Impact of low doses of acrylamide on the circadian activity of Drosophila melanogaster

Akrylamid (C3H5NO) jest zawiązkiem chemicznym o właściwościach neurotoksycznych i kancerogennych, który powstaje podczas obróbki cieplnej produktów spożywczych. W łatwy sposób przekracza bariery ciała, gdy jest spożywany wraz z pokarmem. Celem badań prowadzonych w ramach mojej pracy licencjackiej było sprawdzenie, czy małe dawki akrylamidu (ACR) w pokaranie (1 mg/g pożywki) mogą wpływać na poziom i okołodobowy wzór aktywności lokomotorycznej muszki owocowej (Drosophila melanogaster) szczepu dzikiego Canton-S (grupa ACR1). Dla porównania badania prowadzono również na owadach hodowanych na pożywce zawierającej ACR w dawce 5 mg/g pożywki i 50 mg/g pożywki (grupy ACR5 i ACR50). Działanie ACR sprawdzano w dwóch typach pożywki, w pożywce agarowej (agar i cukier) i pożywce kukurydzanej (agar, miód, mączka kukurydziana, drożdże). Aktywność muszek rejestrowano z użyciem DAMS (Drosophila Activity Monitoring System) w ciągu dwóch tygodni; najpierw w warunkach dnia i nocy (LD, pierwszy tydzień), a później w stałej ciemności (DD, drugi tydzień). Wyniki przeprowadzonych przeze mnie badań pokazały, że małe dawki ACR (1 mg/g) powodują wzrost poziomu aktywności D. melanogaster grupy ACR1, w stosunku do aktywności muszek grupy kontrolnej, podczas gdy aktywność muszek utrzymywanych na pożywkach zawierających większe dawki spadała. Mała dawka ACR nie zmieniała okołodobowego wzoru aktywności muszek w czasie 2 tygodni, gdy ich aktywność była rejestrowana, natomiast ACR w najwyższej dawce wyraźnie go zmieniał. Obniżał aktywność będącą wyrazem tzw. antycypacji nadchodzących zmian warunków świetlnych, tj. przejścia nocy w dzień (D/L) i dnia w noc (L/D), gdy rytmikę aktywności badano w LD i wydłużał okres rytmu wolnobiegnącego, gdy rytmikę badano w DD. Zmiany te wskazywały na neurotoksyczny wpływ ACR na struktury nerwowe zegara biologicznego D. melanogaster. Przeprowadzone badania wykazały także, że neurotoksyczne działanie ACR jest wyraźniejsze u muszek hodowanych na pożywce agarowej.Otrzymane wyniki mogą stanowić wstęp do kolejnych badań, w których należy wydłużyć czas rejestracji aktywności lokomotorycznej lub rejestrować aktywność muszek grupy ACR1 w późniejszych tygodniach ich życia. Pozwoli to stwierdzić, czy pozytywny wpływ małej dawki ACR utrzymuje się przez całe życie owadów, a czy może zaniknie/będzie negatywny u muszek starszych na skutek efektu kumulatywnego.

Acrylamide (C3H5NO) is a chemical compound with neurotoxic and carcinogenic properties formed during the heat treatment of food products. It easily crosses body barriers when ingested with food. The purpose of the research conducted as part of my undergraduate thesis was to test whether low doses of acrylamide (ACR) in food (1 mg/g of medium) can affect the level and circadian pattern of locomotor activity in the fruit fly (Drosophila melanogaster) of the Canton-S wild-type strain (ACR1 group). For comparison, studies were also conducted on insects cultured on a medium containing ACR at a dose of 5 mg/g of medium and 50 mg/g of medium (ACR5 and ACR50 groups, respectively). ACR activity was tested in two types of medium, agar medium (agar and sugar) and cornmeal medium (agar, honey, corn meal, yeast). The flies' activity was recorded using DAMS (Drosophila Activity Monitoring System) over two weeks, first under day and night conditions (LD, the first week) and then under constant darkness (DD, the second week). The results of my study showed that low doses of ACR (1 mg/g) caused an increase in the level of activity of D. melanogaster of ACR1 group in comparison with the activity of the control group. In turn, the activity of the flies maintained on media containing higher doses of ACR decreased. The low dose of ACR did not change the circadian pattern of flies’ activity during the two weeks of activity recording, while ACR at the highest dose clearly changed it. It lowered the activity of anticipation of upcoming changes, that is, the transition of night to day (D/L) and day to night (L/D) in LD, and prolonged the period of the free-running rhythm in DD. These changes indicated a neurotoxic effect of ACR on the neural structures of the biological clock of D. melanogaster. The study also showed that the neurotoxic effect of ACR was more pronounced in flies cultured on an agar medium.The results obtained may be preliminary to further study in which the locomotor activity should be extended, or the activity of ACR1 group should be recorded when the flies are older.This would allow us to determine whether the positive effect of a low dose of ACR persists throughout the life of insects or whether it disappears/becomes negative in older flies as a result of the cumulative effect.