Пчелы имеют чувствительное обоняние, что могут определить туберкулез и диабет

Некоторые насекомые, в том числе пчелы, имеют настолько чувствительное обоняние, что могут определить место самого легкого запаха в помещении даже в том случае, если он состоит всего из нескольких молекул. Но ученые особенно заинтригованы тем фактом, что этих насекомых можно даже научить определять различные химические вещества – от метамфетаминов до ингредиентов взрывчатых веществ. Оказалось, что они способны также успешно диагностировать такие заболевания как туберкулез и диабет.

Специалист в области разработки приборов Сюзана Соарес (Susana Soares), работающая в настоящее время в Соединенном Королевстве, разработала простой и элегантный метод использования пчел для определения целого ряда заболеваний, включая опухоли в легких и яичниках. Ее изготовленный из стекла аппарат, получивший название «Bee's», представляет собой большую емкость, а также связанную с ней меньшую емкость. После того, как пчел обучают ассоциировать определенный химический запах с наградой в виде пищи, в том числе сахара, этих насекомых запускают в диагностический прибор через имеющееся в нем отверстие. Пациентам в таком случае нужно только выдохнуть воздух в меньшую емкость и после этого наблюдать за тем, не обнаружит ли рой пчел чего-то вызывающего опасение в его дыхании.

Этот проект является частью магистерской научной работы Соарес, выполненной в лондонском Королевском колледже искусств (London's Royal College of Art) в 2007 году, когда она познакомилась с исследованиями поведения пчел и их феноменальных обонятельных способностей. После нескольких бесед с исследователями, работающими в этой области, она узнала, что некоторые болезни, в том числе рак, значительно изменяют состав телесных жидкостей, и в организме образуются обладающие своим особым запахом составы, проявляющиеся в моче и иногда в крови. Некоторые ученые даже проводят эксперименты с различного рода сенсорными методами для того, чтобы получить возможность использовать подобные «биомаркеры». Так, например, в Филадельфии ученые натренировали мышей таким образом, что они начали различать запах рака легких. Специально подготовленные собаки также используются для определения рака яичников. Другие специалисты сосредоточили свои усилия на создании электронных приборов, воспроизводящих обоняние животных и способных улавливать неразличимые для человеческого носа биомаркеры.

Однако насекомые имеют ключевое преимущество по сравнению с млекопитающими и электронными приборами, что объясняется имеющимися у них чутьем. Так, например, копирующее функции носа электронное устройство испытывает проблемы при определении запаха в более сложных условиях, в том числе тогда, когда речь идет о большом смешении различных газов, как это происходит у человека в процессе дыхания. Проведенные исследования показали, что собаки-ищейки правильно определяют запахи только в 71% случаев, тогда как на их подготовку нужно затратить по крайней мере три месяца. В отличие от этого пчелы достигают уровня точности в 98%, и их можно научить этому в течение примерно 10 минут.

При разработке аппарата «Bee's» уроженке Португалии требовалось какое-то приспособление, с помощью которого можно было бы без труда загружать пчел в анализатор и благополучно высасывать их оттуда, используя вакуум. Материал должен был быть достаточно эластичным для того, чтобы из него можно быть сделать систему с четко определенными путями, которые бы не мешали перемещению пчел. В конечном итоге она остановила свой выбор на стекле, потому что оно обладает пластичностью и прозрачностью. «Для получения результатов теста дыхания необходимо наблюдать за поведением насекомых, — подчеркивает Соарес. – Самое главное – это их поведение».

Созданные прототипы прошли полевые испытания, и хотя пока не удалось обнаружить признаков раковых заболеваний, были установлены случаи диабета, которые были впоследствии подтверждены. Однако маловероятно, чтобы предложенная концепция смогла выйти за рамки диковинного выставочного экспоната. Был период, когда Соарес чувствовала в себе достаточно амбиций для того, чтобы установить контакт с потенциальными партнерами, однако сам процесс оказался столь затратным по времени и непродуктивным, что она в конечном итоге отказалась от этого. Некоторый интерес к ее идее проявили лишь отдельные благотворительные организации. Поэтому в настоящий момент аппарат «Bee's» существует только как чисто академический эксперимент, призванный показать, по ее словам, «симбиотические отношения» человека с природой, а также то, каким образом «технологии и наука могут еще активнее способствовать развитию этих отношений».

«Насколько мне известно, в мире существует только четыре лаборатории, занимающиеся вопросами использования насекомых для выявления заболеваний, и это свидетельствует о том, что подобный подход не очень хорошо принимается в западном мире, — подчеркивает Соарес. – Медицинские и другие технологии, используемые в здравоохранении, представляют собой большой бизнес, и проблема в том, что производители просто не видят, каким образом нечто подобное может приносить прибыль».

Глен Рейнс (Glen C. Rains), профессор в области сельскохозяйственных наук Университета Джорджии, в основном согласен с этим мнением, однако он добавляет, что, помимо экономики, существуют еще более сложные вопросы. Энтомологи, а также лицензированные пчеловоды столкнулись с похожими вызовами при разработке устройства под названием «Wasp Hound», в котором используется группа из пяти ос для обнаружения постельных клопов. Предложенная Рейном система является более сложной, и в ней используется видеокамера для наблюдения за поведением ос. Собранные данные вводятся затем в специальную программу, которая анализирует их движения и пытается определить, удалось ли этим насекомым на самом деле обнаружить незваных гостей. После примерно десяти лет работы над своим устройством Рейнс установил партнерские отношения с инжиниринговой фирмой Bennett Aerospace,, с целью усовершенствования предлагаемых технологий и их реального использования в больших масштабах.

«Предложенную идею люди определенно считают весьма интересной, — подчеркивает Рейнс. – Но когда вы начинаете понимать, как это работает и как они зарабатывают деньги, то оказывается, что не существует модели того, как это можно было бы сделать».

Несмотря на наличие хорошо отработанного рынка для электронных технологий, Рейнс подчеркивает, что системы выявления заболеваний, основанные на использовании насекомых, требуют создания отдельной инфраструктуры, о которой представляющие промышленность игроки еще не удосужились основательно подумать. Так, например, подобного рода установки будут нуждаться в эффективном способе получения образцов запахов для проведения тренировки, а также в пчеловоде на месте их размещения, который мог бы заботиться об этих насекомых и работать с ними. После некоторого количества позитивных результатов желание этих насекомых подлетать к химическим веществам начинает существенно уменьшаться, поскольку они понимают, что в конце их больше не ожидает вознаграждение в виде сахара. Таким образом, в лабораторных условиях насекомые будут нуждаться в постоянной тренировке в течение всего дня. Но, по его мнению, обнадеживает то, что привлечение насекомых к решению медицинских задач не является чем-то новым, так как личинки и пиявки активно используются для очистки ран, и это распространенная медицинская практика.

Несмотря на существующие вызовы, Соарес по крайней мере оставила открытой лазейку для подобного рода возможности на тот случай, если кто-нибудь, обладая соответствующими ресурсами, все-таки захочет рискнуть. «У предложенного метода есть потенциал для сохранения многочисленных жизней, — отметила она. – Это может быть даже открытым проектом, и буду рада побеседовать со всеми, кто проявит у нему интерес».