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Publicação
Characterisation of volatilomics in fungal samples extracted from the homes of patients with hypersensitivity pneumonitis
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Resumo(s)
A cell-mediated hypersensitive response to inhaled environmental antigens results in hypersensitivity pneumonitis (HP), an interstitial lung disease. It is the third most frequent ILD and is more common in workers exposed to mold and microbiological pollutants. Clinical and immunological evaluations are used in the diagnosis process. The phenotypical identification of fungi species is crucial for differentiating these microorganisms, involving the observation of colonial morphological characteristics. However, this method has limitations such as the time required for cultivation and the need for highly qualified professionals for this purpose. Produced by bacteria, fungus, and other microorganisms, volatile organic compounds (VOCs) are part of the metabolism of these microbes and have an important role in many fields. Those compounds include some functional groups such as alcohols, ketones, benzenoids, carboxylic acids and aldehydes. In this project, the goal consisted of identifying distinct VOC profiles from samples of fungi collected in homes of patients with HP. The volatile organic compound profiles from five fungi collected in the houses of patients with hypersensitivity pneumonitis (Penicillium sp., Alternaria sp., Gliocladium virens, Aspergillus flavus and Aspergillus niger) were evaluated using e-nose and the findings were compared with phenotypic identification based on mycological methods. Principal component analysis (PCA) was used for dimensionality reduction and hierarchical clustering was used to group related profiles into nested structures. Chi-square tests were used to compare proportions between clusters, and ROC curves were created using the data to assess the profile's sensitivity and specificity. Results of the e-nose analysis showed a significant differentiation in the profiles of volatile organic compounds after 48 hours of inoculation. The VOC profiles consisted essentially in alkanes, ketones, alcohols, aromatic hydrocarbons and aldehydes. Also, the methodology was effective in clearly differentiating the Penicillium sp. from other samples. All fungi apart from Alternaria sp. were clearly differentiated from the control group. The findings also enabled the creation of a possible model to predict fungi exposure at home, verified by the high area under the ROC curve. The current study has shown that the electronic nose has a lot of promise as a quick and efficient method for distinguishing various fungi species.
Uma resposta hipersensível, mediada por células, a antígenos ambientais inalados resulta em pneumonite por hipersensibilidade (PH), uma doença pulmonar intersticial. É a terceira DPI mais frequente e é mais comum em trabalhadores expostos ao bolor e poluentes microbiológicos. Avaliações clínicas e imunológicas são utilizadas no processo de diagnóstico. A identificação fenotípica das espécies de fungos é crucial para diferenciar esses microrganismos, envolvendo a observação das características morfológicas coloniais. No entanto, esse método tem limitações, como o tempo necessário para o cultivo e a necessidade de profissionais altamente qualificados para esse fim. Produzidos por bactérias, fungos e outros microrganismos, os compostos orgânicos voláteis (COV) fazem parte do metabolismo desses micróbios e têm um papel importante em muitos campos. Esses compostos incluem alguns grupos funcionais, como álcoois, cetonas, benzenóides, ácidos carboxílicos e aldeídos. Neste projeto, o objetivo consistiu em identificar perfis distintos de COV a partir de amostras de fungos coletadas nas casas de pacientes com PH. Os perfis de compostos orgânicos voláteis de cinco fungos coletados nas casas de pacientes com pneumonite por hipersensibilidade (Penicillium sp., Alternaria sp., Gliocladium virens, Aspergillus flavus e Aspergillus niger) foram avaliados usando um nariz eletrónico e os resultados foram comparados com a identificação fenotípica baseada em métodos micológicos. A análise de componentes principais (PCA) foi utilizada para redução da dimensionalidade e o agrupamento hierárquico foi utilizado para agrupar perfis relacionados em estruturas aninhadas. Testes qui-quadrado foram usados para comprar proporções entre os clusters, e curvas ROC foram criadas usando os dados para avaliar a sensibilidade e a especificidade do perfil. Os resultados da análise do nariz eletrónico mostraram uma diferenciação significativa nos perfis dos compostos orgânicos voláteis após 48 horas de inoculação. Os perfis de COV consistiram essencialmente em alcanos, cetonas, álcoois, hidrocarbonetos aromáticos e aldeídos. Além disso, a metodologia foi eficaz na diferenciação clara do Penicillium sp. relativamente às outras amostras. Todos os fungos, exceto Alternaria sp., foram claramente diferenciados do grupo de controlo. As descobertas também permitiram a criação de um modelo possível para prever a exposição a fungos em casa, verificado pela alta área sob a curva ROC. O presente estudo mostrou que o nariz eletrónico é muito promissor como método rápido e eficiente para distinguir várias espécies de fungos.
Uma resposta hipersensível, mediada por células, a antígenos ambientais inalados resulta em pneumonite por hipersensibilidade (PH), uma doença pulmonar intersticial. É a terceira DPI mais frequente e é mais comum em trabalhadores expostos ao bolor e poluentes microbiológicos. Avaliações clínicas e imunológicas são utilizadas no processo de diagnóstico. A identificação fenotípica das espécies de fungos é crucial para diferenciar esses microrganismos, envolvendo a observação das características morfológicas coloniais. No entanto, esse método tem limitações, como o tempo necessário para o cultivo e a necessidade de profissionais altamente qualificados para esse fim. Produzidos por bactérias, fungos e outros microrganismos, os compostos orgânicos voláteis (COV) fazem parte do metabolismo desses micróbios e têm um papel importante em muitos campos. Esses compostos incluem alguns grupos funcionais, como álcoois, cetonas, benzenóides, ácidos carboxílicos e aldeídos. Neste projeto, o objetivo consistiu em identificar perfis distintos de COV a partir de amostras de fungos coletadas nas casas de pacientes com PH. Os perfis de compostos orgânicos voláteis de cinco fungos coletados nas casas de pacientes com pneumonite por hipersensibilidade (Penicillium sp., Alternaria sp., Gliocladium virens, Aspergillus flavus e Aspergillus niger) foram avaliados usando um nariz eletrónico e os resultados foram comparados com a identificação fenotípica baseada em métodos micológicos. A análise de componentes principais (PCA) foi utilizada para redução da dimensionalidade e o agrupamento hierárquico foi utilizado para agrupar perfis relacionados em estruturas aninhadas. Testes qui-quadrado foram usados para comprar proporções entre os clusters, e curvas ROC foram criadas usando os dados para avaliar a sensibilidade e a especificidade do perfil. Os resultados da análise do nariz eletrónico mostraram uma diferenciação significativa nos perfis dos compostos orgânicos voláteis após 48 horas de inoculação. Os perfis de COV consistiram essencialmente em alcanos, cetonas, álcoois, hidrocarbonetos aromáticos e aldeídos. Além disso, a metodologia foi eficaz na diferenciação clara do Penicillium sp. relativamente às outras amostras. Todos os fungos, exceto Alternaria sp., foram claramente diferenciados do grupo de controlo. As descobertas também permitiram a criação de um modelo possível para prever a exposição a fungos em casa, verificado pela alta área sob a curva ROC. O presente estudo mostrou que o nariz eletrónico é muito promissor como método rápido e eficiente para distinguir várias espécies de fungos.
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Palavras-chave
Hypersensitivity pneumonitis Volatile organic compounds Electronic nose Fungi