Диагностировать туберкулез можно по выдоху

В 2020 году около 10 млн человек заболели туберкулезом (возбудитель Mycobacterium tuberculosis), а 1,5 млн умерли. При этом, по оценкам специалистов, треть случаев заболевания туберкулезом остается не выявленной в связи с ограничениями средств диагностики. В настоящий момент диагностика в основном производится по образцам мокроты. Однако отбор образцов сопряжен с определенными трудностями, а сам анализ имеет низкую диагностическую чувствительность у детей, ВИЧ-инфицированных людей и пациентов с внелегочным туберкулезом. Нужны новые анализы, особенно для тестирования в местах оказания медицинской помощи (point-of-care).

Исследователи из Франции и Колумбии предложили анализировать конденсат выдыхаемого воздуха (exhaled breath condensate, EBC). Они показали, что наличие специфичных липидов, липоарабиноманнана (липогликана на поверхности микобактерии, LAM) и белков помогает отличить пациентов с туберкулезом от контролей.

Авторы собрали EBC у пациентов с легочным туберкулезом до начала лечения или в первые две недели лечения. Дополнительно отбирали образцы у шести детей через один и три месяца после начала лечения. Среди контролей были как здоровые взрослые и дети, так и пациенты с бактериальной пневмонией. Во время сбора EBC испытуемых просили дышать нормально в течение 15 минут, что позволяло собрать около 1 мл конденсата. После этого конденсат лиофилизировали и заново растворяли в 250 мкл раствора.

LAM — известный биомаркер туберкулеза в моче. С помощью анти-LAM антител авторы показали, что это соединение определяется в EBC пациентов с туберкулезом, но не у контролей. Количество LAM в выдохе было неожиданно высоким, от 40 нг до 947 мкг, намного выше, чем в других физиологических жидкостях. Авторы перепроверили полученный результат, анализируя наличие пентозы D-арабинозы, компонента LAM, который отсутствует у эукариот. Действительно, множество методов подтвердили наличие D-арабинозы в EBC пациентов с туберкулезом, который присутствовал в большом количестве. Впрочем, химический анализ показал значения, отличные от антительного анализа (0,7–30 мкг).

Тест на LAM имел чувствительность 93,4% и специфичность 100% (было выявлено три ложноотрицательных случая). В ходе лечения содержание LAM постепенно снижалось (кроме одного пациента, у которого обычная антибиотикотерапия не сработала).

Авторы провели структурный анализ LAM в выдохе. Общая полисахаридная структура соотносилась с LAM, полученным из культивируемой микобактерии. Однако были и различия. Исследователи заключили, что LAM в выдохе является «незрелым». Они говорят о том, что полученные данные помогут в разработке и улучшении диагностических антител или вакцин, таргетирующих LAM.

M. tuberculosis вырабатывает множество липидов, некоторые из которых являются видоспецифичными. EBC содержал 1,5–2% липидов. Используя масс-спектрометрию, авторы проверили, можно ли детектировать липиды микобактерии в EBC. Действительно, они выявили липидный профиль, ассоциированный с in vivo метаболизмом бацилл в легких человека. Авторы смогли предположить, что бактерии растут в виде биопленки, используя липиды организма-хозяина в качестве источника углерода. Некоторые липиды можно использовать для диагностики туберкулеза у взрослых и детей. В отличие от LAM, общего для всех микобактерий, некоторые липиды специфичны только для M. tuberculosis.

После этого исследователи проанализировали протеомы EBC. Они выявили 1432 белка M. tuberculosis у пациентов с туберкулезом. Изменения количеств 656 белков у взрослых и 22 белков у детей отличали пациентов с туберкулезов от контролей. Чувствительность этого теста была ниже, чем определение LAM или липидов.

Таким образом, определение LAM, липидов и белков позволяет отличить пациентов с туберкулезом от контролей даже при малом количестве бактерий. Анализ EBC является более доступным и быстрым, чем анализ мокроты, а также неинвазивным. Его потенциально можно применять для скрининга и мониторинга эффективности лечения. В будущем авторы собираются валидировать полученные результаты в более крупной когорте, а также на пациентах, исключенных из настоящего исследования (например, ВИЧ-инфицированных).

Молекулярная диагностика туберкулеза в России