Experimental identification of Trypanosoma infection in Drosophila montana flies

Abstract

This thesis forms a component of a broader research project conducted within the Mitochondrial Immunometabolism research group. The overarching objective of the project is to investigate the role of mitochondria in conferring cold resistance, with a focus on measuring mitochondrial temperature and respiration. The research will be conducted for Drosophila montana (D. mon tana) species collected from various latitudes primarily in Finland and Norway between the years 2020 and 2022. These species naturally harbor infections, including bacterial and fungal pathogens, viruses, parasitoid wasps, and protozoan parasites such as Trypanosoma, each of which interacts with the host organism in diverse ways, with both beneficial and harmful effects. The presence of Trypanosoma is particularly pertinent due to its potential significant impact on the measured parameters. Therefore, it is crucial to address and mitigate any potential Trypanosoma infections in the study to ensure the reliability of the research outcomes.

Consequently, the aim of this thesis is to experimentally identify potential infections using various DNA isolation protocols, PCR, electrophoresis, and dissection techniques applied to 38 lines of Drosophila montana. The thesis presents several isolation trials, detailing the rationale behind each experiment and the reasons for any changes made, ultimately arriving at an optimal methodology to achieve the required deoxyribonucleic acid (DNA) concentration and purity. Polymerase chain reaction (PCR) programs and agarose gel electrophoresis (AGE) procedures were also optimized for optimal functionality. Due to multiple trials, the thesis contains several successful DNA isolation results and images from AGE analysis. Although initial trials yielded unexpected and unsuccessful outcomes, iterative refinement and methodological adjustments led to reliable results.

Following numerous repetitions and methodological refinements, the results from genetic experiments as well as from dissection were verified and demonstrated the absence of Trypanosoma infection in the surveyed D. montana specimens. This outcome was expected, given the rarity of Trypanosoma parasites in natural environments. Consequently, these findings instill confidence in the feasibility of undertaking subsequent measurements within the broader project frame work.

Tämä työ on osa laajempaa tutkimushanketta, joka toteutetaan Mitokondriaalisen Immunometabolian tutkimusryhmässä. Hankkeen tavoitteena on tutkia mitokondrioiden roolia kylmänkestävyydessä mittaamalla mitokondriaalista lämpötilaa ja soluhengitystä. Tutkimus toteutetaan Drosophila montana (D. montana) kärpäslajilla, jonka eri linjoja on kerätty eri leveyspiireiltä pääasiassa Suomesta ja Norjasta vuosien 2020 ja 2022 välisenä aikana. Tämä kärpäslaji kantaa luontaisesti bakteeri- ja sienipatogeenejä, viruksia, loistoukkia ja alkueläinloisia, kuten Trypanosoma-loisia. Näillä patogeeneillä ja loisilla on monenlaisia sekä hyödyllisiä että haitallisia vuorovaikutuksia isäntäorganismin kanssa. Trypanosoma-infektio on erityisen merkityksellinen tulevan projektin kannalta, sillä se saattaa vaikuttaa merkittävästi mittaustuloksiin. Luotettavien tutkimustulosten varmistamiseksi on siis ensisijaisen tärkeää selvittää ja mahdollisesti poistaa Trypanosoma-infektio kärpäslinjoista.

Koska Trypanosoma-infektio vaikuttaa merkittävästi tulevan projektin onnistumiseen, tämän työn tavoitteena oli tunnistaa mahdollinen loistartunta kokeellisesti käyttäen erilaisia geenidiagnostiikan menetelmiä ja dissektiota. Työ toteutettiin 38 eri D. montana -linjalle, joiden geneettinen materiaali eristettiin erilaisia deoksiribonukleiinihapon (DNA) eristysprotokollia soveltamalla. Tämän jälkeen haluttu DNA-fragmentti monistettiin polymeraasiketjureaktiolla (PCR) ja lopuksi tulokset analysoitiin agaroosigeelielektroforeesin (AGE) avulla. Menetelmät vaativat useampia toistoja ja muutoksia protokollissa, jotka on esitelty työssä yksityiskohtaisesti. Tavoitteena oli löytää optimaalinen menetelmä vaadittavan DNA:n pitoisuuden ja puhtauden sekä luotettavien AGE-tulosten saavuttamiseksi. Useiden toistojen takia työ sisältää useita DNA:n eristystuloksia ja kuvia AGE-analyyseistä. Vaikka ensimmäiset kokeet johtivat odottamattomiin ja epäonnistu neisiin tuloksiin, muutosten kautta saavutettiin lopulta luotettavia tuloksia.

Lukuisien toistojen jälkeen sekä geneettiset kokeet että dissektio osoittavat, että tutkituissa D. montana -näytteissä ei esiinny Trypanosoma-infektiota. Tämä tulos oli odotettavissa, sillä Trypanosoma-loisen esiintyminen D. montana -kärpäsissä on luonnossa harvinaista. Täten tuleva tutkimushanke voidaan toteuttaa ilman riskiä Trypanosoman aiheuttamille häiriöille tutkimustuloksissa.