通过真空辅助吸附剂提取从人类相关样品中捕获活性产生的微生物挥发性有机化合物

挥发性有机化合物（VOCs）在细菌检测和鉴定方面具有很大的前景，因为它们是从所有生物体中排放的，并且不同的微生物具有独特的VOC特征。挥发性分子已被用作检测各种呼吸道感染的非侵入性测量，包括慢性阻塞性肺病¹，尿^中的结核病²和呼吸机相关肺炎⁴，此外还区分囊性纤维化（CF）受试者和健康对照受试者^5，6。挥发性特征甚至已被用于区分CF中的特定病原体感染（金黄色葡萄球菌⁷，铜绿假单胞菌^8，9和金黄色葡萄球菌与铜绿假单胞菌¹⁰）。然而，由于这种生物样品的复杂性，通常很难确定特定挥发性有机化合物的来源。

从多种感染微生物中分离挥发性特征的一种策略是对单培养和共培养¹¹中的微生物进行顶空分析。顶空分析检查排放到样品上方“顶空”中的分析物，而不是嵌入样品本身的分析物。微生物代谢物通常在单一培养物中表征，因为在复杂的临床样品中难以确定微生物代谢物的来源。通过分析来自细菌单培养物的挥发物，微生物 在体外 产生的挥发物类型可能代表其挥发性库的基线。结合细菌培养物， 例如，创建共培养物，并分析产生的挥发性分子可以揭示细菌¹²之间的相互作用或交叉喂养。

鉴定挥发性分子微生物来源的另一种策略是提供用稳定同位素标记的营养来源。稳定同位素是天然存在的，具有不同数量中子的原子的非放射性形式。自20世纪30年代初以来，一种用于追踪动物活性代谢的策略¹³中，微生物以标记的营养来源为食，并将稳定同位素纳入其代谢途径。最近，重水（D₂O）形式的稳定同位素已被用于鉴定临床CF痰液样本¹⁴中代谢活性的金黄色葡萄球菌。在另一个例子中，¹³个C标记的葡萄糖已被用于证明铜绿假单胞菌和Rothia mucilaginosa¹²的CF临床分离物之间代谢物的交叉喂养。

随着质谱技术的进步，检测挥发性线索的方法已经从定性观察转向更定量的测量。通过使用气相色谱质谱（GC-MS），大多数实验室或临床环境都能够处理生物样品。许多调查挥发性分子的方法已被用于分析样品，例如食品，细菌培养物和其他生物样品，以及空气和水以检测污染。然而，具有高通量的几种常见挥发性取样方法需要溶剂，并且不能以真空萃取提供的优点进行。此外，分析通常需要更大体积或数量（大于0.5 mL）的样品材料^{15，16，17，18，19}，尽管这是底物特异性的，需要针对每种样品类型和方法进行优化。

在这里，采用真空辅助吸附剂提取（VASE）然后在GC-MS上进行热解吸，以调查细菌单培养物和共培养物的挥发性分布，并鉴定来自人类粪便，唾液，污水和痰液样品的稳定同位素探测的活性挥发物（图1）。在样品量有限的情况下，从低至15μL的痰中提取VOCs。对人类样品的同位素探测实验需要添加稳定的同位素源，如 ¹³°C葡萄糖和培养基来培养微生物群落的生长。挥发物的活性生产被GC-MS确定为更重的分子。在静态真空下提取挥发性分子能够以更高的灵敏度检测挥发性分子^20，21，22。