Команда учёных из МГУ разработала новый метод диагностики состояния дыхательных путей на основе анализа выдыхаемого воздуха. Его можно использовать, чтобы следить за состоянием здоровья космонавтов во время и после полёта.
Специалисты исследовали белки, содержащиеся в конденсате выдыхаемого воздуха (КВВ) космонавтов до и после полёта. Оказалось, что белковый состав в двух этих случаях значительно отличается. После длительного полёта и посадки в выдыхаемом воздухе появились новые белки, свидетельствующие о повреждениях внутри организма космонавта.
Авторы исследования поясняют: конденсат выдыхаемого воздуха — это проба, которую получают из выдыхаемого пациентом воздуха при его охлаждении. В нём содержатся разные биологические вещества, такие как белки, липиды и нуклеотиды, по которым можно судить о патологических процессах в организме. При этом сбор КВВ — неинвазивный метод, он не требует сложных процедур и применим даже к пациентам в очень тяжёлом состоянии.
Однако анализ конденсата выдыхаемого воздуха нельзя назвать идеальным диагностическим методом из-за очень низкого содержания макромолекул в выдыхаемом воздухе. Задачу осложняет также их большая вариабельность и то, что молекулы обычно попадают в выдыхаемый воздух только частично.
Эти проблемы попытались решить исследователи из Международного биотехнологического центра МГУ при изучении КВВ космонавтов.
Учёные разработали метод диагностики состояния космонавтов на основе изучения белков, содержащихся в КВВ. Выдыхаемый космонавтами воздух собирали в охлаждаемые ёмкости, получая конденсат, а потом с помощью лиофилизации (осторожного высушивания) выделяли из него белки.
Пробы брали у космонавтов до и после продолжительных орбитальных полётов на Международную космическую станцию, в ходе предполётной подготовки, в момент посадки спускаемых аппаратов и через семь суток после посадки.
Выделенные белки сначала гидролизовали, то есть расщепляли на отдельные части, с помощью фермента трипсина. После этого их изучали методом масс-спектрометрии ультравысокого разрешения в сочетании с высокоэффективной жидкостной хроматографией. После получения данных с масс-спектрометра их долго обрабатывали с помощью различных биоинформатических методов — в основном тех, которые подразумевают работу с большими массивами данных.
"Применение математических методов компьютерного анализа стало действительно прорывом, поскольку КВВ не позволяет проводить количественный анализ белков, более того, белки в нём присутствуют в виде отдельных фрагментов и в крайне низкой концентрации", — сообщает Кристина Федорченко, ассистент Международного биотехнологического центра МГУ.
По результатам исследования учёные обнаружили 44 белка, которые появились после долгого полёта и посадки. Среди них было много белков иммунного ответа, что свидетельствует о повреждении клеток и сосудов. В некоторых пробах даже обнаружили белки-онкомаркеры. Таким образом, благодаря изучению КВВ станет возможно вовремя диагностировать патологические изменения в состоянии космонавтов, говорят авторы работы.
Впрочем, с помощью разрабатываемого подхода можно будет создать новый метод ранней диагностики онкологических и респираторных заболеваний не только для космонавтов. Особенно пригодится анализ конденсата выдыхаемого воздуха для работы с пациентами, которые подвержены высокому риску развития различных патологий дыхательной системы.
Метод также можно использовать и для фундаментальных исследований: он поможет подробно изучить, как развиваются патологические изменения на ранних стадиях онкологических заболеваний, добавляют учёные.
Отметим, что создаваемые подходы к проведению масштабных исследований КВВ в условиях клиники, а также подходы к сбору, хранению, подготовке и анализу образцов являются абсолютно новыми. На их базе впоследствии будут созданы протоколы методов диагностики на стадии научно-исследовательских работ.
Результаты работы российских специалистов опубликованы в издании Expert Review of Proteomics. Исследование проводилось совместно с Институтом биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН.
Напомним, ранее стало известно, что невесомость влияет на здоровье космонавтов на молекулярном уровне, а также отрицательно воздействует на гены. Также исследователи установили, что космические миссии делают сердца астронавтов сферическими.
