人类肠道内栖息着数万亿有益微生物，它们在健康中扮演着关键角色。这一由细菌和病毒组成的精细群落——称为肠道微生物组——的紊乱已与肥胖、哮喘和癌症等多种疾病相关联。然而，能够识别微生物组问题并加以解决以治疗这些疾病的快速诊断工具仍然缺乏。
如今，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证明，肠道中与疾病相关的细菌可通过呼出的呼吸被检测到。他们发现，肠道微生物释放的化学物质可从儿童和小鼠的呼吸中捕获，从而揭示肠道内细菌的组成。他们还表明，哮喘患儿的呼吸样本可以预测与该疾病相关的细菌的存在。
这些研究结果于1月22日发表在《细胞代谢》杂志上，可能为开发一种只需向设备中呼气即可快速、无创地监测和诊断肠道健康问题的测试铺平道路。
"快速评估肠道微生物组的健康状况可以显著提升临床护理，尤其是对幼儿而言，"华盛顿大学医学院约翰·T·米利肯医学系副教授、该研究的高级作者安德鲁·L·考(Andrew L. Kau)博士说道。"早期检测可以对早产儿的过敏和严重细菌感染等疾病进行及时干预。这项研究为开发此类关键诊断工具奠定了基础。"
在消化人体无法处理的食物过程中，微生物会释放出被称为挥发性有机化合物的化学物质，这些物质通过呼出的呼吸从体内排出。包括考在内的研究人员，第一作者、华盛顿大学医学院医学博士/博士生阿里尔·J·埃尔南德斯-莱瓦(Ariel J. Hernandez-Leyva)，以及共同通讯作者、费城儿童医院儿科传染病斯坦利·普洛特金冠名教授奥黛丽·R·奥多姆·约翰(Audrey R. Odom John)博士，想知道呼吸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。
埃尔南德斯-莱瓦和他的同事在华盛顿大学医学院对6至12岁儿童进行了一项临床研究。他们分别分析了27名健康儿童的呼吸和粪便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吸化合物相关联。
研究团队发现，儿童呼吸中的化合物与粪便中存在微生物已知产生的化合物相匹配，证实呼吸是肠道微生物群落的良好替代指标。他们在小鼠实验中也获得了类似结果：将细菌移植到自身没有肠道微生物的动物体内，再次发现肠道细菌可以从呼吸化合物中识别出来。
研究人员还将健康儿童的呼吸和粪便样本与哮喘患儿的样本进行了比较。影响美国近500万儿童的儿科哮喘与肠道中丝状真杆菌(Eubacterium siraeum)丰度增加相关。通过呼吸分析，他们能够预测哮喘患儿中丝状真杆菌的丰度。
关于丝状真杆菌丰度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，通过对早产儿进行呼吸测试来常规筛查微生物组健康，可能会发现预示感染的发育中微生物组的紊乱。
这项新研究的结果可能有助于指导开发一种无创的微生物组呼吸测试。华盛顿大学医学院研究人员此前已开发出用于检测微生物的呼吸测试，包括一种能在不到一分钟内检测出新冠病毒的测试。
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