У медицины есть инструменты для борьбы практически со всеми болезнями. Мы на популяционном уровне выявляем и лечим сердечно-сосудистые заболевания, сахарный диабет, инфекции и многое другое. Техники и технологии, которыми мы пользуемся, пока очень далеки от совершенства, но они есть. Со своевременной диагностикой рака все гораздо хуже. Существующие методы скрининга требуют забора биоматериалов, сложны, дороги и ограничены в своих возможностях.

Поэтому пока одни ученые их совершенствуют, другие ищут совершенно новые способы диагностики — и иногда возвращаются из своих поисков с довольно необычными идеями. Недавно американские исследователи использовали мозг и усики живой саранчи для диагностики опухолей по запаху.

Статья об этом пока не прошла рецензирование и доступна лишь в виде препринта. В нынешнем виде технология, конечно, непригодна для клинического использования, однако в ее перспективах стоит разобраться. К тому же это далеко не первая попытка «вынюхать» рак (еще бы, потенциальный неинвазивный онкоскрининг!), и в этой области уже накопилось немало интересного.

Диагностика болезней по запаху известна по меньшей мере со времен Древней Греции. Некоторые состояния сопровождаются выделением характерных летучих соединений, различимых человеческим носом. Например, диабетический кетоацидоз пахнет фруктами или ацетоном, печеночная недостаточность — несвежей рыбой, почечная — мочой, а у анаэробного абсцесса легкого запах сточных вод. Однако все это касается достаточно тяжелых, запущенных заболеваний. О раннем выявлении здесь речи не идет.

Сумма технологий

В XX веке развитие представлений об обмене веществ в организме, технологий сбора образцов и высокоточных методов химического анализа (в первую очередь масс-спектрометрии), естественно, подталкивало исследователей к созданию метода неинвазивной диагностики заболеваний по выдыхаемому человеком воздуху.

Первую значимую попытку предприняла в 1971 году стэнфордская лаборатория нобелевского лауреата Лайнуса Полинга (Linus Pauling). С помощью газово-жидкостной хроматографии ученые провели количественную оценку примерно 250 веществ в дыхании и около 280 — в испарениях мочи пациентов. Испытуемые должны были несколько дней готовиться к сдаче анализов, придерживаясь строгой диеты, а для работы с их дыханием и испарениями мочи использовалось сложное и дорогостоящее оборудование. Для массового применения методика не подходила. К тому же, обонятельные профили конкретных заболеваний тогда разработаны не были.

Исследования, тем не менее, продолжались. Сейчас всех их относят в специальный раздел метаболомики, который называют «бризомика» (breathomics, от англ. breath — «дыхание»), или «волатоломика» (volatolomics, от англ. volatile compounds — «летучие соединения») — устоявшегося перевода на русский язык у этих имен пока нет. Сама концепция этой дисциплины отталкивается от идеи, что все клетки организма, как нормальные, так и патологически измененные (особенно злокачественные, которые добывают энергию не гликолизом, а окислительным фосфорилированием), в процессе метаболизма выделяют определенный, свойственный только им набор низкомолекулярных летучих органических соединений (ЛОС). Эти вещества поступают в кровь и в небольших, но определяемых концентрациях (от миллиардных до триллионных объемных частей) выводятся с выдыхаемым воздухом, а также присутствуют в поте, слюне, моче и кале.

Место метаболомики дыхания среди других «омик» / Maryam Khoubnasabjafari et al. / Critical Reviews in Analytical Chemistry, 2021

Однако помимо этих, эндогенных ЛОС, в дыхании человека содержатся экзогенные примеси: от пищи, напитков, некоторых лекарств, табака и атмосферных химикатов, а также продукты метаболизма микробиома (в первую очередь, ротовой полости, дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта). Общее число известных «дыхательных» ЛОС уже больше 3000 (о числе запахов и трудностях с определением базовых измерений пространства обоняния читайте в материале «Феноменология духа» https://nplus1.ru/…mensionality). Все это существенно осложняет определение запахов отдельных заболеваний.

Тем не менее, эти методики уже есть и продолжают разрабатываться.