為了應對疫情，英國科學家正在嘗試將狗訓練成新冠病毒檢測的「試劑盒」。通過犬只嗅聞氣味排查疾病，在醫學界早已不是新聞。
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作者 | 蘇澄宇 動物科普作者
編輯 | 張昊
責編 | 高佩雯
新型冠狀病毒肆虐至今，「檢測」成了各國繞不開的「痛點」。不論是PCR檢測還是抗體檢測，都可能受制於試劑盒產能和成本，並且大多需要數小時乃至數天才能獲知結果。如果能夠實現大面積、高效率的即時檢測，對於早日撲滅疫情無疑大有助益。
最近，英國倫敦醫療慈善機構「醫療嗅探犬」提出了一種不同尋常的新冠病毒檢測方式——讓狗嗅出來。與之合作的倫敦衛生和熱帶醫學學院(LHTSM)的科學家們相信，他們可以訓練出嗅覺特別敏銳的狗來診斷人們是否感染新冠病毒，哪怕是那些無症狀感染者。該項目目前正在眾籌，希望能在兩個月內訓練和部署狗作為新冠肺炎的「檢測器「。
這個主意乍聽有點「不靠譜」，但仔細想想其實合情合理。狗靈敏的嗅覺在精神管制藥品、違禁食品的偵測等場合早已有上百年的應用歷史；用狗探測疾病在醫學界也已是有若干科學證據和實踐經驗的嚴肅課題。
用狗探病不是新鮮事
患有不同疾病的人會向外界釋放不同種類的特異性氣體分子，利用這一點，醫學界一直在嘗試利用狗的嗅覺來檢測包括癌症、超級細菌、帕金森症和瘧疾在內的多種疾病。
早在1989年，英國倫敦國王學院的兩名醫生就已經發表了利用犬類嗅覺進行癌症檢測的論文。研究的契機是一位病人稱他的狗對他的某處皮膚損傷表現出了強烈的興奮，而這處損傷其實是惡性黑色素瘤。此後，圍繞該課題，多項研究先後面世。
2004年，英國的卡羅琳·威利斯（Carolyn Willis）團隊研究了犬類能否從尿樣中檢測出膀胱癌。2006 年至 2009 年，挪威團隊研究了犬類能否通過呼出的氣體檢測肺癌。2016年，法國團隊對於乳腺癌的研究表明，讓狗通過汗液探測體內深處的腫瘤似乎可行。
除了癌症，狗在一定程度上還有檢測出特定細菌的能力。2012年，荷蘭兩家大型醫院的研究人員在《英國醫學雜誌》(BMJ)上發表的一項新研究顯示，經過訓練的狗能夠檢查出感染了一種超級細菌——艱難梭狀芽胞桿菌——的病人，並且準確性很高。2014年，溫哥華一家醫院根據該項研究，將利用狗探測超級細菌的方法應用到了臨床實踐中。他們訓練出了世界上第一條具有實戰探測經驗的史賓格犬。
史賓格犬，常用於緝毒、搜救、海關檢疫 | 圖蟲創意
而人們注意到狗對帕金森症患者有反應同樣源於一個意外。一位蘇格蘭女士發現，她的丈夫在因帕金森症離世前，自家的狗嗅覺似乎發生了變化。之後，這條狗在實驗室條件下，準確嗅出了潛在的帕金森症患者。2017年，曼徹斯特大學開始專門研究如何用狗探測出帕金森症。研究人員共訓練出了3條狗，以嘗試嗅出人們在患帕金森病早期時釋放的氣味。
除此之外，狗還被用來嗅探瘧疾。2019年，英國科學家和甘比亞醫學研究委員會合作從甘比亞採集樣本，並在研究中心訓練出了4條瘧疾嗅探犬。它們可以嗅出患有瘧疾兒童穿過的襪子。雙盲實驗結果證實，嗅探犬的準確率在73%左右。科學家們期待瘧疾檢測全能守護非洲國家的機場和港口，幫助其根除瘧疾。
「狗鼻子」是個高精度探測器
人之所以可以聞到味道，是因為物體揮發出的化學物質。這些物質進入人的鼻腔後，與嗅覺感受器結合，將化學信號轉變為電信號，之後通過神經傳導進入嗅體，最終被大腦分辨為不同的味道。
而狗的嗅覺比人類厲害的地方在於，它可以將人類可嗅探的氣體分子濃度下限再降低兩個數量級（即靈敏度是人類的幾百倍）。也正因為可以嗅出空氣中如此低濃度的氣體分子，它們可以在數百米開外，或者隔著好幾層東西，直接嗅探出該化學物質的揮發來源。這也是一些狗經過訓練可以成為警犬、搜救犬或者緝毒犬的原因。
狗的嗅覺之所以這麼厲害，不僅與狗擁有強大的嗅覺感受系統有關，也與狗鼻子中特殊的氣體流動結構密不可分。人類呼氣和吸氣經由同一通道，犬類則不同。犬類用於嗅覺和呼吸的氣流是分離的。它們的鼻腔被一層組織分成兩部分：一部分用於呼吸，一部分用於嗅覺。呼吸時通過鼻腔側翼呼氣來形成氣旋，帶入更多氣味分子，以儘可能增加嗅聞效率。
狗的鼻腔內擁有 3 億個嗅覺感受器，而人類只有500萬個。大幅度的高速動作將氣體分子送至嗅黏膜後，位於此處的大量嗅覺感受器就會馬力全開，通過分布在感受器表面無數的纖毛對溶解在黏液裡的氣味分子進行檢測。要知道，犬類的嗅黏膜面積與其皮膚面積相同，而我們人類的嗅黏膜面積則只有郵票大小。
有了這樣的天賦異稟，訓練它們嗅探疾病也就不在話下了。
科學家如何訓練狗來嗅探疾病
不同疾病之所以有不同味道，是因為它們揮發出的氣味分子有著不同構型。這決定了它們與嗅覺感受器的適配性，就像正確的鑰匙才能開門。某些物質的化學式可能非常相似甚至完全相同，但由於構型存在差異，氣味就可能截然不同。
比如，科學家之所以想到用狗來嗅探瘧疾，是因為他們發現瘧蚊更喜歡將攜帶瘧原蟲的病人作為吸血對象。可是瘧蚊是如何知道哪些人攜帶了瘧疾病原呢？答案是氣味。瘧蚊會通過氣味對吸血對象進行選擇，優先吸取瘧原蟲攜帶者的血液。對於狗來說，存在「特殊的氣味」亦是它們能實現高可靠性探測的前提。
科學家在嘗試訓練狗進行疾病嗅探時，往往是基於從人類身上取得的生物樣本。例如，在訓練狗嗅出乳腺癌的研究中，科學家先將紗片覆蓋在患者胸部。幾個小時之後，這些織物就會浸透一定量的汗液以及其他皮膚釋放的氣味分子。隨後科學家讓狗嗅探這些織物並訓練它們分辨、記憶其中的異常氣味，從而進一步對不同受檢者的氣味進行分析和甄別。
通過訓練，嗅聞疾病 | Trudie Davidson @ AIP
狗能嗅出新冠病毒感染者嗎
那麼，用狗來排查新冠病毒感染者又如何呢？不得不說，這個想法理論上可行，但結果依舊是個未知數。這取決於狗狗們能不能從患者生物樣本中找到共有的獨特氣味。
科學家認為，病毒感染後會引起人體內一系列免疫反應，這個過程可能向血液釋放特定的化合物，這些化合物又可以通過呼吸系統或皮膚釋放到外界。理論上，新冠肺炎患者應該有屬於自己的獨特氣味，而經過特定訓練的狗，有潛力識別出這種味道。
至於這項研究最後能否成功應用於實踐，我們暫時只能拭目以待啦。
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