Собаки участвуют в исследовании запахов, вынюхивая стафилококкиСобаки участвуют в исследовании запахов, вынюхивая стафилококки
Исследователи избавили себя от необходимости предполагать, как обнаружить инфекцию, обучив собак распознавать запах биомаркеров бактериальных биопленок.
Каждый, кто брал свою любимую собаку на прогулку, знает, что острая потребность собаки в мечении территории обусловлена ее мощным обонянием. Исследователи нашли способ использовать эту суперспособность для обнаружения летучих органических соединений (ЛОС) - побочных продуктов метаболизма, производимых организмами, от самых могучих зверей до мельчайших микробов. Эта способность делает собак идеальными помощниками в медицинских экспериментах по обнаружению запахов.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Allergy, ученые задействовали специальную группу мохнатых питомцев, в обязанности которых входило выявление упорных инфекций, вызванных Staphylococcus aureus. «Исследование было вызвано слабой диагностической способностью выявлять бактериальные биопленки, особенно при инфекциях суставов», - рассказала Меган Рамос, медицинский директор Центра служебных собак Penn Vet при Школе ветеринарной медицины Пенсильванского университета и соавтор данного исследования. Исследовательская группа привлекла к работе своих собак, обучив их обнаруживать характерные биомаркеры ЛОС биопленок S. aureus in vitro, в надежде найти новый способ выявления инфекций, которые развиваются на ортопедических имплантатах после операций.
В исследовании участвовали восемь собак разных пород, четыре из которых были набраны из Центра служебного собаководства Penn Vet, а четыре - из программы, в которой участвуют собаки, занимающиеся кинологической практикой в области обнаружения запахов. Собак набирали по их личностным качествам и способности фокусироваться на задаче, а не по породным характеристикам.
Квалификационные требования к служебным собакам включали в себя высокий драйв, высокую энергию и постоянную потребность в стимулировании умственной деятельности. Квалификация собаки для обнаружения медицинских запахов еще более строгая, она требует критического мышления, острой концентрации на задаче и психической устойчивости. Если сигнатура ЛОС представляет собой тушенку, собаки должны определить и отличить каждый отдельный ингредиент. «Мы хотим, чтобы они критически оценивали профиль запаха, который мы просим их найти. Они должны быть мотивированы на работу, чтобы получить лакомство или игрушку, и при этом не падать духом», - поясняет Рамос.
В этом исследовании собак сначала научили распознавать летучие органические соединения S. aureus в ватных шариках с запахом, абсорбированным из биопленок культур, и оповещать исследователей с помощью обученной реакции - например, сесть или лечь. "Мы показываем собакам этот ватный шарик и говорим: «Вот что вы чувствуете, вот запах, который мы хотим, чтобы вы нашли». Все начинается просто: понюхаешь это - получишь печенье или игрушку. Это простой процесс, когда они понимают, что теперь это то, что они ищут", - описывает Рамос. Исследователи давали собакам смесь запахов и учили их, какой из них правильный.
После того как собаки были обучены этим запахам летучих органических соединений их супернюх был протестирован на слезной жидкости кроликов с инфекциями суставов и без них. Сначала исследователи научили собак определять, как пахнет здоровая слезная жидкость, а затем познакомили их с образцами от инфицированных кроликов. Собаки с высокой степенью чувствительности и специфичности определяли уникальный бактериальный запах в биологических образцах кроликов даже на ранних стадиях инфекции. Исследователи уже протестировали этот подход на жидкости слезного канала небольшого количества людей с подтвержденной инфекцией. Предварительные результаты оказались многообещающими, но необходимо провести дополнительные испытания.
«Мы действительно находимся в захватывающем моменте. Собаки меняют наше восприятие заболеваний. Мы также меняем представление людей о том, что такое биомаркеры, добавляя к ним эти летучие органические соединения», - говорит Рамос. «Когда мы начинали, никто не думал о летучих органических соединениях, но теперь мы расширили возможности постановки диагноза и разработки технологии, которая поможет спасти жизни, будь то человеческие или животных».
Более широкая цель этой работы - использовать чуткие собачьи носы для разработки прикроватного или лабораторного теста для скрининга и диагностики бактериальных биопленок, обеспечивая будущий способ неинвазивного тестирования, раннего обнаружения и целенаправленного лечения. «Собаки изучают наш материал, чтобы мы могли сканировать огромное количество заболеваний, а не только бактериальные биопленки. Мы используем собак как инструмент для расширения наших знаний и понимания», - отмечает Рамос.
Друпад Триведи, исследователь в области биомедицины и преподаватель аналитических и измерительных наук в Манчестерском университете, который не принимал участия в этом исследовании, считает, что эта работа устраняет ключевые узкие места в обучении и использовании кинологических методов обнаружения медицинских запахов. «Обобщение результатов обучения часто бывает затруднено, если образец сложный, как в данном случае. Натренировав собак на биопленках in vitro, а затем протестировав их на образцах от кроликов и людей, авторы показали, что запахи ЛОС в случае инфекции S. aureus не маскируются и не изменяются под воздействием матрицы», - говорит Триведи.
Пока что химические вещества, составляющие ЛОС S. aureus, остаются загадкой. «Точный профиль запаха сейчас существует только в носу и мозге наших собак. Хотелось бы, чтобы они сказали мне, что это за вещества», - делится Рамос.
