Physical trauma alters the spectrum of volatile organic compounds in mouse urine

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The volatile metabolome, reflecting disease-related specific and nonspecific metabolic changes, forms the “olfactory image” of the disease. We investigated changes in the urine volatile metabolome as a result of mild physical trauma – subcutaneous injection. We showed that detection animals, dogs and mice, distinguished the urinary volatile metabolites of model mice subjected to physical trauma (saline injection) from both intact controls and mice injected with healthy and tumor-affected liver tissue. Two successive injuries increased the similarity of odors between healthy and tumor-affected mice. We conclude that physical trauma contributes significantly to the “olfactory image” of the disease.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

Е. Rodionova

Kharkevich Institute for Information Transmission Problems

Autor responsável pela correspondência
Email: a.rodionova@gmail.com
Rússia, Moscow

O. Morozova

N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology оf the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: a.rodionova@gmail.com
Rússia, Moscow

M. Kochevalina

Kharkevich Institute for Information Transmission Problems

Email: a.rodionova@gmail.com
Rússia, Moscow

G. Kogun

Aviation Security Service, Aeroflot

Email: a.rodionova@gmail.com

Cynological Division

Rússia, Moscow

Bibliografia

  1. Родионова Е. И., Кочевалина М. Ю., Котенкова Е. В., Морозова О. В., Когунь Г. А., Батаева Е. Л., Амбарян А. В. Распознавание животными-макросматиками летучих органических веществ, связанных с развитием гепатокарциномы: подходы к поиску маркеров онкологических заболеваний // Изв. РАН. Сер. биол. 2015. № 3. С. 293–301.
  2. Кочевалина М. Ю., Трунов В. Г. Принципы организации базы данных для поведенческих экспериментов с животными-макросматиками // Успехи современной науки. 2016. Т. 3. № 4. С. 130–133.
  3. Кочевалина М. Ю., Трунов В. Г., Морозова О. В., Когунь Г. А., Родионова Е. И. Изменение запаха мочи мышей в динамике формирования перевитой опухоли гепатокарциномы Н33 // Изв. РАН. Сер. биол. 2020. № 5. С. 517–525.
  4. Alves G. J., Vismari L., Lazzarini R., Merusse J. L., Palermo-Neto J. Odor cues from tumor-bearing mice induces neuroimmune changes // Behav. Brain Res. 2010. V. 214. P. 357–367. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2010.06.003
  5. Arakawa H., Arakawa K., Deak T. Sickness-related odor communication signals as determinants of social behavior in rat: a role for inflammatory processes // Horm. Behav. 2010. V. 57. № 3. P. 330‒341. https://doi.org/10.1016/j.yhbeh.2010.01.002
  6. Arbuckle E. P., Smith G. D., Gomez M. C., Lugo J. N. Testing for odor discrimination and habituation in mice // JoVE. 2015. V. 99. P. e52615. doi: 10.3791/52615
  7. Bijland L. R., Bomers M. K., Smulders Y. M. Smelling the diagnosis: A review on the use of scent in diagnosing disease // Neth. J. Med. 2013. V. 71. P. 300–307.
  8. Concha A. Detection of Human Diseases for Medical Diagnostics // Olfactory Research in Dogs / Ed. Lazarowski L. Cham: Springer International Publishing. 2023. P. 291–331. https://doi.org/10.1007/978-3-031-39370-9_12
  9. Fitzgerald S., Holland L., Ahmed W., Piechulla B., Fowler S. J., Morrin A. Volatilomes of human infection // Anal. Bioanal. Chem.2024. V. 416. P. 37–53. https://doi.org/10.1007/s00216-023-04986-z
  10. Gervasi S. S., Opiekun M., Martin T., Beauchamp G. K., Kimball B. A. Sharing an environment with sick conspecifics alters odors of healthy animals // Sci. Rep. 2018. V. 8. P. 14255. https://doi.org/10.1038/s41598-018-32619-4
  11. Gordon A. R., Kimball B. A., Sorjonen K., Karshikoff B., Axelsson J., Lekander M., Lundström J. N., Olsson M. J. Detection of inflammation via volatile cues in human urine // Chem. Senses. 2018. V. 43. P. 711–719. https://doi.org/10.1093/chemse/bjy059
  12. Gouzerh F., Bessière J. M., Ujvari B., Thomas F., Dujon A. M., Dormont L. Odors and cancer: Current status and future directions // Biochim. Biophys. Acta (BBA). Reviews on Cancer. 2022. V. 1877. P. 188644. https://doi.org/10.1016/j.bbcan.2021.188644
  13. Jezierski T., Walczak M., Górecka A. Information-seeking behaviour of sniffer dogs during match-to-sample training in the scent lineup // Pol. Psychol. Bull. 2008. P ??? https://doi.org/10.2478/v10059-008-0010-y
  14. Juge A. E., Foster M. F., Daigle C. L. Canine olfaction as a disease detection technology: A systematic review // Appl. Anim. Behav. Sci. 2022. V. 253. P. 105664. https://doi.org/10.1016/j.applanim.2022.105664
  15. Kavaliers M., Colwell D. D. Exposure to the Scent of Male Mice Infected With the Protozoan Parasite, Eimeria vermiformis, Induces Opioid-and Nonopioid- Mediated Analgesia in Female Mice // Physiol. Behav. 1992. V. 52. P. 373–377. https://doi.org/10.1016/0031-9384(92)90286-B
  16. Kavaliers M., Colwell D. D. Odours of parasitized males induce aversive responses in female mice // Anim. Behav. 1995. V. 50. P. 1161–1169. https://doi.org/10.1016/0003-3472(95)80032-8
  17. Kimball B. A., Cohen A. S., Gordon A. R., Opiekun M., Martin T., Elkind J., Lundström J. N., Beauchamp G. K. Brain injury alters volatile metabolome // Chem. Senses. 2016a. V. 41. № 5. P. 407–414. https://doi.org/10.1093/chemse/bjw014
  18. Kimball B. A., Opiekun M., Yamazaki K., Beauchamp G. K. Immunization alters body odor // Physiol. Behav. 2014. V. 128. P. 80–85. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2014.01.022
  19. Kimball B. A., Wilson D. A., Wesson D. W. Alterations of the volatile metabolome in mouse models of Alzheimer’s disease // Sci. Rep. 2016b. V. 14. № 6, P. 19495. https://doi.org/10.1038/srep19495
  20. Kimball B. A., Yamazaki K., Kohler D, Bowen R. A., Muth J. P., Opiekun M., Beauchamp G. K. Avian influenza infection alters fecal odor in mallards // PLoS ONE. 2013. V. 8. № 10. P. e75411. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0075411
  21. Kiyokawa Y., Kikusui T., Takeuchi Y., Mori Y. Removal of the vomeronasal organ blocks the stress-induced hyperthermia response to alarm pheromone in male rats // Chem. Senses. 2007. V. 32. № 1. Р. 57–64. https://doi.org/10.1093/chemse/bjl036
  22. Kochevalina M. Y., Bukharina A. B., Trunov V. G., Pento A. V., Morozova O. V., Kogun G. A., Simanovsky Y. O., Nikiforov S. M., Rodionova E. I. Changes in the urine volatile metabolome throughout growth of transplanted hepatocarcinoma // Sci. Rep. 2022. V.12. P. 7774. https://doi.org/10.1038/s41598-022-11818-0
  23. Kwak J., Willse A., Matsumura K., Curran Opiekun M., Yi W., Preti G., Yamazaki K., Beauchamp G. K. Genetically-based olfactory signatures persist despite dietary variation // PLoS One. 2008. V. 3. P. e359.1 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0003591
  24. Kwak J., Willse A., Preti G., Yamazaki K., Beauchamp G. K. In search of the chemical basis for MHC odourtypes // Proc. Roy. Soc. London, Ser. B, Biol. Sci. 2010. V. 277. P. 2417–2425. https://doi.org/10.1098/rspb.2010.0162
  25. Lazarevich N. L., Cheremnova O. A., Varga E. V., Ovchinnikov D. A., Kudrjavtseva E. I., Morozova O. V., Fleishman D. I., Engelhardt N. V., Duncan S. A. Progression of HCC in mice is associated with a downregulation in the expression of hepatocyte nuclear factors // Hepatology. 2004.V. 39. P. 1038–1047. doi: 10.1002/hep.20155
  26. Lazarowski L., Davila A., Krichbaum S., Cox E., Smith J. G., Waggoner L. P., Katz J. S. Matching-to-sample abstract-concept learning by dogs (Canis familiaris) // J. Exp. Psychol. Anim. Learn. Cogn. 2021. V. 47. P. 393–400. https://doi.org/10.1037/xan0000281
  27. Marchal S., Bregeras O., Puaux D., Gervais R., Ferry B. Rigorous training of dogs leads to high accuracy in human scent matching-to-sample performance // PLoS One. 2016. V. 11. P. e0146963. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0146963
  28. Olsson M. J., Lundström J. N., Kimball B. A., Gordon A. R., Karshikoff B., Hosseini N., Sorjonen K., Olgart Höglund C., Solares C., Soop A., Axelsson J. The scent of disease: human body odor contains an early chemosensory cue of sickness // Psychol. Sci. 2014. V. 25. P. 817–823. https://doi.org/10.1177/0956797613515681
  29. Penn D. J., Schneider G., White K., Slev P., Potts W. Influenza infection neutralizes the attractiveness of male odour to female mice (Mus musculus). Ethology. 1998. V. 104. P. 685–694. https://doi.org/10.1111/j.1439-0310.1998.tb00102.x
  30. Schellinck H. M., Rooney E., Brown R. E. Odors of individuality of germfree mice are not discriminated by rats in a habituation-dishabituation procedure // Physiol. Behav. 1995. V. 57. Р. 1005–1008. https://doi.org/10.1016/0031-9384(94)00353-7
  31. Sun X, Li L, He W, Wang DR, Huang ZL, Wang YQ. Adenosine A2A receptor neurons in the olfactory bulb mediate odor-guided behaviors in mice // Brain Research. 2021. V? P? Oct 1;1768:147590. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2021.147590
  32. Tarland E., Brosda J. Male rats treated with subchronic PCP show intact olfaction and enhanced interest for a social odour in the olfactory habituation/dishabituation test // Behav. Brain Res. 2018. V. 345. P. 13–20. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2018.02.023
  33. Yamazaki K., Boyse E. A., Bard J., Curran M., Kim D., Ross S. R., Beauchamp G. K. Presence of mouse mammary tumor virus specifically alters the body odor of mice // Proc. Natl. Acad. Sci. 2002. V. 99. P. 5612–5615. https://doi.org/10.1073/pnas.082093099
  34. Yang M., Crawley J. N. Simple behavioral assessment of mouse olfaction // Curr. Protoc. Neurosci. 2009. V. 48. P. 8–24. https://doi.org/10.1002/0471142301.ns0824s48

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Scheme of injections and formation of experimental groups of “patient” mice.

Baixar (241KB)
Metadados
3. Fig. 2. Time of exploration of BDF male urine samples collected before and after saline injection by sensor mice. The ordinate axis shows the time of sniffing the odor sample in seconds. The abscissa axis shows the sequence of odor sample presentation: the first, second, and last columns show the time of exploration of intact male urine samples (intact), the third column shows the time of exploration of the same male urine sample after saline injection. The lower and upper boundaries of the rectangle are the 0.25- and 0.75-quantiles. The bold line is the median (0.5-quantile). The “whiskers” of the diagram and the crosses show the minimum, maximum value of the sample, and outliers, respectively.

Baixar (99KB)
Metadados
4. Fig. 3. Analysis of donor urine samples after injections of saline and healthy liver tissue. The ordinate axis shows the time of sniffing the odor sample in seconds. The abscissa axis shows the sequence of presentation of the odor samples: columns 1–3 are water samples, columns 4–6 and 7–9 are two sequentially presented urine samples of a BDF male after injection of healthy liver tissue (upper block) and after injection of saline (lower block). Columns 10–12 are urine samples of a BDF male after injection of saline (upper block) and healthy liver tissue (lower block). The lower and upper boundaries of the rectangle are the 0.25- and 0.75-quantile. The crossbar is the median (0.5-quantile). The “whiskers” of the diagram and the crosses show the minimum, maximum value of the sample and outliers, respectively.

Baixar (107KB)
Metadados
5. Fig. 4. Effect of the number of injections in male mice on the reaction of dogs. The ordinate axis shows the number of dog reactions to urine odor tests as a percentage of the total number of tests of this type that participated in the experiment. The abscissa axis shows the number of injections. Gray columns show the number of reactions to urine tests of sick animals, black columns show the number of reactions to urine tests of animals in the control group.

Baixar (131KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».