질병의 냄새 : 개와 쥐와 흰 족제비를 사용하여 질병을 감지하는 방법에 대한 5 가지 질문

질병의 냄새 : 개, 생쥐 및 흰 족제비를 사용하여 질병을 감지하는 방법에 대한 5 가지 질문
Nebraska Humane Society의 혼합 품종 개인 Moose는 냄새 감지 작업을 훈련합니다.
빌 코튼 / CSU, CC의 BY-ND

편집자 주 : COVID-19가 전 세계적으로 계속 확산됨에 따라 과학자들은이를 추적하는 새로운 방법을 분석하고 있습니다. 한 가지 유망한 접근 방식은 감염된 사람을 탐지하도록 개 훈련 사람의 소변이나 땀 냄새를 맡아서 개와 흰 족제비를 훈련하여 새의 조류 독감을 발견 한 연구 과학자 Glen Golden은 특정 동물이 질병 냄새를 맡기에 적합한 이유를 설명합니다.

1. 질병에 대한 코가있는 종은 무엇입니까?

일부 동물은 고도로 발달 된 후각을 가지고 있습니다. 여기에는 설치류가 포함됩니다. 늑대와 코요테와 같은 개와 그들의 야생 친척; 과 겨자 – 족제비, 수달, 흰 족제비와 같은 육식성 포유류. 이 종의 뇌는 인간과 다른 영장류를 포함하여 덜 예민한 냄새 능력을 가진 종보다 XNUMX 배 이상의 기능적 후각 수용체 뉴런 (냄새에 반응하는 신경 세포)을 가지고 있습니다.

이 뉴런은 불의 연기 나 신선한 고기의 향기와 같은 의미있는 신호를 보내는 휘발성 후각 화합물을 감지하고 식별하는 역할을합니다. 매니큐어 리무버에 과일 냄새를주는 아세톤과 같이 저온에서 액체에서 기체로 쉽게 변하는 물질은 휘발성입니다. 일단 증발하면 공기를 통해 빠르게 퍼질 수 있습니다.

이 동물 중 하나가 의미있는 냄새를 감지하면 화학 신호가 메시지로 변환되어 뇌 전체로 전달됩니다. 메시지는 냄새를 식별, 위치 파악 및 기억하는 역할을하는 후각 피질과 의사 결정 및 감정을 담당하는 다른 뇌 영역으로 동시에 전달됩니다. 따라서이 동물들은 먼 거리에있는 많은 화학 신호를 감지 할 수 있고 그들에 대해 빠르고 정확한 정신적 연관성을 만들 수 있습니다.


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2. 연구자들은 목표 향을 어떻게 선택합니까?

개를 사용하여 암을 발견 한 대부분의 연구에서 개는 암 진단을 받았거나 암에 걸린 환자로부터 피부, 소변 또는 호흡과 같은 물리적 샘플을 확인했습니다. 초기 단계의 진단되지 않은 암. 과학자들은 개가 어떤 냄새 신호를 사용하는지 또는 그것이 암 유형에 따라 다른지 여부를 모릅니다.

미국 농무부 국립 야생 동물 연구 센터 콜로라도와 Monell Chemical Senses Center 펜실베니아에서는 쥐를 훈련시켜 감염된 오리의 분변 샘플에 포함 된 조류 인플루엔자. 조류 독감은 야생 무리에서 발견하기 어렵고 인간에게 퍼질 수 있습니다, 따라서이 작업은 야생 생물학자가 발병을 모니터링 할 수 있도록 설계되었습니다.

Monell의 Kimball 실험실은 마우스가 감염된 동물에서 확인 된 양성 샘플 냄새를 맡으면 보상을 받도록 가르쳤습니다. 예를 들어, 쥐는 조류 인플루엔자 바이러스에 감염된 오리의 배설물이 들어있는 Y 자 모양의 미로의 팔을 따라 내려갈 때 물을 마실 것입니다.

연구자들은 배설물 샘플을 화학적으로 분석하여 오리가 조류 독감에 감염되었을 때 휘발성 화합물의 농도가 변한다는 것을 발견했습니다. 그래서 그들은이 변경된 냄새 프로필이 생쥐가 인식 한 것이라고 추론했습니다.


흰 족제비, 오소리, 수달과 같은 겨자 가족의 구성원은 고도로 발달 된 후각을 가지고 있습니다. 여기 울버린이 눈 속에 묻혀있는 얼어 붙은 고기를 냄새 맡는다.

이 작업을 기반으로 우리는 콜로라도 주립 대학과 현재 출판 검토중인 국립 야생 동물 연구 센터 간의 공동 연구에서 야생 오리 및 닭과 같은 가금류의 조류 인플루엔자를 탐지하도록 흰 족제비와 개를 훈련 시켰습니다.

흰 족제비와 함께, 우리는 휘발성 화합물의 높은 비율을 포함하는 상자를 긁고 낮은 비율을 포함하는 상자를 무시함으로써 그들이 목표 냄새를 감지했음을 알리거나 신호를 보내도록 훈련시키는 것으로 시작했습니다. 다음으로 우리는 감염된 오리와 감염되지 않은 오리의 흰 족제비 배설물 샘플을 보여 주었고, 흰 족제비는 즉시 감염된 오리의 배설물 샘플이 들어있는 상자에 경고를 시작했습니다.

이 접근 방식은 개가 폭발물이나 불법 약물에서 알려진 휘발성 냄새를 감지하도록 훈련하는 방식과 유사합니다. 그러나 때로는 탐지기 동물이 반응 할 냄새 프로필을 결정하도록해야합니다.

3. 동물이 둘 이상의 표적을 탐지하도록 훈련시킬 수 있습니까?

예. 훈련 된 동물이 감지하는 것에 대한 혼동을 피하기 위해 각 목표 냄새에 대해 다른 행동 반응을 가르 칠 수 있습니다.

예를 들어, 미국 농무부의 개는 야생 동물 서비스 개 질병 탐지 프로그램 조류 독감에 감염된 오리의 샘플을 발견하면 긁기와 같은 공격적인 경고로 대응합니다. 프리온에 감염된 흰 꼬리 사슴의 샘플을 발견했을 때 만성 소모성 질환, 그들은 앉는 것과 같은 수동적 인 경고로 응답합니다.

오번 대학교의 연구에 따르면 개는 냄새 기억 작업 중 72 가지 냄새. 유일한 제한은 개가 다양한 냄새 신호에 대해 의사 소통하는 방법입니다.

이 표지판은 헬싱키 공항에서 개를 사용하여 냄새로 감염을 감지하는 무료 코로나 바이러스 테스트를 제공하는 파일럿 연구에 대해 여행자에게 알립니다.
이 표지판은 헬싱키 공항에서 개를 사용하여 냄새로 감염을 감지하는 무료 코로나 바이러스 테스트를 제공하는 파일럿 연구에 대해 여행자에게 알립니다.
Shoja Lak / Getty 이미지

4.이 과정을 복잡하게 만드는 요인은 무엇입니까?

첫째, 질병을 감지하도록 동물을 훈련시키는 모든 조직에는 올바른 유형의 실험실과 장비가 필요합니다. 질병에 따라 개인 보호 장비와 공기 정화가 포함될 수 있습니다.

또 다른 우려는 병원체가 탐지 동물을 감염시킬 수 있는지 여부입니다. 이것이 위험하다면 연구자들은 동물을 노출하기 전에 샘플을 비활성화해야 할 수도 있습니다. 그런 다음 그 과정이 동물에게 감염과 연관되도록 가르치는 휘발성 물질을 변경했는지 확인해야합니다.

마지막으로, 핸들러는 현장에서 탐지 동물의 원하는 반응을 강화하는 방법에 대해 생각해야합니다. 대부분 감염되지 않은 사람들 (예 : 공항)에서 일하고 동물이 보상을받을 기회를 얻지 못하면 관심을 잃고 일을 중단 할 수 있습니다. 우리는 멈추지 않고 일하려는 강한 욕구를 가진 동물을 찾습니다. 그러나 보상없이 오랫동안 일하는 것은 가장 의욕이있는 동물에게도 어려울 수 있습니다.

5. 이것을 할 수있는 기계를 만드는 것은 어떨까요?

현재 우리는 잘 발달 된 후각을 가진 동물만큼 민감한 장치를 가지고 있지 않습니다. 예를 들어, 개의 후각은 어떤 기계 장치보다 최소 1,000 배 더 민감. 이것은 개가 조직 샘플에서 암을 발견 한 이유를 설명 할 수 있습니다. 의학적으로 암이 아닌 것으로 확인 됨

우리는 또한 흰 족제비가 배설물 샘플에서 조류 독감 감염을 발견 할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 실험실 분석 결과 바이러스가 흘리는 것을 멈춘 것으로 나타났습니다. 이것은 일부 병원체의 경우 감염되었지만 증상이없는 개인의 휘발성 물질에 변화가있을 수 있음을 시사합니다.

과학자들이 포유류의 후각이 작동하는 방식에 대해 더 많이 알게되면 질병을 감지하는 데있어 민감하고 신뢰할 수있는 장치를 만들 가능성이 더 높아집니다.

저자에 관하여대화

Glen J. Golden, 연구 과학자 / 학자 I, 콜로라도 주립 대학

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