Синтетический спирт получают гидратированием этилена, содержащегося в крекинговых газах, изотопный состав углерода в котором резко отличается от растительного. Безусловно, химический состав примесей пищевого и синтетического спиртов различен и его легко можно зафиксировать с помощью, например, газового хроматографа. Однако, добавка ведра самогона в железнодорожную цистерну чистого синтетического спирта приводит к тому, что хроматограф окажется бессильным. В то же время измерение изотопного состава углерода даст однозначный ответ на вопрос, какой из спиртов пищевой, а какой синтетический.

Не спиртом единым жив человек! Все продукты питания несут на себе изотопную метку. А поскольку человек есть то, что он ест (и пьет), то и он несет эту метку. Изотопный состав углерода у американца (d 13С заключена в интервале от -19 ‰ до –13 ‰) заметно отличается от того, что у европейца (d 13С лежит между -28 ‰ и –21 ‰). Объяснить это не трудно. В диете европейца преобладают растения типа С3, растения этого же типа идут и на корм скоту. А в США значительно большую долю рациона и людей, и домашних животных составляет кукуруза и сахарный тростник, относящиеся к растениям С4. Экспериментально проверить это решил Тур Стерлинг из университета штата Юта. В 1996 году он отправился в геофизическую экспедицию в Монголию на четыре месяца. Каждое утро он собирал там остатки своих волос после бритья и упаковывал их в отдельные маркированные пакетики. Вернувшись в США, он продолжал это делать еще два месяца. А затем Крэг Кук, биолог из того же университета, провел изотопный анализ углерода волос. Оказалось, что во время пребывания в Монголии он изменился с –16 ‰ до –23 ‰, а через три недели после возвращения из экспедиции состав снова стал нормальным для американца. Интересно, что Стерлинг в середине своей командировки вернулся из монгольской “глубинки” в Улан-Батор и жил там в течение двух недель в посольстве США, питаясь американскими продуктами. Этот эпизод с соответствующим сдвигом нашел свое отражение на графике зависимости изотопного состава углерода от времени. Все это однозначно свидетельствует о связи изотопного состава с диетой.

Изотопная метка человека помогает органам, контролирующим наличие у спортсмена следов применения допинговых препаратов. Известно, что проблема их употребления решается химико-аналитическими методами. Но если принимаемый препарат совпадает с эндогенным, т.е. вырабатываемым организмом человека, то стандартная аналитика бессильна. Именно такая ситуация имеет место в случае тестостерона – одного из основных допингов. Однако, у синтетического тестостерона изотопный состав углерода существенно отличается от d 13С американца и, тем более, европейца. Поэтому измеренная величина d 13С дает однозначный ответ о происхождении тестостерона.

Вообще, проблема источника происхождения стоит очень остро будь то разлитая в океане нефть, или вино в бутылке с наклейкой “Бордо”, или ванилин, по документам привезенный с Коморских островов. Такие задачи можно перечислять достаточно долго. В США и Европейском Союзе они решаются с помощью изотопной масс-спектрометрии: измеряется изотопный состав углерода, водорода, кислорода и азота исследуемого образца и сопоставляется с соответствующими величинами из банка данных. Это можно проиллюстрировать примером, показав фрагмент банка данных по изотопному составу кислорода в винах, производимых в странах Европейского Союза и в ряде приграничных к нему государств (в основном, стран среднеземноморского региона).

На приведенном графике по оси ординат отложен изотопный состав кислорода в вина (в единицах d 18О), а по оси абсцисс – район виноделия (в порядке убывания d 18О). Пользуясь этим банком данных идентифицируют место происхождения вина или проверяют его маркировку. Более сложная ситуация имеет место в случае нефти: здесь изотопный состав – одна из составляющих банка данных, который содержит кроме этого сведения о биомаркерах и микроэлементах нефти из каждой скважены.

С изотопным составом человека связано широкое распространение в последние три-четыре года в развитых странах нового неинвазивного метода диагностики ряда заболеваний. Удобно проиллюстрировать это на примере болезней желудочно-кишечного тракта. В 1994 году Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) официально признала факт инфекционного происхождения колита, гастрита, язвы двенадцатиперстной кишки и язвы желудка. Причиной перечисленных заболеваний является открытая в 1983 году бактерия Helicobacter pylori (H. pylori). Эта бактерия благодаря тому, что она окружена энзимом уреаза, может существовать в кислой среде желудка. Уреаза разлагает мочевину на аммиак и углекислый газ.

Это свойство уреазы положено в основу диагностики инфицирования пациента: если H. pylori присутствуют, мочевина разлагается, если бактерий нет, то проходит желудочно-кишечный тракт без разложения. Пациент через узкую трубку, доходящую до дна пробирки, делает выдох. Пробирка закрывается и маркируется. Пациенту дают выпить сок (или воду), в котором растворено около 70 мг мочевины, обогащенной стабильным изотопом углерода 13С. Через полчаса проводят повторный отбор пробы выдыхаемого воздуха в другую маркированную пробирку. Если пациент инфицирован, то углекислый газ в выдыхаемом им после приема мочевины воздухе будет обогащен изотопом 13С. При этом, чем больше в желудке бактерий H. pylori, тем больше это обогащение. Описанная процедура носит название “Уреазный дыхательный тест”.

Наши знания о протекании биохимических процессов в организме здорового человека и об их нарушениях при тех или иных заболеваниях открывают широкие возможности применения дыхательного теста для диагностики. При этом в качестве изотопно меченного маркера выбирается такое соединение, одним из продуктов метаболизма которого выступает углекислый газ. В настоящее время разработаны неинвазивные методики диагностики экзокринной недостаточности поджелудочной железы, нарушений кинетики аминокислотного метаболизма и формирования белков. Также с помощью дыхательного теста контролируют энзимную функцию печени, активность окисления жирных кислот, время прохождения пищи через желудочно-кишечный тракт. Идеальным прибором для изотопной диагностики оказался масс-спектрометр BreathMATplus. Уникальная точность, высокая производительность, простота эксплуатации сделали этот прибор незаменимым во врачебной практике развитых стран, предоставив возможность не только устанавливать факт заболевания, но и отслеживать результаты лечения. По европейской статистике достаточно одного такого прибора на миллион жителей.