The Scent of Sickness: 5 domande a cui rispondere sull'utilizzo di cani, topi e furetti, per rilevare la malattia

The Scent of Sickness: 5 domande a risposta sull'uso di cani, topi e furetti per rilevare la malattia
Moose, un cane di razza mista della Nebraska Humane Society, si allena nel lavoro di rilevamento degli odori.
Bill Cotton / CSU, CC BY-ND

Nota del redattore: mentre COVID-19 continua a diffondersi in tutto il mondo, gli scienziati stanno analizzando nuovi modi per monitorarlo. Un approccio promettente è addestrare i cani a rilevare le persone infette annusando campioni di urina umana o sudore. Il ricercatore Glen Golden, che ha addestrato cani e furetti per rilevare l'influenza aviaria negli uccelli, spiega perché alcuni animali sono adatti a fiutare la malattia.

1. Quali specie hanno il naso per le malattie?

Alcuni animali hanno l'olfatto molto sviluppato. Includono roditori; cani e loro parenti selvaggi, come lupi e coyote; e mustelidi - mammiferi carnivori come donnole, lontre e furetti. I cervelli di queste specie hanno neuroni del recettore olfattivo tre o più volte più funzionali - cellule nervose che rispondono agli odori - rispetto alle specie con capacità olfattive meno acute, compresi gli esseri umani e altri primati.

Questi neuroni sono responsabili del rilevamento e dell'identificazione di composti olfattivi volatili che inviano segnali significativi, come il fumo di un fuoco o l'aroma della carne fresca. Una sostanza è volatile se cambia prontamente da liquida a gassosa a basse temperature, come l'acetone che conferisce al solvente per unghie il suo odore fruttato. Una volta vaporizzato, può diffondersi rapidamente nell'aria.

Quando uno di questi animali rileva un odore significativo, il segnale chimico viene tradotto in messaggi e trasportato attraverso il suo cervello. I messaggi vanno simultaneamente alla corteccia olfattiva, che è responsabile dell'identificazione, della localizzazione e del ricordo degli odori, e ad altre regioni del cervello responsabili del processo decisionale e delle emozioni. Quindi questi animali possono rilevare molti segnali chimici su grandi distanze e possono creare associazioni mentali rapide e accurate su di loro.


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2. In che modo i ricercatori scelgono un profumo target?

Nella maggior parte degli studi che hanno utilizzato cani per rilevare il cancro, i cani hanno identificato campioni fisici, come pelle, urina o alito, da pazienti a cui è stato diagnosticato un cancro o che hanno cancro non diagnosticato in una fase iniziale. Gli scienziati non sanno quale odore usano i cani o se varia a seconda del tipo di cancro.

Il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti Centro nazionale di ricerca sulla fauna selvatica in Colorado e negli Stati Uniti Monell Chemical Senses Center in Pennsylvania hanno addestrato i topi a rilevare influenza aviaria in campioni fecali di anatre infette. L'influenza aviaria è difficile da rilevare negli stormi selvatici e può diffondersi agli esseri umani, quindi questo lavoro è progettato per aiutare i biologi della fauna selvatica a monitorare le epidemie.

Il laboratorio Kimball di Monell ha insegnato ai topi a ottenere una ricompensa quando hanno annusato un campione positivo confermato da un animale infetto. Ad esempio, i topi bevevano acqua quando viaggiavano lungo il braccio di un labirinto a forma di Y che conteneva le feci di un'anatra infetta dal virus dell'influenza aviaria.

Analizzando chimicamente i campioni fecali, i ricercatori hanno scoperto che la concentrazione di composti chimici volatili in essi cambiava quando un'anatra veniva infettata dall'influenza aviaria. Quindi hanno dedotto che questo profilo di odore alterato era ciò che i topi riconoscevano.


I membri della famiglia dei mustelidi, come furetti, tassi e lontre, hanno l'olfatto molto sviluppato. Qui un ghiottone annusa la carne congelata sepolta nella neve.

Sulla base di quel lavoro, abbiamo addestrato furetti e cani a rilevare l'influenza aviaria nei polli, come anatre selvatiche e polli domestici, in uno studio collaborativo tra la Colorado State University e il National Wildlife Research Center che è attualmente in fase di revisione per la pubblicazione.

Con i furetti, abbiamo iniziato addestrandoli ad avvertire, o segnalare che avevano rilevato l'odore bersaglio, grattando su una scatola che conteneva rapporti elevati di quei composti volatili e ignorando le scatole che contenevano rapporti bassi. Successivamente abbiamo mostrato i campioni fecali dei furetti di anatre infette e non infette, ei furetti hanno immediatamente iniziato a segnalare la scatola contenente il campione fecale di un'anatra infetta.

Questo approccio è simile al modo in cui i cani vengono addestrati per rilevare gli odori volatili noti negli esplosivi o nelle droghe illegali. A volte, tuttavia, dobbiamo lasciare che l'animale rilevatore determini il profilo dell'odore a cui risponderà.

3. Gli animali possono essere addestrati a rilevare più di un bersaglio?

Sì. Per evitare confusione su ciò che sta rilevando un animale addestrato, possiamo insegnargli una risposta comportamentale diversa per ogni odore target.

Ad esempio, i cani del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti Programma di rilevamento delle malattie canine di Wildlife Services rispondono con un allarme aggressivo, come graffiare, quando rilevano un campione di un'anatra infettata dall'influenza aviaria. Quando rilevano un campione di un cervo dalla coda bianca infettato dal prione che causa malattia da deperimento cronico, rispondono con un avviso passivo come sedersi.

La ricerca presso l'Università di Auburn ha dimostrato che i cani possono ricordare e rispondere 72 odori durante un'attività di memoria degli odori. L'unico limite è il numero di modi in cui un cane può comunicare su diversi segnali di odore.

Un cartello informa i viaggiatori di uno studio pilota all'aeroporto di Helsinki che offre test gratuiti sul coronavirus utilizzando cani per rilevare le infezioni dall'odore.
Un cartello informa i viaggiatori di uno studio pilota all'aeroporto di Helsinki che offre test gratuiti sul coronavirus utilizzando cani per rilevare le infezioni dall'odore.
Shoja Lak / Getty Images

4. Quali tipi di fattori possono complicare questo processo?

In primo luogo, qualsiasi organizzazione che addestra gli animali per rilevare le malattie ha bisogno del giusto tipo di laboratorio e attrezzatura. A seconda della malattia, ciò potrebbe includere dispositivi di protezione personale e filtri dell'aria.

Un'altra preoccupazione è se l'agente patogeno possa infettare gli animali rilevati. Se questo è un rischio, i ricercatori potrebbero dover inattivare i campioni prima di esporre gli animali. Quindi devono vedere se quel processo ha alterato i volatili che stanno insegnando agli animali ad associare all'infezione.

Infine, i gestori devono pensare a come rafforzare la risposta desiderata dal rilevamento degli animali sul campo. Se lavorano in una popolazione di persone per lo più non infette, ad esempio in un aeroporto, e un animale non ha la possibilità di guadagnare una ricompensa, potrebbe perdere interesse e smettere di lavorare. Cerchiamo animali che abbiano una forte spinta a lavorare senza fermarsi, ma lavorare a lungo senza ricompensa può essere una sfida anche per l'animale più motivato.

5. Perché non costruire una macchina in grado di farlo?

Al momento non abbiamo dispositivi sensibili come animali con sensi dell'olfatto ben sviluppati. Ad esempio, l'olfatto di un cane lo è almeno 1,000 volte più sensibile di qualsiasi dispositivo meccanico. Questo potrebbe spiegare perché i cani hanno rilevato il cancro nei campioni di tessuto che sono stati clinicamente autorizzato come non canceroso

Sappiamo anche che i furetti possono rilevare l'infezione da influenza aviaria in campioni fecali prima e dopo che le analisi di laboratorio mostrano che il virus ha smesso di diffondersi. Ciò suggerisce che per alcuni agenti patogeni, potrebbero esserci cambiamenti nei volatili in individui che sono infetti ma sono asintomatici.

Man mano che gli scienziati imparano di più su come funziona l'olfatto dei mammiferi, avranno maggiori possibilità di creare dispositivi sensibili e affidabili nell'annusare le malattie.

L'autoreThe Conversation

Glen J. Golden, ricercatore / studioso I, Colorado State University

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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