Обоняние плодовой мушки поможет обнаруживать наркотики и взрывчатку

Исследование Университета Сассекса показало, что обонятельная система мух может быть использована в новых технологиях для обнаружения наркотиков и взрывчатых веществ.

Учёный-нейробиолог профессор Томас Новатни с удивлением обнаружил, что «нос» плодовых мушек (Drosophila melanogaster) способен идентифицировать запахи запрещённых наркотиков и взрывчатых веществ почти так же точно, как и запахи вина. К вину насекомых естественным образом привлекает его сходство с запахом их любимой пищи — забродивших фруктов.

Исследование, опубликованное 15 октября 2014 года в журнале Bioinspiration and Biomimetics, приближает учёных к созданию электронных носов (e-noses), которые точно воспроизводят чувствительное обоняние животных.

Такие e-noses должны быть гораздо чувствительнее и быстрее, чем коммерчески доступные сегодня устройства, которые обычно основаны на металлооксидных сенсорах и работают очень медленно по сравнению с биологическим носом.

Профессор Новатни, руководивший исследованием вместе с коллегами из Университета Монаша и CSIRO (Австралия), заявил: «Собаки могут чуять наркотики, а людей обучали определять взрывчатку с помощью пчёл. Здесь же мы больше изучаем, что именно в носу — какие рецепторы — позволяет животным это делать».

«Изучая плодовых мушек, мы обнаружили, что, вопреки нашим ожиданиям, незнакомые запахи, например от взрывчатки, не только распознавались, но и распознавались с той же точностью, что и запахи, более релевантные для поведения мухи».

Учёные зафиксировали, как 20 различных рецепторных нейронов мух реагировали на два набора запахов:

• Экологически релевантный набор из 36 химических веществ, связанных с вином («винный набор»).
• Экологически нерелевантный набор из 35 химических веществ, связанных с опасными материалами, такими как наркотики, продукты горения и летучие компоненты взрывчатых веществ («промышленный набор»).

Измеряя частоту импульсов («firing rate») каждого нейрона, они оценили, какие запахи вызывали самую сильную реакцию. Затем с помощью компьютерной программы, симулирующей часть мозга мухи, отвечающую за распознавание, они показали, что ответы рецепторов содержат достаточно информации для идентификации запахов.

Результаты:

• Винный набор: 29 из 36 соединений вызвали чёткие возбуждающие реакции как минимум в одном рецепторном нейроне.
• Промышленный набор: мухи также отреагировали на 21 из 35 веществ, связанных с наркотиками и взрывчаткой.

Профессор Новатни добавил: «Долгосрочная цель этого направления исследований — «воссоздать» носы животных для технических применений. Помимо обнаружения взрывчатки, химического оружия и наркотиков, существует широкий спектр других возможных применений: контроль качества пищи, диагностика здоровья (анализ дыхания), мониторинг окружающей среды, геологический мониторинг (вулканы) и сельское хозяйство (обнаружение вредителей)».

«Успех мухи в идентификации «винного набора» может также оказаться полезным для винодельческой промышленности».

«Однако воссоздать весь нос целиком довольно сложно; даже использование всех сенсоров было бы затруднительно. Можно создать, скажем, 5 или 10 из 43 рецепторов плодовой мушки или сотен рецепторов собаки. Поэтому вопрос в том, какие 10 выбрать, и будет ли это работать? В этой статье мы показываем, что это может работать всего с 10 рецепторами плодовой мушки, и определяем наиболее вероятных кандидатов для использования».