人类肠道中栖息着数万亿有益微生物，它们在健康中起着至关重要的作用。这个被称为肠道微生物组的细菌和病毒精细群落一旦失衡，就与肥胖、哮喘和癌症等多种疾病有关。然而，目前缺乏能够快速识别微生物组问题并用于治疗这些疾病的诊断工具。
现在，圣路易斯华盛顿大学医学院和费城儿童医院的研究人员已经证明，肠道中与疾病相关的细菌可以通过呼出的气体检测到。他们发现，肠道微生物释放的化学物质可以通过采集儿童和小鼠的呼出气体来揭示肠道中细菌的组成。他们还表明，哮喘儿童的呼气样本可以预测与该疾病相关的细菌的存在。
这些发现发表在《Cell Metabolism》杂志上，可能为开发一种快速、无创的测试铺平道路，只需向设备中呼气即可监测和诊断肠道健康问题。
"快速评估肠道微生物组的健康状况可以显著提高临床护理质量，特别是对幼儿而言，"圣路易斯华盛顿大学医学院John T. Milliken内科医学系副教授、该研究的资深作者Andrew L. Kau医学博士说道。
"早期检测可以为早产儿的过敏和严重细菌感染等疾病提供及时干预。这项研究为开发此类关键诊断工具奠定了基础。"
呼气如何揭示肠道微生物
在消化人体无法消化的食物过程中，微生物会释放一种称为挥发性有机化合物的物质，这些物质通过呼出的气体从体内排出。
包括Kau、第一作者圣路易斯华盛顿大学医学院MD/PhD学生Ariel J. Hernandez-Leyva以及费城儿童医院儿科传染病Stanley Plotkin讲席教授Audrey R. Odom John医学博士在内的研究人员想知道，呼气中的化合物类型是否有助于识别肠道微生物组的细菌组成。
Hernandez-Leyva和他的同事在圣路易斯华盛顿大学医学院对6至12岁的儿童进行了临床研究。他们分别分析了27名健康儿童的呼气和粪便样本中的微生物衍生化合物和肠道微生物，以确定哪些微生物与哪些呼气化合物相关联。
研究团队发现，儿童呼气中的化合物与他们粪便中存在微生物已知产生的化合物相匹配，证实呼气是肠道微生物群落的良好替代指标。
他们在小鼠身上也获得了类似的结果，通过将细菌移植到没有自身肠道微生物的动物体内，再次发现可以从呼气化合物中识别肠道细菌。
诊断哮喘和其他疾病的潜力
研究人员还将健康儿童的呼气和粪便样本与哮喘儿童的样本进行了比较。影响美国近500万儿童的儿童哮喘与肠道细菌Eubacterium siraeum的数量增加有关。通过呼气分析，他们能够预测哮喘儿童中E. siraeum的数量。
关于E. siraeum数量的此类信息对于发现可能加剧哮喘症状的微生物组变化的早期迹象非常有价值。
同样，例如，对早产婴儿通过呼气测试进行微生物组健康常规筛查，可能会发现预示感染的发育中微生物组的紊乱。
对未来临床实践的意义
这项新研究的结果可能有助于指导开发无创微生物组呼气测试。圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员此前已经开发出用于检测微生物的呼气测试，包括一种可以在一分钟内检测出新冠病毒的测试。
"将我们对微生物组的了解整合到临床护理中的一个关键障碍是分析微生物组数据所需的时间，"Hernandez-Leyva表示。"呼气分析提供了一种有前景的、无创的方式来探查肠道微生物组，并可以改变我们在医学中诊断疾病的方式。"
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