Запах болезни: 5 ответов об использовании собак, мышей и хорьков для обнаружения заболеваний

Некоторые животные обладают исключительно развитым обонянием: грызуны, собаки и их дикие родственники (волки, койоты), а также куньи (хорьки, выдры, ласки). Их мозг содержит в три и более раз больше функциональных обонятельных рецепторных нейронов, реагирующих на запахи, чем у приматов и человека. Эти нейроны обнаруживают летучие химические соединения, которые затем преобразуются в сигналы и одновременно направляются в обонятельную кору (для идентификации и запоминания запаха) и в области мозга, ответственные за принятие решений и эмоции.

1. Как выбирают целевой запах?

В большинстве исследований по обнаружению рака собаки работали с физическими образцами (кожа, моча, дыхание) от пациентов. Учёные точно не знают, на какой именно запах реагируют собаки.

В других работах мышей обучали обнаруживать птичий грипп в образцах фекалий инфицированных уток. Химический анализ показал, что концентрация летучих соединений в образцах менялась при заражении, и мыши реагировали именно на этот изменённый запаховый профиль.

На основе этого хорьков и собак обучили обнаруживать птичий грипп у диких уток и домашних кур. Хорьков сначала учили царапать коробку с высоким содержанием целевых летучих соединений, а затем они сразу начали реагировать на образцы от заражённых уток. Этот подход аналогичен дрессировке собак на поиск взрывчатки или наркотиков.

2. Можно ли обучить животное нескольким целям?

Да. Чтобы избежать путаницы, животному можно задать разное поведенческое реагирование на каждый целевой запах.

Например, собаки в программе USDA по обнаружению болезней дикой природы отвечают агрессивным действием (царапанием) на образец от утки, заражённой птичьим гриппом, и пассивным (например, садятся) на образец от оленя, заражённого прионной болезнью. Исследования показывают, что собаки могут помнить и реагировать на 72 различных запаха. Единственное ограничение — количество способов, которыми собака может сообщить о разных запахах.

3. Что осложняет процесс?

• Лаборатория и оборудование: Необходимы соответствующие лаборатории, средства индивидуальной защиты и воздушные фильтры.
• Риск заражения: Если патоген опасен для животных-детекторов, образцы могут инактивировать, но при этом нужно убедиться, что это не изменило целевые летучие соединения.
• Подкрепление в полевых условиях: Если животное долго не находит цель и не получает награду (например, при скрининге в аэропорту, где большинство людей здоровы), оно может потерять интерес. Даже у самых мотивированных животных длительная работа без вознаграждения является сложной задачей.

Справка: По оценкам, одна собака может проверить до 250 человек в час. Работают они парами, смена длится не более 20 минут.

4. Почему бы не создать машину для этого?

В настоящее время не существует устройств, столь же чувствительных, как животные с развитым обонянием. Например, обоняние собаки как минимум в 1000 раз чувствительнее любого механического устройства. Это может объяснять случаи, когда собаки обнаруживали рак в образцах, признанных медицински чистыми.

Также известно, что хорьки могут обнаруживать инфекцию птичьего гриппа в образцах фекалий до и после того, как лабораторный анализ показывает, что вирус перестал выделяться. Это говорит о том, что у инфицированных, но бессимптомных носителей некоторых патогенов также могут происходить изменения в летучих соединениях.

По мере изучения работы обоняния млекопитающих у учёных будет больше шансов создать устройства, столь же чувствительные и надёжные для «вынюхивания» болезней.