Ludzkie jelita są zasiedlone przez biliony korzystnych mikroorganizmów, które odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia. Zaburzenia w tej złożonej i delikatnej społeczności bakterii oraz wirusów — określanej mianem mikrobiomu jelitowego — są powiązane z rozwojem otyłości, astmy, nowotworów oraz wielu innych chorób. Pomimo rosnącej wiedzy na temat znaczenia mikrobiomu, wciąż brakuje szybkich i nieinwazyjnych narzędzi diagnostycznych, które pozwalałyby na identyfikację zaburzeń możliwych do wczesnej interwencji terapeutycznej.
Naukowcy z Washington University School of Medicine in St. Louis oraz Children’s Hospital of Philadelphia wykazali, że bakterie jelitowe związane z chorobami mogą być wykrywane na podstawie analizy wydychanego powietrza. Badacze dowiedli, że związki chemiczne uwalniane przez mikroorganizmy jelitowe, a następnie obecne w wydychanym oddechu dzieci i modeli zwierzęcych, odzwierciedlają skład mikrobioty jelitowej. Co istotne, analiza próbek oddechu u dzieci chorujących na astmę pozwalała przewidzieć obecność bakterii powiązanej z tym schorzeniem.
Wyniki badań opublikowano 22 stycznia w czasopiśmie Cell Metabolism. Otwierają one drogę do opracowania szybkiego, nieinwazyjnego testu umożliwiającego monitorowanie i diagnostykę stanu mikrobiomu jelitowego poprzez prostą analizę oddechu.
„Szybka ocena zdrowia mikrobiomu jelitowego mogłaby istotnie poprawić opiekę kliniczną, zwłaszcza u małych dzieci” — podkreśla Andrew L. Kau, MD, PhD, profesor nadzwyczajny w John T. Milliken Department of Medicine na WashU Medicine oraz starszy autor badania. „Wczesne wykrycie zmian mogłoby umożliwić szybkie interwencje w takich stanach jak alergie czy ciężkie zakażenia bakteryjne u wcześniaków. Nasze badanie stanowi fundament pod rozwój tego typu kluczowych narzędzi diagnostycznych”.
W trakcie trawienia składników pokarmowych, których organizm ludzki nie jest w stanie samodzielnie rozłożyć, mikroorganizmy jelitowe wytwarzają związki określane jako lotne związki organiczne. Są one usuwane z organizmu między innymi poprzez wydychane powietrze. Zespół badawczy, w skład którego weszli m.in. Andrew L. Kau, pierwszy autor pracy Ariel J. Hernandez-Leyva (student programu MD/PhD na WashU Medicine) oraz współautorka korespondująca Audrey R. Odom John, MD, PhD, Stanley Plotkin Endowed Chair in Pediatric Infectious Diseases w Children’s Hospital of Philadelphia, postawił hipotezę, że profil tych związków w oddechu może odzwierciedlać skład bakteryjny mikrobiomu jelitowego.
Hernandez-Leyva i współpracownicy przeprowadzili badanie kliniczne w WashU Medicine, obejmujące dzieci w wieku od sześciu do dwunastu lat. U 27 zdrowych uczestników analizowano próbki oddechu pod kątem obecności związków pochodzenia mikrobiologicznego oraz próbki kału w celu identyfikacji składu mikrobioty jelitowej. Pozwoliło to określić, które mikroorganizmy są powiązane z konkretnymi związkami obecnymi w wydychanym powietrzu.
Wykazano, że związki chemiczne identyfikowane w oddechu dzieci odpowiadały tym, które są znane jako produkty metaboliczne mikroorganizmów wykrywanych w ich kale. Potwierdziło to, że analiza oddechu może stanowić wiarygodny wskaźnik składu mikrobiomu jelitowego. Podobne wyniki uzyskano w badaniach na myszach, którym przeszczepiano bakterie jelitowe — również w tym modelu możliwa była identyfikacja bakterii jelitowych na podstawie profilu związków obecnych w oddechu.
Zespół porównał następnie próbki oddechu i kału zdrowych dzieci z próbkami pobranymi od dzieci chorujących na astmę. Astma wieku dziecięcego, która dotyczy blisko 5 milionów dzieci w Stanach Zjednoczonych, jest związana ze zwiększoną liczebnością bakterii Eubacterium siraeum w jelitach. Analiza wydychanego powietrza umożliwiła przewidywanie obfitości E. siraeum u dzieci z astmą.
Informacje o zwiększonej liczebności E. siraeum mogą mieć istotne znaczenie w identyfikacji wczesnych zmian mikrobiomu, które potencjalnie nasilają objawy astmy. Analogicznie, rutynowe badania przesiewowe mikrobiomu metodą analizy oddechu u wcześniaków mogłyby pozwolić na wykrycie zaburzeń rozwijającej się mikrobioty jelitowej, zapowiadających ryzyko zakażeń.
Uzyskane wyniki mogą przyczynić się do opracowania nieinwazyjnego testu oddechowego służącego do oceny mikrobiomu jelitowego. Warto podkreślić, że badacze z WashU Medicine wcześniej opracowali już testy oddechowe umożliwiające wykrywanie drobnoustrojów, w tym test pozwalający na identyfikację wirusa SARS-CoV-2 w czasie krótszym niż jedna minuta.
„Jedną z głównych barier we wdrażaniu wiedzy o mikrobiomie do praktyki klinicznej jest czasochłonność analizy danych mikrobiologicznych” — zaznacza Hernandez-Leyva. „Analiza oddechu stanowi obiecującą, nieinwazyjną metodę badania mikrobiomu jelitowego i może zasadniczo zmienić sposób diagnostyki chorób w medycynie”.
Źródło: Cell Metabolism, The gut microbiota shapes the human and murine breath volatilome
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cmet.2025.12.013
