Flüchtige organische Substanzen im Atemgas: IMS-basierte Biomarker für die Diagnostik der Paratuberkulose bei Ziegen

Einleitung:

Die Ausatemluft von Mensch und Tier enthält zahlreiche volatile organische Substanzen. Die Ionenbeweglichkeitsspektrometrie (IMS) ist ein Verfahren, um solche VOCs in gasförmigen Proben zu analysieren. In verschiedenen Pilotstudien wurde die Verwendbarkeit dieser Methode zur Atemluftanalyse gezeigt. Ziel der Studie war es, die Atemluft von infizierten Ziegen auf Biomarker für Paratuberkulose zu untersuchen.

Methoden:

Für die Studie wurden 28 Ziegen (2 × 14) oral mit Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis infiziert (Paratuberkulose-Modell). Die Kontrollgruppe bestand aus 16 nicht-infizierten gesunden Ziegen. Die Atemluft der Versuchs- und Kontrolltiere wurde zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb eines Jahres analysiert. Verwendet wurde hierfür ein differentielles IMS (microanalyzer SIONEX), gekoppelt mit einer Multikapillar-Säule. In den erhaltenen Spektrogrammen wurden die relevanten Peaks identifiziert und mittels Clusteranalyse gruppiert. Die Korrekt-Klassifikationsraten der möglichen identifizierten Marker für Paratuberkulose wurden mittels Diskriminanzanalyse und Leave-One-Out Kreuzvalidierung ermittelt.

Ergebnisse:

Je nach Schwellenwert der Geräteeinstellung wurden bis zu 200 verschiedene Cluster identifiziert, welche jeweils eine konkrete volatile Komponente repräsentieren. Zahlreiche Cluster zeigten signifikante Unterschiede zwischen den infizierten und den Kontrolltieren. Viele Cluster zeigten aber auch signifikante Unterschiede über den Verlauf der Studie, sowohl innerhalb der Versuchs- als auch der Kontrollgruppe (alle Tiere befanden sich im Wachstum).

Die kreuzvalidierte Korrektklassifikationsrate zu verschiedenen Messzeitpunkten für die Differenzierung von Versuchs- und Kontrolltieren betrug bis zu 85%.

Schlussfolgerung/Ausblick:

Die IMS kann als nicht-invasive Methode entwickelt werden, um Marker für Infektionskrankheiten (wie z.B. Paratuberkulose) zu detektieren und diese im Krankheitsverlauf zu verfolgen. Ihr besonderer Vorteil ist, dass relevante Marker direkt in der Ausatemluft zu analysieren sind, d.h., dass keine Probenvorbereitung erforderlich ist.

In Zukunft sind weitere Studien nötig, um die gefundenen Substanzen zu identifizieren und ihre Herkunft besser zu verstehen sowie um Wechselwirkungen mit der Umgebung oder anderen Erkrankungen abzuklären.