Volatile organic compounds (VOC) of pathogen and host - potential biomarkers of bacterial infections
Final Report Abstract
Fazit zur Nutzung von VOC als diagnostische Marker für das Vorhandensein von MAP in vitro: In der Summe aller In-vitro-Studien konnte ein ‚Core-Profil‘ für MAP definiert werden, welches das Potential hat, diagnostisch nutzbar gemacht zu werden. Interessanterweise waren typische Veränderungen im VOC-Profil über der Bakterienkulturen zeitlich früher messbar als das kulturelle Wachstum visuell detektiert werden konnte. Auch die Unterscheidung von Stämmen anhand ihrer VOC-Profile scheint möglich zu sein. Die zur Standardisierung des neuen diagnostischen Ansatzes zu berücksichtigenden methodischen und biologischen Einflussfaktoren sind identifiziert sowie bezüglich ihres Einflusses auf das erwartete Untersuchungsergebnis evaluiert und können für die Etablierung standardisierter Protokolle herangezogen werden. Fazit zur Nutzung von VOC als diagnostische Marker für das Vorhandensein von MAP in vivo: Die im Rahmen des Projektes durchgeführten In-vivo-Untersuchungen unterstreichen das Potential der VOC Analyse für diagnostische Anwendungen, machen aber auch deutlich, dass für eine korrekte Interpretation der VOC-Profile viele Einflussfaktoren einbezogen werden müssen. Nur einige der von Bakterien erzeugten Markerverbindungen lassen sich im Atemgas der Tiere in erhöhten Konzentrationen nachweisen, andere Konzentrationsänderungen ergeben sich z. B. durch Erreger-Wirt-Interaktionen bzw. die Antwortreaktionen des Wirtsorganismus, durch Nahrungs- und Fütterungseinflüsse, Stoffwechselsituation, Atemphase oder vorhergehende Expositionen. Berücksichtigt man diese Faktoren, lassen sich sogar im Feldversuch (unter Realbedingungen) Unterschiede der VOC-Profile zwischen infizierten und nicht infizierten Tierherden in Atemgas- und Kotproben nachweisen. Besonders vielversprechend für einen praktischen Ansatz erscheinen die Ergebnisse der Echtzeit-Stallluft-Messungen, bei denen sich die dort gemessenen Profile auch in Kohorten mit nur wenigen infizierten Tieren von infektionsfreien Gruppen unterschieden.
Publications
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Impact of food intake on in vivo VOC concentrations in exhaled breath assessed in a caprine animal model. J. Breath Res. 9 (2015) 047113
Fischer, S.; Bergmann, A.; Steffens, M.; Trefz, P.; Ziller, M.; Miekisch, W.; Schubert, J.S.; Köhler, H.; Reinhold, P.
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In vivo volatile organic compound signatures of Mycobacterium avium subsp.paratuberculosis. PLoS ONE (2015); 10(4): e0123980
Bergmann, A.; Trefz, P.; Fischer, S.; Klepik, K.; Walter, G.; Steffens, M.; Ziller, M.; Schubert, J.K.; Reinhold, P.; Köhler, H.; Miekisch, W.
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Physiological variability in volatile organic compounds (VOCs) in exhaled breath and released from faeces due to nutrition and somatic growth in a standardized caprine animal model. J. Breath Res. 9 (2015) 027108
Fischer, S.; Trefz, P.; Bergmann, A.; Steffens, M.; Ziller, M.; Miekisch, W.; Schubert, J.S.; Köhler, H.; Reinhold, P.
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Effects of biological and methodological factors on volatile organic compound patterns during cultural growth of Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis. J. Breath Res. 10 (2016) 037103
Küntzel, A.; Fischer, S.; Bergmann, A.; Oertel, P.; Steffens, M.; Trefz, P.; Miekisch, W.; Schubert, J.K.; Reinhold, P; Köhler, H.
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Strategies for the identification of disease-related patterns of volatile organic compounds: prediction of paratuberculosis in an animal model using random forests. Journal of Breath Research 11 (2017) 047105
Kasbohm, E.; Fischer, S.; Küntzel, A.; Oertel, P.; Bergmann, A.; Trefz, P.; Miekisch, W.; Schubert, J.K.; Reinhold, P.; Ziller, M.; Fröhlich, A.; Liebscher, V.; Köhler, H.
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Animal science meets agricultural practice: Preliminary results of an innovative technical approach for exhaled breath analysis in cattle under field conditions. Berl Münch Tierärztl Wochenschr (2018)
Küntzel, A.; Oertel, P.; Trefz, P.; Miekisch, W.; Schubert, J.; Köhler, H.; Reinhold, P.
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Comparative analysis of volatile organic compounds for the classification and identification of mycobacteria species. PLoS One. 2018 Mar 20;13(3):e0194348
Küntzel, A.; Oertel, P.; Fischer, S.; Bergmann, A.; Trefz, P.; Schubert, J.; Miekisch, W.; Reinhold, P.; Köhler, H.
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Continuous real-time breath analysis in ruminants: Effect of eructation on exhaled VOC profiles. Journal of Breath Research 12 (2018) 036014
Oertel, P.; Küntzel, A.; Reinhold, P.; Köhler, H.; Kolb, J.; Schubert, J.; Miekisch, W.
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Evaluation of needle trap micro extraction and solid-phase micro-extraction: Obtaining comprehensive information on volatile emissions from in vitro cultures. Biomedical Chromatography (2018) e4285
Oertel, P.; Bergmann, A.; Fischer, S.; Trefz, P.; Küntzel, A.; Reinhold, P.; Köhler, H.; Schubert J.K.; Miekisch, W.
