish. We demonstrate that this protocol is equally effective in both the mormyrid species Brienomyrus brachyistius and the gymnotiform Brachyhypopomus gauderio by using CRISPR/Cas9 to target indels and point mutations in the first exon of the sodium channel gene scn4aa. Using this protocol, embryos from both species were obtained and genotyped to confirm that the predicted mutations in the first exon of the sodium channel scn4aa were present. The knock-out success phenotype was confirmed with recordings showing reduced electric organ discharge amplitudes when compared to uninjected size-matched controls.

Here, a protocol is presented to produce and rear CRISPR/Cas9 genome knockout electric fish. Outlined in detail are the required molecular biology, breeding, and husbandry requirements for both a gymnotiform and a mormyrid, and injection techniques to produce Cas9-induced indel F0 larvae.

火花のサイレンシング:弱い電気魚のCRISPR/Cas9ゲノム編集

Electroreception and electrogenesis have changed in the evolutionary history of vertebrates. There is a striking degree of convergence in these ...

An Air-liquid Interface Bronchial Epithelial Model for Realistic, Repeated Inhalation Exposure to Airborne Particles for Toxicity Testing

For toxicity testing of airborne particles, air-liquid interface (ALI) exposure systems have been developed for in vitro tests in order to mimic realistic exposure conditions. This puts specific demands on the cell culture models. Many cell types are negatively affected by exposure to air (e.g., drying out) and only remain viable for a few days. This limits the exposure conditions that can be used in these models: usually relatively high concentrations are applied as a cloud (i.e., droplets containing particles, which settle down rapidly) within a short period of time. Such experimental conditions do not reflect realistic long-term exposure to low concentrations of particles. To overcome these limitations the use of a human bronchial epithelial cell line, Calu-3 was investigated. These cells can be cultured at ALI conditions for several weeks while retaining a healthy morphology and a stable monolayer with tight junctions. In addition, this bronchial model is suitable for testing the effects of repeated exposures to low, realistic concentrations of airborne particles using an ALI exposure system. This system uses a continuous airflow in contrast to other ALI exposure systems that use a single nebulization producing a cloud. Therefore, the continuous flow system is suitable for repeated and prolonged exposure to airborne particles while continuously monitoring the particle characteristics, exposure concentration, and delivered dose. Taken together, this bronchial model, in combination with the continuous flow exposure system, is able to mimic realistic, repeated inhalation exposure conditions that can be used for toxicity testing.

Described is the cell culture and exposure method of an in vitro bronchial model for realistic, repeated inhalation exposure to particles for toxicity testing.

毒性試験のための空気中の粒子への現実的な反復吸入暴露のための気管支上皮モデル

For toxicity testing of airborne particles, air-liquid interface (ALI) exposure systems have been developed for in vitro tests in order to mimic realistic ...