В ходе исследования на мышах и группе из сорока одного ребенка ученые измерили уровень метаболитов в выдыхаемом воздухе и сопоставили их с составом бактериальных сообществ. Оказалось, что состав микробиома напрямую формирует специфический профиль соединений, которые попадают в кровоток, доходят до легких и выделяются при выдохе. Работа опубликована в журнале Cell Metabolism.
Состав микробиома кишечника можно определить по дыханию
Ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе разработали метод определения состава микробиома кишечника по химическому составу выдыхаемого воздуха. Исследователи доказали, что летучие молекулы, выделяемые при выдохе, позволяют предсказать наличие определенных бактерий, включая виды, связанные с развитием астмы. Это открывает путь к быстрой неинвазивной диагностике без использования традиционных проб стула.
Выдыхаемый воздух может содержать сотни различных соединений, некоторые из которых могут иметь диагностический потенциал. Getty
Связь между кишечником и легкими объясняется процессом диффузии. Микробы в процессе жизнедеятельности вырабатывают летучие органические соединения, которые проникают сквозь стенки кишечника непосредственно в кровеносные сосуды. Кровь разносит эти «химические отпечатки» по всему телу, и когда она достигает альвеол легких, молекулы переходят в газообразное состояние и покидают организм при выдохе.
Схема исследования
Соавтор работы Эндрю Кау отмечает: «Состав микробиома кишечника может определять тип соединений, которые выделяются при дыхании». Это предположение существовало давно, но только сейчас ученым удалось подтвердить его экспериментально.
Опыты на стерильных мышах, которым подселяли конкретные виды бактерий, показали четкую связь: например, присутствие кишечной палочки всегда сопровождалось выделением этилацетата. У детей состав микробиома объяснял не менее пятой части вариаций тридцати пяти различных соединений, обнаруженных при выдохе, что доказывает системную связь между кишечником и легкими.
Перспективы дыхательной диагностики
Новая методика имеет важное значение для медицины, так как существующие способы тестирования микрофлоры через анализ кала трудоемки и занимают много времени. Создание портативных устройств для анализа выдоха позволит мгновенно диагностировать инфекции и корректировать лечение состояний, зависящих от работы кишечника.
Сбор летучих органических соединений микробиологического происхождения из анаэробных бактерий.
Исследователи уже научились предсказывать численность бактерии Eubacterium siraeum, связанной с приступами астмы, опираясь лишь на концентрацию четырех молекул в дыхании. Главной сложностью остается расшифровка происхождения сотен метаболитов, ведь человеческие клетки и микробы производят более двухсот пятидесяти тысяч различных молекул.
Авторы работы надеются, что их открытие поможет спасать жизни, например, при лечении сепсиса у недоношенных детей. В таких случаях опасные бактерии начинают размножаться за несколько дней до появления первых клинических симптомов, и анализ дыхания может дать шанс на своевременное медицинское вмешательство, который позволит опередить болезнь.