Proteomics of exhaled breath: methodological nuances and pitfalls

Abstract

Background: The analysis of exhaled breath condensate (EBC) can be an alternative to traditional endoscopic sampling of lower respiratory tract secretions. This is a simple non-invasive method of diagnosing respiratory diseases, in particular, respiratory inflammatory processes. Methods: Samples were collected with a special device-condenser (ECoScreen, VIASYS Healthcare, Germany), then treated with trypsin according to the proteomics protocol for standard protein mixtures and analyzed by nanoflow high-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) with a 7-Tesla Finnigan LTQ-FT mass spectrometer (Thermo Electron, Germany). Mascot software (Matrixscience) was used for screening the database NCBInr for proteins corresponding to the peptide maps that were obtained. Results: EBCs from 17 young healthy non-smoking donors were collected. Different methods for concentrating protein were compared in order to optimize EBC preparations for proteomic analysis. The procedure that was chosen allowed identification of proteins exhaled by healthy people. The major proteins in the condensates were cytoskeletal keratins. Another 12 proteins were identified in EBC from healthy non-smokers. Some keratins were found in the ambient air and may be considered exogenous components of exhaled air. Conclusions: Knowledge of the normal proteome of exhaled breath allows one to look for biomarkers of different disease states in EBC. Proteins in ambient air can be identified in the respiratory tract and should be excluded from the analysis of the proteome of EBC. The results obtained allowed us to choose the most effective procedure of sample preparation when working with samples containing very low protein concentrations. Clin Chem Lab Med 2009;47:706-12.

Temperatura do ar exalado, um novo biomarcador no controle da asma: um estudo piloto

“…Exhaled breath condensate has been analyzed in studies of interstitial lung disease, cancer, and acute respiratory failure; however, special attention should be paid to the degree and velocity of cooling of the fluid in exhaled breath, since the measurements can vary. (18) In cases of COPD and asthma, the analysis of exhaled breath condensate allows the evaluation of substances such as prostanoids and eicosanoids. In asthma patients, there are no changes in the levels of prostaglandins F 2α and E 2 , (19) whereas these levels are elevated in COPD patients.…”

A role of proteomic analysis of exhaled breath condensate in diagnosis of chronic obstructive pulmonary disease and pneumonia

“…Различные смеси белковых стандартов концентри ровали и гидролизовали трипсином, после чего проводили масс спектрометрический (МС) анализ. НаноВЭЖХ МС/МС анализ смесей белковых стан дартов позволил идентифицировать в образцах КВВ 40 фмоль каждого белка с высоким покрытием их первичных последовательностей [12].…”

“…В предварительных экспериментах нами и други ми авторами было показано, что цитоскелетные кератины являются основными белковыми компо нентами КВВ как курильщиков, так и некурящих здоровых людей [12,16]. Содержание кератинов зна чительно повышается в КВВ здоровых молодых ин тенсивно курящих людей [14,17].…”

Proteomic analysis of exhaled breath condensate for diagnosis of pathologies of the respiratory system

“…Будучи неинвазивной, процедура по сбору КВВ может быть осуществлена даже для пациентов с тяжёлым течением болезни [3]. Развитие и применение протеомных технологий для изучения белков в конденсатах выдыхаемого воздуха человека представляется перспективным и достаточно новым направлением [4,5]. Наиболее информативным методом для протеомного анализа является высокоэффективная жидкостная хроматография, совмещённая с тандемной масс-спектрометрией (ВЭЖХ-МС/МС).…”

“…Этот метод позволяет расширить динамический диапазон, повысить селективность анализа и обнаружить белки, концентрация которых в смеси отличается на несколько порядков. При работе с КВВ данное методологическое преимущество представляется критичным, поскольку нанограммовые количества потенциальных белков-маркеров в образце КВВ определяются in situ на фоне основных цитоскелетных белков и сложной низкомолекулярной матрицы неизвестного состава [5,6]. Наибольший интерес представляет исследование протеома КВВ с целью диагностики состояния дыхательной системы в норме и при патологии [7][8][9].…”