Jak pachnie rak? Te zwierzęta potrafią wywąchać tą chorobę

Beagle odkrywające zapachy lasu. Psy to tylko jedno z kilku stworzeń o niesamowitych nosach, które potrafią wywęszyć oznaki ludzkich chorób, takich jak COVID i rak. ZDJĘCIE: JOHNER IMAGES, GETTY IMAGES.

Następnym razem, gdy zirytujesz się, że mrówki dostały się do Twojej kuchni, możesz poświęcić chwilę na rozważenie ich niezwykłych zdolności percepcji. Te maleńkie zwierzęta potrafią wykryć markery chorób, takich jak rak. W rzeczywistości mrówki to tylko jedno z wielu stworzeń, których zmysły potrafią rejestrować oznaki ludzkich chorób: psy, szczury, pszczoły, a nawet małe robaki również to potrafią. Oto, co wiemy o tych zwierzętach i ich niesamowitych zdolnościach.

              Pracujące mrówki. Jedwabną mrówkę Formica fusca, gatunek pospolity występujący w całej Europie, można nauczyć rozpoznawać w moczu zapach raka piersi. Badania przeprowadzone na Uniwersytecie Sorbonne Paris Nord we Francji, opublikowane w 2023 roku w Proceedings of the Royal Society B, pokazują, że mrówki potrafią nauczyć się odróżniać zapach moczu myszy noszących guz ludzkiego raka piersi, od zapachu zdrowych myszy. Mrówki i inne zwierzęta wykrywają oznaki choroby poprzez postrzeganie różnych lotnych związków organicznych, czyli LZO. Te substancje chemiczne są produkowane na różne sposoby i można je znaleźć w wydychanym powietrzu, pocie, moczu i krwi. Choroby mogą zmienić emitowane przez nas LZO, powodując wydzielanie innego zapachu. Umieszczając nagrodę w postaci cukru w pobliżu próbki nowotworu, mrówki nauczyły się szukać tego zapachu – jest to proces zwany warunkowaniem instrumentalnym. „Byliśmy zaskoczeni szybkością mrówek. W ciągu zaledwie dziesięciu minut można wytresować jedną mrówkę” – mówi główny autor Baptiste Piqueret, obecnie pracownik naukowy podoktorski w Instytucie Ekologii Chemicznej Maxa Plancka w Niemczech. Po wytrenowaniu mrówek, naukowcy umieścili owady na szalce Petriego z próbkami moczu myszy z guzami i myszy zdrowych. Spędzili o 20 procent więcej czasu z próbkami nowotworowymi. Mrówki węszą substancje chemiczne tworzące zapachy, za pomocą receptorów węchowych na swoich czułkach. Zapach to ich główna forma komunikacji, twierdzi współautorka badania Patrizia d’Ettorre, etolog z Université Sorbonne Paris Nord. „Rozpoznają członków grupy po zapachu ich ciała” i używają feromonów – często w niewielkich stężeniach – do komunikowania się w postaci zadziwiającej gamy złożonych sygnałów. Mrówki te również nie żądlą i są „niedrogie w zakupie i utrzymaniu”. Miód, martwe owady i mrówki są szczęśliwe” – mówi Piqueret. Czyni to z nich doskonałych kandydatów do takiej pracy. Nie wiadomo, jakie dokładnie substancje chemiczne są wywąchiwane przez mrówki, mówi d’Ettorre, co często ma miejsce w przypadku innych zwierząt wykrywających raka.

Najlepszy przyjaciel człowieka. Psy można wyszkolić do wykrywania kilku rodzajów nowotworów, w tym czerniaka, raka piersi i przewodu pokarmowego oraz niektórych chorób zakaźnych u ludzi, w tym malarii i choroby Parkinsona. W Stanach Zjednoczonych psy przeprowadzały badania przesiewowe ludzi pod kątem Covid-19, w tym w niektórych szkołach w Kalifornii, w kilku lokalizacjach w Massachusetts oraz podczas meczów koszykówki w Miami Heat. Mogą również wyczuć choroby zakaźne innych zwierząt, w tym przewlekłą chorobę wyniszczającą, która atakuje mózgi jeleni i może być śmiertelna. „Jest to wyniszczające dla jelenia i jedynym sposobem na wykrycie go jest sekcja zwłok” – mówi Cynthia Otto z Wydziału Medycyny Weterynaryjnej Uniwersytetu Pensylwanii. Jednak z badania opublikowanego w czasopiśmie Prion, którego Otto był współautorem, wynika, że psy można wyszkolić do wykrywania choroby w odchodach jeleniowatych. Naukowcy uważają, że psy mogą prawdopodobnie wyczuć sam czynnik zakaźny – mówi Otto w tym i innych przypadkach. „Przeprowadziliśmy kilka badań pilotażowych, przyglądając się infekcjom bakteryjnym i jeśli przeszkolimy psy na samych bakteriach, będą one mogły reagować na próbki od zakażonych osób” – mówi. Brytyjska organizacja charytatywna Medical Detection Dogs wyszkoliła psy do wykrywania rekordowej liczby 28 chorób, w tym określonych bakterii. Różnica w wykrywaniu raka może polegać na tym, że psy wykrywają „reakcję organizmu na komórki nowotworowe”, w tym zapachy pochodzące z odpowiedzi immunologicznych lub czegoś innego. „Albo może to być sam rak, nie wiemy tego na pewno” – mówi Otto. Mogą również wykrywać więcej niż jeden zapach lub różne psy mogą wyczuwać różne zapachy. W badaniu dotyczącym raka jajnika, w którym zapachy podzielono na różne grupy, „różne psy reagowały na różne fragmenty” – mówi Otto.

Szczurzy detektywi. Innym zwierzęciem używanym do wykrywania materiałów wybuchowych jest afrykański szczur workowaty. W 2004 r. belgijska organizacja non-profit APOPO wysłała do Mozambiku wyszkolone afrykańskie szczury workowate, „kiedy szczury po raz pierwszy uzyskały akredytację zewnętrzną International Mine Action Standards” – mówi Cindy Fast, szefowa ds. szkoleń i innowacji w tej organizacji. Od tego czasu pomogli siedmiu krajom pozbyć się ponad 150 000 min lądowych. Tanzania, gdzie znajduje się siedziba APOPO, nie ma min lądowych, ale jest jednym z 30 krajów o najwyższym wskaźniku zachorowań na gruźlicę. „Badania APOPO sugerują, że szczury wykrywają bukiet zapachów... specyficznych dla Mycobacterium tuberculosis”, bakterii wywołującej gruźlicę, mówi Lily Shallom, menedżer ds. komunikacji w organizacji. Podobnie jak mrówki, szczury otrzymują nagrodę w postaci pożywienia, gdy podczas treningu zidentyfikują próbki gruźlicy w plwocinie ludzkiej. Po przeszkoleniu pełnią rolę siatki bezpieczeństwa, wsparcia dla ludzkich techników. Każdy szczur bada „ponad sto próbek pacjentów w ciągu około 20 minut” – twierdzi Fast, a osiągnięcie tego badaczowi zajęłoby cztery dni. Są nagradzani, gdy zidentyfikują próbkę jako pozytywną. Jeśli jednak szczur zaalarmuje się o próbce, którą już uznano za negatywną, zostaje ona wysłana do oceny za pomocą droższego testu. Według APOPO od początku programu na szczurach wykryto ponad 23 000 przypadków pominiętych przez lokalne przychodnie. „Zwiększyli wykrywalność przypadków o około 50 procent w porównaniu z partnerskimi klinikami zdrowia” – mówi Fast, wyraźnie dumny z futrzanych diagnostów.

Pomocne pszczoły na teście na Covid. Jakby pszczoły miodne nie zrobiły dla nas wystarczająco dużo, holenderscy badacze wykazali, że pszczoły są dobre w wykrywaniu SARS-CoV-2, wirusa wywołującego COVID-19. Podobnie jak mrówki, pszczoły miodne wąchają za pomocą czułków i są wyjątkowo wrażliwe na zapachy. Naukowcy z laboratorium badań bioveterinary w Wageningen w Holandii wzięli lokalne pszczoły i umieścili je w specjalnych „hodowlach pszczół”, plastikowych pudełkach z miejscem na ruch skrzydeł i ciała, z których wystawały tylko głowy. Otrzymali zapachy z różnych próbek i zostali nagrodzeni słodkim poczęstunkiem, gdy rozwinęli języki w odpowiedzi na materiały wykazujące pozytywny wynik testu na Covid-19. Z czasem wykonają tę czynność bez nagrody. Podobnie jak mrówki, można je wyszkolić w ciągu kilku minut, a sprawdzenie testu w ciągu kilku sekund. Nie wiadomo jeszcze, co dokładnie wąchają pszczoły w próbkach zakażonych SARS-CoV-2. Naukowcy zasugerowali, że pszczoły mogą być pomocne w odległych społecznościach, w których tradycyjne badania mogą być trudne.

Inteligentny robak. Jeszcze mniejszy od pszczoły miodnej jest nicień Caenorhabditis elegans, robakopodobne stworzenie wielkości mniej więcej ziarenka piasku, powszechnie wykorzystywane w badaniach laboratoryjnych. Ma geny chorobowe bardzo podobne do naszych, co czyni go cennym organizmem modelowym do badań naukowych. Jest także przezroczysty, więc zachodzące w nim procesy biologiczne są łatwo widoczne pod mikroskopem. Wykazano również, że organizm ten ma zdolność wykrywania raka. Jedno z japońskich badań wykazało, że może wykryć komórki raka trzustki, a włoskie badanie wykazało, że potrafi rozpoznać komórki raka piersi. W obu przypadkach robaki w pewnych okolicznościach będą przemieszczać się w stronę próbek zawierających komórki nowotworowe, unikając zdrowych. Japońska firma biotechnologiczna oferuje test na raka do wczesnego wykrywania nowotworu, N-Nose, w ramach którego obywatele mogą przesłać próbkę moczu i poddać ją badaniu przez robaki.