Собаки и мыши чуют рак

Нюх собаки исключительно острый, его обслуживают около 230 миллионов обонятельных клеток. Например, собаки легко отличают по запаху однояйцевых близнецов друг от друга. И даже больше того: они способны отличить одного таракана от другого (E. Rodionova et al., 2009. Dogs are able to Recognize Insect Individuals by Odour). Фото из статьи L. Pinc et al., 2011. Dogs Discriminate Identical Twins

Российские ученые исследовали способность животных-макросматиков (животных с тонким нюхом) выявлять мышей, заболевших раком. Они поставили ряд корректных экспериментов, в которых показали высокую точность различения по запаху образцов, взятых от больных животных, и образцов от здоровых животных. Как выяснилось, унюхать больное животное способны и собаки, и мыши. Эти работы позволяют начать прицельный поиск биомаркеров раковых заболеваний при помощи высокочувствительной техники.

Как-то раз при въезде в одно иностранное государство мне представился случай наблюдать работу собак-пограничников. Прилетевших пассажиров выстроили кое-как в ряд и попросили поставить багаж на пол у ног. К нам вышла толстая таможенница с плюгавой рыжей собачкой на поводке. Таможенница улыбалась нам и собачке, а собачка быстро обнюхала все чемоданы и молча уселась около меня. Собачка при этом не залаяла и, кажется, тоже улыбнулась своей хозяйке. Меня попросили отойти в сторонку, а остальных отпустили, а потом стали строго допрашивать, какие пищевые продукты я везу в сумках. Я клялась и божилась, что ничего незаконного у меня нет, что я знаю правила... но толстая таможенница уверила, что ее собачка никогда не ошибается. Пришлось распаковывать весь багаж, выворачивать все вещи... И, да, плюгавая собачка оказалась права: нашелся наполовину недоеденный шоколадный батончик, запихнутый в угол сумки. Удивительно, как собачка из разношерстной, разнонациональной и разновозрастной публики с чемоданами, набитыми самым невероятным барахлом — от заношенных кед до суперкосметики, — смогла унюхать мой шоколадный батончик. Таможенница с гордостью мне объяснила, что ее питомица может найти любую еду, так уж она обучена (хотя кормят собачку как следует — это она не с голоду на еду бросается).

Мне вспомнился тот случай, потому что, во-первых, научная работа, о которой дальше пойдет речь, использует именно это удивительное свойство животных-макросматиков («нюхачей») выявлять тончайшие оттенки запахов из множества предложенных. При этом собак для подобной работы обучают ориентироваться не на один конкретный запах (в случае продуктов это вообще невозможно: одних батончиков сотни разных), а на подобие запахов, на «что-то в этом духе». Во-вторых, ученые проводили исследование с участием собак, тоже работающих в аэропортах на таможне: это были собаки из питомника Кинологического отдела ДУАБ ОАО «Аэрофлот — Российские авиалинии». Но только в данном случае задача ученых не имела ничего общего с выявлением запрещенных таможней предметов. Напротив, собаки приняли участие в сугубо гражданском исследовании — поиске эффективной методики ранней диагностики рака по спектру летучих органических соединений (ЛОС). Работу под руководством Елены Ивановны Родионовой из Института проблем передачи информации РАН выполнили ученые из ИПЭЭ РАН, НИИ канцерогенеза РОНЦ и Кинологического отдела Аэрофлота.

ЛОС, связанные с раковыми заболеваниями, безусловно, имеют свою специфику. Иными словами, каждому виду заболеваний теоретически соответствует определенный набор ЛОС. Если научиться различать эти специфичные наборы, то появится возможность неинвазивной точной диагностики заболевания. В этом отношении распознавание канцероспецифичных ЛОС исключительно важно и актуально. Теоретически можно было бы выявить их с помощью чувствительных аппаратных методик, например, газовой хроматографии или масс-спектрометрии. Но все эти методы пока еще несовершенны и нуждаются в калибровке. Проблема калибровки образцов в этом смысле исключительно важна: нужно же знать, что принять за образец, и именно в нем начинать искать специфику ЛОС. Иначе можно до скончания века гадать, выявились ли ЛОС, связанные с определенной диетой, курением, полом, возрастом, настроением, стрессом (что обычно в больничных условиях) или с самим заболеванием. Выявлению «образцовых» запахов могут помочь обученные собаки. У них уже отлажена их собственная «встроенная» газовая хроматография: у животных-макросматиков работают более тысячи запаховых рецепторов.

Биологи работали с мышиной моделью гепатокарциномы: здоровым мышам (самцам) вводили клетки раковой опухоли. В этом случае болезнь развивается в течение следующей недели. Конечно, у людей и мышей болезнь развивается по-разному, но здесь важно отработать методику поиска. Собакам, обученным выделять запах по подобию, в экспериментах давали обнюхать мочу или фекалии зараженных мышей. Сможет ли собака отличить образец заболевшей мыши от здоровой?

Инструктор с собакой ходит вдоль контейнеров с экспериментальными образцами, их в круге 12. Инструктор не знает, где искомый контейнер. Фото Е. Родионовой

Опыты были устроены следующим образом. Собаке предлагали запах больной мыши, а затем вводили в помещение, где по кругу были расположены склянки с образцами запахов 11 различных здоровых мышей и одной больной (естественно, не той, чей запах был предложен вначале). Около искомой банки собака должна была сесть и подать голос. Если собака не могла определить, то она просто не садилась. Инструктор, который вел собаку, не знал, в какой банке образец зараженной мыши.

Собака нашла искомый контейнер и дала об этом знать инструктору; наблюдатель записывает результат. Фото Е. Родионовой

По такой схеме было проделано 66 экспериментов с мочой и 30 — с фекалиями больных мышей.

Собаки правильно определили «больной» образец фекалий в 27 случаях из 30 и только в трех случаях выбрали образцы здоровых мышей. Успешность тестов с мочой немного ниже, хотя и она впечатляет — 45 правильных выборов из 66. При этом собаки довольно редко путали здоровых и больных мышей: 12 раз они указали на образец здоровой мыши, а в девяти случаях они воздержались от решения.

Как справедливо указывают ученые, нос собаки — инструмент точный, но дорогостоящий. Правильно обученная собака — это редкое сокровище. Поэтому они провели соответствующие тесты и на других макросматиках — на мышах, существенно более дешевых с прагматической точки зрения. Хорошо известно, что мыши удивительно тонко чуют мир. Так, на обслуживание своего запахового имиджа они тратят около 4% всего своего белкового хозяйства, синтезируемого в печени (а это очень много!). Исследователи понадеялись, что мыши тоже справятся с заданием и отличат «больной» запах от «здорового». И хотя мышь не может сесть и подать сигнал, как собака, но зато она с интересом обнюхивает предметы, изучая их. Время, затраченное на обнюхивание, отражает, насколько новым оказался для нее запах. Чем дольше она нюхает, тем менее знаком для нее новый запах, тем больше информации она пытается извлечь из спектра его летучих компонентов.

В экспериментах мышам (это были 11 самцов) предлагали сначала запах здорового самца, а затем два других запаха: второго здорового самца и больного животного. Мыши достоверно больше времени тратили на обнюхивание запаха именно больной мыши (примерно 30 секунд на здоровый тест и 82 секунды — на больной). Это означает, что и мышей можно использовать в качестве диагностов.

Естественно, до практического использования животных-макросматиков пока далеко, но представленные исследования исключительно многообещающие. Методика работы с животными — собаками и мышами — уже отлаживается. Нос животного уверенно поворачивается в сторону требуемого запаха, так что очередь теперь за приборными исследованиями.

Источник: Е. И. Родионова, М. Ю. Кочевалина, Е. В. Котенкова, О. В. Морозова, Г. А. Когунь, Е. Л. Батаева, А. В. Амбарян. «Распознавание животными-макросматиками летучих органических веществ, связанных с развитием гепатокарциномы: подходы к поиску маркеров онкологических заболеваний» // Известия РАН. Серия Биологическая. 2015. № 3. С. 1–9.

См. также:
Elena Rodionova, Alexander Minor, Klim Sulimov and Galina Kogu. Dogs are able to Recognize Insect Individuals by Odour // Chem. Senses. 2009. V. 34. №3. P. E64.

Елена Наймарк