Нос в своем деле. Как собаки помогают выявлять опасные заболевания

Обоняние собак во много раз чувствительнее самых передовых искусственных инструментов. Насколько? В достаточной мере, чтобы обнаруживать вещества в концентрациях один на триллион – это одна капля жидкости на 20 плавательных бассейнов олимпийского размера. После соответствующего обучения собаки могут вынюхивать бомбы и наркотики, преследовать подозреваемых и находить мертвые тела. Помимо этого, они экспериментально используются для выявления болезней человека – рака, диабета, туберкулеза, а теперь и малярии – по одному только запаху.

Носки на анализ

В ноябре 2016 года ученые из Совета медицинских исследований в Гамбии приходили в начальные школы, вооружившись сотнями нейлоновых носков бежевого цвета. Исследователи раздали их детям в возрасте от 5 до 14 лет, попросив тех не снимать их всю ночь. На следующий день носки собрали, рассортировали и отправили по почте британской благотворительной организации, которая в следующие четыре месяца использовала их для обучения собак распознаванию незаметного для человеческого носа запаха – молекулярного почерка малярии.

Недавно ученые представили результаты этих трудов на ежегодном собрании Американского общества тропической медицины и гигиены в Новом Орлеане. Во время двойных слепых лабораторных испытаний две собаки правильно определяли по запаху детей, зараженных паразитами малярии, в 70% случаев. И хотя все школьники выглядели здоровыми, анализы крови, проведенные на месте, выявили, что на самом деле 30 детей были заражены возбудителями заболевания. Данная работа послужила лишь экспериментальной проверкой концепции. Однако есть надежда, что когда-нибудь четвероногие биодетекторы будут служить в аэропортах и на пограничных переходах, предотвращая проникновение бессимптомных носителей вызывающего малярию паразита в районы, где болезнь уже искоренена.

"Следующий этап – выяснить, насколько хорошо собаки могут работать в естественных обстоятельствах с реальными людьми", — рассказывает Джеймс Логан, руководитель отдела контроля заболеваний в Лондонской школе гигиены и тропической медицины, принимавший участие в исследовании.

Если они окажутся достаточно эффективными, то могут стать общепринятым неинвазивным инструментом скрининга. Помощь собак особенно пригодится в сухие месяцы, когда комаров мало и болезнь распространяется медленнее, а паразит прячется в людях, не проявляющих никаких симптомов. "Сейчас находить таких людей очень сложно", — говорит Логан.

Запах болезни

Энтомолог по образованию, Логан провел первые годы своей карьеры, пытаясь понять, почему некоторые люди более привлекательны для комаров, чем другие. Несколько лет назад он предположил, что подобно другим паразитам, которые в течение жизненного цикла используют несколько хозяев, вызывающие малярию плазмодии каким-то образом делают запах инфицированных более "аппетитным" для крылатых кровососов.

Серия экспериментов показала справедливость этой гипотезы. Исследователи выяснили, что носители возбудителя малярии испускают уникальный аромат, влекущий насекомых, и сумели идентифицировать коктейль летучих соединений.

Откуда именно исходит этот молекулярный сигнал самонаведения, по-прежнему остается загадкой. Логан предполагает три возможности: произведение запаха самим паразитом, побуждение клеток человека к выделению соответствующего аромата под воздействием стресса от присутствия инородного организма или изменение сообществ бактерий, обитающих на коже.

Работа такая

Так как же обучить собаку обнаруживать болезнь? Почти так же, как улавливать намек на запах пороха или героина.

"Собакам свойственна неофилия, то есть их привлекают новые и интересные запахи", — говорит Клэр Гест, руководитель благотворительной организации Medical Detection Dogs, которая уже десять лет проводит исследования, связанные с использованием лучших друзей человека для биодетекции.

На расположенном неподалеку от Лондона объекте MDD тренеры помещают несколько капель учебной жидкости в маленькие стеклянные банки. Затем их прикрепляют к вертикальным держателям, выстроенным в ряд. Собакам приказывают идти вдоль ряда, принюхиваясь к каждой емкости. Когда они останавливаются у нового запаха, тренер приговаривает: "Правильно, хорошая собака". Затем их учат тому, что можно получить поощрение, если остановиться и сесть, указывая на определенную баночку.

Собаки не живут на этом объекте, а ходят туда на несколько часов, как на работу, после которой возвращаются к семьям, проживающим в окрестностях. Поэтому на изучение основных правил игры может уходить несколько месяцев.

Medical Detection Dogs обучила поискам малярии трех собак: спаниеля Фрейю, лабрадора Салли и Лекси, помесь лабрадора и золотистого ретривера. Это только 3 из 38 животных, с которыми в настоящее время работают в организации. Других обучают вынюхивать рак предстательной железы, злокачественные образования толстой и прямой кишки, диабет, болезнь Паркинсона, а с недавних пор и бактерии, вызывающие инфекции мочевых путей. Каждая собака работает только с одной болезнью, но не потому, что охватить больше ей не по силам. Просто в случае выявления заболевания, сопровождающие люди не будут знать, какое именно учуяло животное. Теоретически их можно научить поднимать правую лапу для малярии и левую – для диабета, но это может повысить вероятность ошибки.

Для Гест, чей отец несколько лет назад умер от болезни Паркинсона, данное занятие – больше, чем просто работа. В 2009 году ее собственная собака Дейзи постоянно тыкалась ей в грудь, унюхав опухоль, оказавшуюся раком молочной железы.

В перспективе работа исследователей MDD может поспособствовать созданию устройства, которое будет работать как нос собаки. Организация уже сотрудничает с ученым из Мехико, создавшим биоэлектронное устройство для выявления рака по запаху. Однако его алгоритмы нуждаются в информации о том, как пахнут злокачественные ткани. Тут-то на сцену и выходят собаки. По словам Гест, можно показать животному 10 видов рака и попросить указать, у какого наиболее сильный "аромат". Затем эти данные передаются системе ИИ. Руководитель MDD полагает, что обучив машины этой науке, можно создать мощный инструмент детекции заболеваний.

По материалам Wired