Состав кишечного микробиома научились определять по запаху изо рта
Химический состав выдыхаемого человеком воздуха несет информацию о микробах, населяющих его кишечник, доказали ученые.
Они провели эксперименты на мышах и 41 ребенке, результатами которых поделились на страницах Cell Metabolism. Исследование показало, что высокоточный анализ выдыхаемого воздуха может предсказывать видовой состав и количество определенных кишечных бактерий, включая один вид, ассоциированный с астмой.
«Состав микробиома кишечника действительно влияет на то, какие соединения появляются в дыхании», — утверждает иммунолог Эндрю Кау из университета Вашингтона в Сент-Луисе.
По его словам, ученые давно подозревали это, но «раньше не было точных доказательств».
Эта работа может привести к созданию устройств для диагностики инфекций и помочь в лечении состояний, связанных с кишечными бактериями. Существующие методы анализа образцов стула требуют больше времени и сложнее в исполнении.
Диагностика по дыханию
«Мне очень нравится идея использовать анализ дыхания для получения информации о здоровье, — признается биохимик Кэтрин Уайтсон из Калифорнийского университета в Ирвайне. — Дыхание как объект исследования уникально: оно отражает совокупные данные не только о легких, но и обо всем организме».
Ученые давно задавались вопросом, можно ли использовать химические метаболиты в дыхании для диагностики заболеваний. Клетки человека и бактерии в процессе жизнедеятельности производят более 250 000 различных метаболитов. Некоторые из них попадают в кровоток, достигают легких и диффундируют в выдыхаемый воздух.
Чтобы доказать связь между кишечными бактериями и выдыхаемыми молекулами, авторы использовали мышей, лишенных собственной микробиоты, и пересадили им одну из пяти распространенных бактериальных культур. Оказалось, что состав летучих соединений в дыхании мышей существенно различался в зависимости от полученного штамма. Например, кишечная палочка Escherichia coli насыщает выдох этилацетатом.
Затем исследователи собрали образцы стула и дыхания у здоровых детей и детей с астмой. Они выявили, что состав микробиома объясняет не менее 20% вариаций для 35 изученных соединений в выдохе. Также ученые обучили и оптимизировали модель для прогнозирования количества Eubacterium siraeum — вида, связанного с хрипами при астме. Концентрация всего четырех молекул в образцах дыхания объясняла чуть более половины вариаций в популяциях E. siraeum.
Что дальше
Механизмы образования метаболитов и их попадания в легкие до конца не ясны. «Когда начинаешь анализировать дыхание человека, обнаруживаешь 200–400 различных соединений. Если посмотреть на метаболические карты человека, мы практически не имеем представления о том, откуда берется большинство из них», — констатирует Одри Одом Джон, заведующая отделением детских инфекционных заболеваний Детской больницы Филадельфии, одна из старших авторов работы.
Авторы исследования надеются, что оно ляжет в основу жизненно важных диагностических методов, например для выявления сепсиса. Недоношенные дети в реанимации подвержены высокому риску смертельных инфекций, отмечает Одом Джон, и вызывающие их бактерии начинают размножаться за несколько дней до появления клинических симптомов. «Это реальная возможность для вмешательства», — подчеркивает она.
