病気の香り:犬(およびマウスとフェレット)を使用して病気を検出することについて回答された5つの質問

病気の香り:犬、マウス、フェレットを使って病気を検出することについて答えられた5つの質問
ネブラスカヒューマネソサエティの雑種犬であるムースは、臭気検出作業の訓練を受けています。
ビル・コットン/ CSU, BY-ND CC

編集者のメモ:COVID-19が世界中に広がり続けるにつれて、科学者たちはそれを追跡するための新しい方法を分析しています。 XNUMXつの有望なアプローチは 感染した人を検出するための犬の訓練 人間の尿や汗のサンプルの匂いを嗅ぐことによって。 鳥の鳥インフルエンザを検出するために犬とフェレットを訓練した研究科学者のグレンゴールデンは、特定の動物が病気を嗅ぐのに適している理由を説明します。

1.どの種が病気の鼻を持っていますか?

一部の動物は高度に発達した嗅覚を持っています。 それらにはげっ歯類が含まれます。 犬とその野生の親戚、オオカミやコヨーテなど。 そして イタチ –イタチ、カワウソ、フェレットなどの肉食性哺乳類。 これらの種の脳には、人間や他の霊長類など、嗅覚能力が低い種よりもXNUMX倍以上機能的な嗅覚受容ニューロン(匂いに反応する神経細胞)があります。

これらのニューロンは、火からの煙や新鮮な肉の香りなど、意味のある信号を送信する揮発性の嗅覚化合物を検出および識別する役割を果たします。 物質は、ネイルポリッシュリムーバーにフルーティーな香りを与えるアセトンのように、低温で液体から気体に容易に変化する場合、揮発性です。 気化すると、空気中に急速に広がる可能性があります。

これらの動物のXNUMXつが意味のある匂いを検出すると、化学信号がメッセージに変換され、脳全体に伝達されます。 メッセージは、匂いの識別、位置特定、記憶を担当する嗅覚皮質と、意思決定と感情を担当する他の脳領域に同時に送信されます。 したがって、これらの動物は、長距離にわたって多くの化学信号を検出し、それらについて迅速かつ正確な精神的関連付けを行うことができます。


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2.研究者はどのようにターゲットの香りを選択しますか?

犬を使用して癌を検出したほとんどの研究では、犬は癌と診断された、または癌と診断された患者から、皮膚、尿、呼吸などの物理的サンプルを特定しました。 早期の未診断の癌。 科学者たちは、犬がどのような匂いの手がかりを使うのか、それが癌の種類によって異なるのかどうかを知りません。

米国農務省 国立野生生物研究センター コロラド州と モネルケミカルセンセーショナルセンター ペンシルベニア州では、マウスを検出するように訓練しています 感染したアヒルの糞便サンプル中の鳥インフルエンザ。 鳥インフルエンザは野生の群れでは検出が難しく、 人間に広がることができます、したがって、この作業は、野生生物の生物学者が発生を監視するのに役立つように設計されています。

モネルのキンボール研究所は、感染した動物からの確認された陽性サンプルの匂いを嗅いだときに報酬を得るようにマウスに教えました。 たとえば、マウスが鳥インフルエンザウイルスに感染したアヒルの糞を含むY字型の迷路の腕を下って移動すると、水を飲むことになります。

研究者らは、糞便サンプルを化学的に分析することにより、アヒルが鳥インフルエンザに感染すると、サンプル中の揮発性化合物の濃度が変化することを発見しました。 それで彼らは、この変化した嗅覚プロファイルがマウスが認識したものであると推測しました。


フェレット、アナグマ、カワウソなどのイタチ科のメンバーは、高度に発達した嗅覚を持っています。 ここでは、クズリが雪の奥深くに埋められた冷凍肉を嗅ぎ分けています。

その作業に基づいて、コロラド州立大学と現在出版が検討されている国立野生生物研究センターとの共同研究で、野生のカモや国産鶏などの家禽の鳥インフルエンザを検出するようにフェレットと犬を訓練しました。

フェレットでは、揮発性化合物の比率が高いボックスを引っ掻き、比率の低いボックスを無視することで、ターゲットの匂いを検出したことを警告または通知するようにトレーニングすることから始めました。 次に、感染したアヒルと感染していないアヒルの両方からのフェレットの糞便サンプルを示しました。フェレットは、感染したアヒルからの糞便サンプルが入っている箱にすぐに警告を発し始めました。

このアプローチは、爆発物や違法薬物の既知の揮発性臭気を検出するように犬を訓練する方法に似ています。 ただし、場合によっては、検出器の動物に、反応する匂いのプロファイルを決定させる必要があります。

3.動物は、複数のターゲットを検出するように訓練できますか?

はい。 訓練を受けた動物が何を検出しているかについての混乱を避けるために、ターゲットの匂いごとに異なる行動反応を教えることができます。

たとえば、米国農務省の犬 野生生物サービス犬の病気の検出プログラム 鳥インフルエンザに感染したアヒルのサンプルを検出すると、引っかき傷などの攻撃的な警告で応答します。 プリオンに感染したオジロジカのサンプルを検出すると、 慢性消耗性疾患、彼らは座るなどの受動的な警告で応答します。

オーバーン大学での研究は、犬が覚えて反応できることを示しています 匂い記憶課題中の72の匂い。 唯一の制限は、犬がさまざまな匂いの手がかりについて伝えることができる方法の数です。

ヘルシンキ空港でのパイロット研究について旅行者に通知する看板があり、犬を使って匂いによる感染を検出する無料のコロナウイルス検査を提供しています。
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ショジャラック/ゲッティイメージズ

4.このプロセスを複雑にする可能性のある要因は何ですか?

まず、病気を検出するために動物を訓練する組織には、適切な種類の実験室と設備が必要です。 病気によっては、個人用保護具やエアフィルターが含まれる場合があります。

もうXNUMXつの懸念は、病原体が検出動物に感染する可能性があるかどうかです。 それがリスクである場合、研究者は動物を暴露する前にサンプルを不活性化する必要があるかもしれません。 次に、そのプロセスによって、動物に感染に関連するように教えている揮発性物質が変化したかどうかを確認する必要があります。

最後に、ハンドラーは、フィールド内の検出動物からの望ましい応答を強化する方法について考える必要があります。 空港など、ほとんど感染していない人々の集団で働いていて、動物が報酬を得る機会を得られない場合、動物は興味を失い、働くのをやめる可能性があります。 私たちは止まることなく働く強い意欲を持っている動物を探しますが、報酬なしで長時間働くことは、最もやる気のある動物でさえ挑戦することができます。

5.これができるマシンを作ってみませんか?

現在、嗅覚が発達した動物ほど敏感な装置はありません。 たとえば、犬の匂いの感覚は どの機械装置よりも少なくとも1,000倍感度が高い。 これは、犬が組織サンプルで癌を検出した理由を説明することができます 癌性ではないと医学的にクリアされた

また、実験室での分析の前後で、フェレットが糞便サンプル中の鳥インフルエンザ感染を検出できることもわかっています。 これは、一部の病原体については、感染しているが無症候性である個人の揮発性物質に変化がある可能性があることを示唆しています。

科学者が哺乳類の嗅覚がどのように機能するかについて学ぶにつれて、彼らは病気を嗅ぎ分けるのと同じくらい敏感で信頼できる装置を作る可能性が高くなります。

著者について会話

グレンJ.ゴールデン、研究科学者/学者I、 コロラド州立大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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