Älg, en blandrashund från Nebraska Humane Society, tränar i luktdetekteringsarbete. Bill Cotton / CSU, CC BY-ND

Redaktörens anmärkning: Eftersom COVID-19 har fortsatt att spridas över hela världen analyserar forskare nya sätt att spåra det. Ett lovande tillvägagångssätt är träna hundar för att upptäcka människor som är smittade genom att lukta prover av mänsklig urin eller svett. Forskare Glen Golden, som har utbildat hundar och illrar för att upptäcka fågelinfluensa hos fåglar, förklarar varför vissa djur är väl lämpade för att sniffa ut sjukdom.

1. Vilken art har en näsa för sjukdom?

Vissa djur har högt utvecklade luktsinne. De inkluderar gnagare; hundar och deras vilda släktingar, som vargar och prärievargar; och mårddjur - köttätande däggdjur som vasslor, uttrar och illrar. Dessa arters hjärnor har tre eller flera gånger mer funktionella luktreceptorneuroner - nervceller som svarar på lukt - än arter med mindre luktande luktförmåga, inklusive människor och andra primater.

Dessa nervceller är ansvariga för att upptäcka och identifiera flyktiga doftföreningar som skickar meningsfulla signaler, som rök från en eld eller doften av färskt kött. Ett ämne är flyktigt om det lätt byter från vätska till gas vid låga temperaturer, som aceton som ger nagellackborttagaren sin fruktiga lukt. När den väl har förångats kan den spridas snabbt genom luften.

När ett av dessa djur upptäcker en meningsfull lukt översätts den kemiska signalen till meddelanden och transporteras genom hela hjärnan. Meddelandena går samtidigt till luktbarken, som är ansvarig för att identifiera, lokalisera och komma ihåg lukt, och till andra hjärnregioner som är ansvariga för beslutsfattande och känslor. Så dessa djur kan upptäcka många kemiska signaler över stora avstånd och kan skapa snabba och exakta mentala föreningar om dem.

2. Hur väljer forskare en måldoft?

I de flesta studier som har använt hundar för att upptäcka cancer har hundarna identifierat fysiska prover, såsom hud, urin eller andedräkt, från patienter som antingen har diagnostiserats med cancer eller har odiagnostiserad cancer i ett tidigt skede. Forskare vet inte vilken luktkälla hundarna använder eller om det varierar beroende på cancertyp.

USA: s jordbruksdepartement National Wildlife Research Center i Colorado och Monell Chemical Senses Center i Pennsylvania har tränat möss att upptäcka fågelinfluensa i fekalprover från infekterade ankor. Fågelinfluensan är svår att upptäcka i vilda flockar, och det kan spridas till människor, så detta arbete är utformat för att hjälpa naturbiologer att övervaka utbrott.

Kimball-labbet i Monell lärde mössen att få en belöning när de luktade ett bekräftat positivt prov från ett infekterat djur. Till exempel skulle möss få en drink vatten när de reste ner i armen på en Y-formad labyrint som innehöll avföring från en anka infekterad med fågelinfluensavirus.

Genom att kemiskt analysera fekalproverna fann forskare att koncentrationen av flyktiga kemiska föreningar i dem förändrades när en anka smittades med fågelinfluensan. Så de drog slutsatsen att denna förändrade luktprofil var vad mössen kände igen.

{vembed Y=0UxLt3yugUA}
Medlemmar av mustelidfamiljen, som illrar, grävlingar och uttrar, har högt utvecklade luktsinne. Här sniffar en järv fryst kött begravt djupt i snön.

På grundval av det arbetet har vi utbildat illrar och hundar för att upptäcka fågelinfluensa hos höns, såsom vilda ankor och tamhönor, i en samarbetsstudie mellan Colorado State University och National Wildlife Research Center som för närvarande granskas för publicering.

Med illrar började vi med att träna dem för att varna eller signalera att de hade upptäckt mållukten genom att skrapa på en låda som innehöll höga förhållanden av dessa flyktiga föreningar och att ignorera lådor som innehöll låga förhållanden. Därefter visade vi illrarnas fekala prover från både infekterade och icke-infekterade ankor, och illrarna började genast varna för lådan som innehåller fekalprovet från en infekterad anka.

Detta tillvägagångssätt liknar det sätt som hundar tränas för att upptäcka kända flyktiga lukter i sprängämnen eller illegala droger. Ibland måste vi dock låta detektordjuret bestämma luktprofilen som det kommer att svara på.

3. Kan djur tränas för att upptäcka mer än ett mål?

Ja. För att undvika förvirring om vad ett utbildat djur upptäcker kan vi lära det ett annat beteendemässigt svar för varje mållukt.

Till exempel hundarna i US Department of Agriculture Wildlife Services Program för upptäckt av hundsjukdomar svara med en aggressiv varning, såsom repor, när de upptäcker ett prov från en anka som är infekterad med fågelinfluensa. När de upptäcker ett prov från en vitstjärtad hjort infekterad av den prion som orsakar kronisk slöserisvarar de med en passiv varning som att sitta ner.

Forskning vid University of Auburn har visat att hundar kan komma ihåg och svara på 72 lukt under en luktminnesuppgift. Den enda begränsningen är hur många sätt en hund kan kommunicera om olika luktkoder.

Ett skylt meddelar resenärer om en pilotstudie på Helsingfors flygplats som erbjuder gratis koronavirustester med hundar för att upptäcka luktinfektioner. Shoja Lak / Getty Images

4. Vilka typer av faktorer kan komplicera denna process?

För det första behöver alla organisationer som utbildar djur för att upptäcka sjukdomar rätt typ av laboratorium och utrustning. Beroende på sjukdomen kan det inkludera personlig skyddsutrustning och luftfiltrering.

En annan oro är om patogenen kan infektera detektionsdjuren. Om det är en risk kan forskare behöva inaktivera proverna innan de exponerar djuren. Då måste de se om den processen har förändrat de flyktiga ämnen som de lär djuren att associera med infektion.

Slutligen måste hanterare fundera på hur man förstärker det önskade svaret från detekteringsdjur i fältet. Om de arbetar i en population av mestadels icke-infekterade människor - till exempel på en flygplats - och ett djur inte får en chans att tjäna en belöning, kan det förlora intresset och sluta arbeta. Vi letar efter djur som har en stark drivkraft till jobbet utan att stanna, men att arbeta länge utan belöning kan vara utmanande för även det mest motiverade djuret.

5. Varför inte bygga en maskin som kan göra det?

Just nu har vi inte enheter som är lika känsliga som djur med välutvecklade luktsinne. Till exempel är en hunds luktsinne minst 1,000 gånger känsligare än någon mekanisk anordning. Detta kan förklara varför hundar har upptäckt cancer i vävnadsprover som har varit medicinskt rensad som inte cancer

Vi vet också att illrar kan upptäcka infektion av fågelinfluensa i fekala prover före och efter laboratorieanalys visar att viruset har slutat kasta. Detta antyder att för vissa patogener kan det förekomma förändringar i flyktiga ämnen hos individer som är infekterade men är asymptomatiska.

När forskare lär sig mer om hur däggdjurens luktsinne fungerar, har de större chans att skapa enheter som är lika känsliga och tillförlitliga när de luktar ut sjukdomar.

Om författaren

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

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

Böcker om husdjur från Amazons lista över bästsäljare

"Nybörjarens guide till hundsnärhet"

av Laurie Leach

Den här boken är en omfattande guide till hunds agility, inklusive träningstekniker, utrustning och tävlingsregler. Boken innehåller steg-för-steg-instruktioner för att träna och tävla i agility, samt råd för att välja rätt hund och utrustning.

Klicka för mer info eller för att beställa

"Zak George's Dog Training Revolution: The Complete Guide to Raising the Perfect Pet with Love"

av Zak George och Dina Roth Port

I den här boken erbjuder Zak George en omfattande guide till hundträning, inklusive positiva förstärkningstekniker och råd för att hantera vanliga beteendeproblem. Boken innehåller också information om att välja rätt hund och förbereda för ankomsten av ett nytt husdjur.

Klicka för mer info eller för att beställa

"Hundarnas geni: hur hundar är smartare än du tror"

av Brian Hare och Vanessa Woods

I den här boken utforskar författarna Brian Hare och Vanessa Woods hundars kognitiva förmågor och deras unika relation till människor. Boken innehåller information om vetenskapen bakom hundintelligens, samt tips för att förbättra bandet mellan hundar och deras ägare.

Klicka för mer info eller för att beställa

"The Happy Puppy Handbook: Din definitiva guide till valpvård och tidig träning"

av Pippa Mattinson

Den här boken är en omfattande guide till valpvård och tidig träning, inklusive råd för att välja rätt valp, träningstekniker och hälso- och näringsinformation. Boken innehåller även tips för att umgås med valpar och förbereda deras ankomst.

Klicka för mer info eller för att beställa