У некоторых насекомых, таких как пчелы, обоняние настолько острое, что они могут обнаружить самый слабый запах в комнате, даже если он состоит всего из нескольких молекул. Но ученые особенно заинтригованы тем фактом, что этих жуков можно даже научить обнаруживать различные химические вещества, от метамфетаминов до ингредиентов во взрывчатых веществах. Им даже было показано, что они эффективно диагностируют такие заболевания, как туберкулез и диабет.
Связанный контент
- Шмели могут летать в воздухе
Британская дизайнерская компания Susana Soares разработала простой и элегантный способ использования пчел для выявления ряда заболеваний, в том числе рака, таких как опухоли легких и яичников. Ее стеклянный аппарат, который называется «Пчела», имеет большую камеру и меньшую соединенную камеру, расположенную внутри него. После обучения пчел связывать специфический химический запах с пищевым вознаграждением, таким как сахар, насекомые попадают в диагностическое устройство через отверстие. Пациенты просто дуют в меньший отсек и ждут, чтобы увидеть, собирается ли рой к чему-то тревожному в дыхании человека.
Проект, часть ее магистерской диссертации в лондонском Королевском колледже искусств, начался в 2007 году, когда Соареш столкнулась с исследованиями пчел и их феноменальных обонятельных способностей. После разговора с исследователями в этой области она узнала, что некоторые заболевания, такие как рак легких, заметно изменяют состав жидкостей организма, производя пахучие соединения, которые обнаруживаются в моче, а иногда и в крови. Некоторые исследователи даже экспериментировали с различными сенсорными методами, чтобы продемонстрировать эти «биомаркеры». Например, в Филадельфии ученые обучили мышей распознавать запах рака легких. Обученные собаки также используются для выявления рака яичников. Другие были сосредоточены на воспроизведении этих способностей животных в электронных носовых устройствах, которые откалиброваны так, чтобы улавливать эти биомаркеры, не обнаруживаемые человеческим носом.
Насекомые предлагают ключевые преимущества перед млекопитающими и электроникой, однако, из-за их антенн. Например, электронные носовые устройства испытывают затруднения при обнаружении запаха в более сложных условиях, например, когда существует большая смесь газов, как это происходит при дыхании человека. И исследования показали, что собаки-снифферы правильно распознают запахи только в 71% случаев, при этом требуется тренировка не менее трех месяцев. Пчелы, напротив, достигли степени точности 98 процентов и могут быть обучены примерно за 10 минут.
При разработке «Пчелы» португальцам было нужно что-то, что позволило бы пользователю легко транспортировать пчел в инструмент и безопасно высасывать их обратно под вакуумом. Исходный материал также должен был быть достаточно податливым, чтобы сформировать систему с четко определенными путями, которые не препятствуют их движению. В конечном итоге она остановилась на стекле как материале из-за его гибкости и прозрачности. «Чтобы узнать результаты теста дыхания, вы должны увидеть поведение насекомых, - говорит она, - все зависит от их поведения».
Прототипы прошли полевые испытания, и хотя он не обнаружил каких-либо случаев рака, он обнаружил случай диабета, который был позже подтвержден. Однако маловероятно, что эта концепция будет чем-то большим, чем просто любопытство на выставке. Хотя был короткий период, в течение которого она чувствовала себя достаточно амбициозной, чтобы связаться с потенциальными сотрудниками, процесс оказался настолько трудоемким и бесполезным, что в конечном итоге она сдалась. Единственными организациями, которые, казалось, даже отдаленно интересовались ее идеей, была горстка благотворительных организаций. Так что на данный момент «Пчела» существует как одно из тех чисто академических упражнений, чтобы показать, по ее словам, «симбиотические отношения», которые люди имеют с природой, и то, как «технология и наука могут лучше развивать эти отношения».
«Я думаю, что только четыре лаборатории в мире проводят исследования насекомых для скрининга заболеваний, что показывает вам, что этот подход не подходит для западного мира», - говорит Соареш. «Медицина и технологии здравоохранения - это большой бизнес, и суть в том, что они просто не видят, как что-то подобное может быть выгодным».
Глен К. Рейнс, профессор сельского хозяйства в Университете Джорджии, в основном соглашается, хотя он добавляет, что есть и более сложные вопросы, помимо экономики. Энтомолог, так же как и лицензированный пчеловод, столкнулся с многочисленными трудностями при разработке аналогичного устройства под названием «Wasp Hound», в котором для обнаружения присутствия клопов используется партия из пяти ос. Система Дождей немного сложнее, потому что она использует камеру для записи поведения ос. Затем данные поступают в программное обеспечение, которое анализирует эти движения, чтобы определить, действительно ли ошибки действительно обнаружили этих нежелательных гостей. После более чем десяти лет разработки Rains установила партнерские отношения с инженерной фирмой Bennett Aerospace, чтобы усовершенствовать технологию для крупномасштабных реальных приложений.
«В целом это определенно то, что люди находят захватывающим», - говорит он. «Но как только вы поймете, как это будет работать или как они будут зарабатывать деньги, у вас не будет модели, как это будет сделано».
Хотя существует проверенный рынок электронных технологий, Рейнс отмечает, что системы скрининга болезней, основанные на насекомых, требуют отдельной инфраструктуры, которую игроки отрасли не удосужились продумать. Например, учреждениям потребуется способ эффективного получения образцов запаха для обучения и, очевидно, пчеловод на месте, который может управлять и обучать насекомых. После нескольких положительных результатов готовность насекомых гудеть по отношению к химическому веществу начинает значительно уменьшаться, поскольку они начинают осознавать тот факт, что сладкое вознаграждение больше не ожидает их на другом конце. Таким образом, в лабораторных условиях жучкам потребуется постоянная переподготовка в течение дня. Но что обнадеживает, добавляет он, так это то, что привлечение клопов для клинических целей не является беспрецедентным, так как использование личинок и выщелачивателей для очистки ран является общепринятой медицинской практикой.
Несмотря на эти проблемы, Соареш оставил, по крайней мере, заднюю дверь открытой для такой возможности, если кто-то с нужными ресурсами готов пойти на риск. «У этого есть потенциал, чтобы спасти так много жизней», говорит она. «Это может быть даже концепция с открытым исходным кодом, поэтому для тех, кто заинтересован, я буду рад поговорить».
