Indholdsfortegnelse:

Duften af ​​sygdom: 5 spørgsmål besvaret om brug af hunde – og mus og fritter – til at opdage sygdom
Duften af ​​sygdom: 5 spørgsmål besvaret om brug af hunde – og mus og fritter – til at opdage sygdom
Anonim
Samtale-logoet

Glen J. Golden, Colorado State University

Redaktørens note: Mens COVID-19 fortsætter med at sprede sig over hele verden, analyserer videnskabsmænd nye måder at spore det på. En lovende tilgang er at træne hunde til at opdage mennesker, der er inficeret ved at lugte prøver af menneskelig urin eller sved. Forsker Glen Golden, som har trænet hunde og fritter til at opdage fugleinfluenza hos fugle, forklarer, hvorfor visse dyr er velegnede til at opsnuse sygdom.

1. Hvilken art har næse for sygdom?

Nogle dyr har højt udviklede lugtesanser. De omfatter gnavere; hunde og deres vilde slægtninge, som ulve og prærieulve; og skaldyr – kødædende pattedyr som væsler, oddere og fritter. Disse arters hjerner har tre eller flere gange flere funktionelle olfaktoriske receptorneuroner - nerveceller, der reagerer på lugte - end arter med mindre skarpe lugteevner, inklusive mennesker og andre primater.

Disse neuroner er ansvarlige for at detektere og identificere flygtige lugteforbindelser, der sender meningsfulde signaler, såsom røg fra en ild eller aromaen af ​​frisk kød. Et stof er flygtigt, hvis det hurtigt skifter fra flydende til gas ved lave temperaturer, som acetonen, der giver neglelakfjerneren dens frugtagtige lugt. Når det først fordamper, kan det spredes hurtigt gennem luften.

Når et af disse dyr opdager en meningsfuld lugt, omsættes det kemiske signal til beskeder og transporteres gennem dets hjerne. Beskederne går samtidigt til olfaktorisk cortex, som er ansvarlig for at identificere, lokalisere og huske lugt, og til andre hjerneregioner, der er ansvarlige for beslutningstagning og følelser. Så disse dyr kan detektere mange kemiske signaler over store afstande og kan lave hurtige og nøjagtige mentale associationer om dem.

2. Hvordan vælger forskerne en målduft?

I de fleste undersøgelser, der har brugt hunde til at opdage kræft, har hundene identificeret fysiske prøver, såsom hud, urin eller åndedræt, fra patienter, som enten er blevet diagnosticeret med kræft eller har udiagnosticeret kræft på et tidligt tidspunkt. Forskere ved ikke, hvilken lugtsignal hundene bruger, eller om det varierer efter kræfttype.

Det amerikanske landbrugsministeriums National Wildlife Research Center i Colorado og Monell Chemical Senses Center i Pennsylvania har trænet mus til at opdage fugleinfluenza i fækale prøver fra inficerede ænder. Fugleinfluenza er svær at opdage i vilde flokke, og den kan sprede sig til mennesker, så dette arbejde er designet til at hjælpe dyrelivsbiologer med at overvåge for udbrud.

Kimball-laboratoriet i Monell lærte musene at få en belønning, da de lugtede en bekræftet positiv prøve fra et inficeret dyr. For eksempel ville mus få en drink vand, når de rejste ned ad armen af ​​en Y-formet labyrint, der indeholdt afføring fra en and inficeret med fugleinfluenzavirus.

Ved kemisk at analysere fæcesprøverne fandt forskerne ud af, at koncentrationen af ​​flygtige kemiske forbindelser i dem ændrede sig, når en and blev inficeret med fugleinfluenza. Så de udledte, at denne ændrede lugtprofil var, hvad musene genkendte.

Med udgangspunkt i dette arbejde har vi trænet fritter og hunde til at opdage fugleinfluenza hos fjerkræ, såsom vilde ænder og tamhøns, i et samarbejde mellem Colorado State University og National Wildlife Research Center, som i øjeblikket er under revision til offentliggørelse.

Med ildere startede vi med at træne dem i at advare eller signalere, at de havde opdaget mållugten, ved at ridse på en kasse, der indeholdt høje forhold af disse flygtige forbindelser, og at ignorere kasser, der indeholdt lave forhold. Dernæst viste vi ilderne afføringsprøver fra både inficerede og ikke-inficerede ænder, og ilderne begyndte straks at gøre opmærksom på kassen med fækalprøven fra en inficeret and.

Denne tilgang ligner den måde, hunde trænes til at opdage kendte flygtige lugte i sprængstoffer eller ulovlige stoffer. Nogle gange er vi dog nødt til at lade detektordyret bestemme den lugtprofil, det vil reagere på.

3. Kan dyr trænes til at opdage mere end ét mål?

Ja. For at undgå forvirring om, hvad et trænet dyr opdager, kan vi lære det en forskellig adfærdsreaktion for hver mållugt.

For eksempel reagerer hundene i U.S. Department of Agricultures Wildlife Services Canine Disease Detection Program med en aggressiv advarsel, såsom at klø, når de opdager en prøve fra en and, der er inficeret med fugleinfluenza. Når de opdager en prøve fra en hvidhalehjort, der er inficeret af prion, der forårsager kronisk svindsygdom, reagerer de med en passiv alarm som at sætte sig ned.

Forskning ved University of Auburn har vist, at hunde kan huske og reagere på 72 lugte under en lugthukommelsesopgave. Den eneste begrænsning er, hvor mange måder en hund kan kommunikere om forskellige lugtsignaler.

4. Hvilken slags faktorer kan komplicere denne proces?

For det første har enhver organisation, der træner dyr til at opdage sygdom, brug for den rigtige type laboratorium og udstyr. Afhængigt af sygdommen kan det omfatte personligt beskyttelsesudstyr og luftfiltrering.

En anden bekymring er, om patogenet kan inficere påvisningsdyrene. Hvis det er en risiko, kan forskerne være nødt til at inaktivere prøverne, før de eksponerer dyrene. Så skal de se, om den proces har ændret de flygtige stoffer, som de lærer dyrene at forbinde med infektion.

Endelig skal handlere tænke over, hvordan man forstærker den ønskede respons fra detektionsdyr i marken. Hvis de arbejder i en befolkning af for det meste ikke-inficerede mennesker - for eksempel i en lufthavn - og et dyr ikke får en chance for at tjene en belønning, kan det miste interessen og stoppe med at arbejde. Vi leder efter dyr, der har et stærkt drive til at arbejde uden at stoppe, men at arbejde i lang tid uden belønning kan være udfordrende for selv det mest motiverede dyr.

5. Hvorfor ikke bygge en maskine, der kan dette?

Lige nu har vi ikke enheder, der er så følsomme som dyr med veludviklede lugtesanser. For eksempel er en hunds lugtesans mindst 1.000 gange mere følsom end nogen mekanisk enhed. Dette kunne forklare, hvorfor hunde har opdaget kræft i vævsprøver, der er blevet medicinsk godkendt som ikke-kræftfremkaldende

Vi ved også, at ildere kan opdage fugleinfluenzainfektion i fækale prøver før og efter laboratorieanalyser viser, at virussen er holdt op med at falde. Dette tyder på, at der for nogle patogener kan være ændringer i flygtige stoffer hos individer, der er inficerede, men er asymptomatiske.

Efterhånden som videnskabsmænd lærer mere om, hvordan pattedyrs lugtesans fungerer, vil de have en bedre chance for at skabe enheder, der er lige så følsomme og pålidelige til at opsnuse sygdom.

Samtalen

Glen J. Golden, forsker/forsker I, Colorado State University

Populær af emne.