Około 150 pszczół, które przeszły specjalny trening w laboratorium badawczym Uniwersytetu Wageningen, potrafi teraz wykryć zakażenie koronawirusem SARS-CoV-2 i poinformować o tym wysuwając język. Uczelnia prowadzi badania we współpracy ze startupem InsectSense.
Jak wyglądał trening pszczół
COVID-19, podobnie jak inne choroby, powoduje zmiany metaboliczne w organizmie, którym towarzyszy specyficzna zmiana zapachu ciała. Pszczoły mają doskonały węch – są w stanie wykrywać substancje lotne z wyjątkową czułością. Np. potrafią znaleźć kwiat oddalony od ich ula o kilka kilometrów. I – podobnie jak psy – mogą uczyć się wykrywania nowych zapachów, ale potrzebują treningu i zachęty.
W projekcie, którego pomysłodawcami są twórcy InsectSense, taką zachętą stała się woda z cukrem. W całym procesie uczenia wykorzystano tzw. warunkowanie pawłowskie, zwane też warunkowaniem klasycznym. Jest to forma uczenia się, w wyniku której bodziec – wybrany przez badaczy, początkowo obojętny dla organizmu – wywołuję pożądaną reakcję.
Na pierwszym etapie treningu pszczoły były wystawiane na zapach próbki zakażonej SARS-CoV-2. Równocześnie otrzymywały „nagrodę” w postaci roztworu wody z cukrem. Wówczas wysuwały języki, aby zebrać słodki pokarm. Kilkukrotne powtórzenie całego zabiegu wystarczyło, aby owady skojarzyły zapach zakażonych próbek z bodźcem, po którym pojawia się słodka nagroda.
Dzięki takiemu treningowi pszczoły zaczęły wysuwać języki za każdym razem, gdy tylko poczuły zapach znany z laboratoryjnych próbek, nawet jeśli nie czekały na nie żadne słodycze – opisują efekt eksperymentu naukowcy z Uniwersytetu Wageningen. Tak wytresowana pszczoła jest w stanie wykryć zainfekowaną próbkę w ciągu kilku sekund.
Prototyp maszyny do szkolenia owadów
Badania – w które zaangażowani byli też naukowcy z Université Paul Sabatier w Tuluzie we Francji – przeprowadzono na ponad 150 pszczołach w laboratorium bezpieczeństwa biologicznego firmy Wageningen Bioveterinary Research. Uczeni stosowali różne układy treningu, aby określić najbardziej optymalny schemat warunkowania.
Próbki użyte w pierwszych eksperymentach pochodziły od zdrowych i zakażonych SARS-CoV-2 norek, a dopiero w kolejnej próbie – od ludzi. W testach z użyciem zwierzęcych próbek kilka pszczół wykazało bardzo dobre wyniki. Owady były w stanie odróżnić próbki zakażone od próbek pochodzących od zdrowych norek, a liczba wyników fałszywie dodatnich i fałszywie ujemnych była bardzo mała. Podobnie obiecujące wyniki uzyskano w późniejszych eksperymentach z ludzkimi próbkami z SARS-CoV-2.
Teraz InsectSense chce, aby pszczoły stały się powszechnie stosowanym, nie wymagającym zaawansowanej technologii sposobem wykrywania zakażeń SARS-CoV-2. Firma opracowała już prototypy maszyny, która może automatycznie szkolić pszczoły do wykrywaniu zakażeń. Jedna taka maszyna może pozwolić na wytrenowanie dziesiątek owadów w krótkim czasie.
Drugim elementem projektu jest biosensor, który wykorzystuje wyszkolone już pszczoły do diagnozowania próbek od pacjentów. BeeSense – jak nazwano gotowe rozwiązanie – może być bardzo skutecznym systemem diagnostycznym dla krajów o niskich dochodach, które borykają się z wyzwaniami związanymi z dostępem do infrastruktury i zaawansowanych technologii – twierdzą jej twórcy.
Zwierzęta mogą wykrywać choroby w krajach rozwijających się
Pszczoły nie są pierwszymi zwierzętami, które potrafią wykrywać COVID-19 za pomocą węchu. Już wcześniej inna grupa naukowców udowodniła, że psy są w stanie odróżniać próbki ludzkiej śliny zawierające ślady koronawirusa SARS-CoV-2 od zdrowych próbek. Kolejny zespół nauczył psy rozpoznawać zakażenia na podstawie zapachu potu pacjentów. Badanie na niewielkiej próbie przeprowadzone przez niemieckich naukowców wykazało, że psy mogą identyfikować pozytywne próbki COVID-19 z dokładnością do 94 procent.
Dzieje się tak, ponieważ zmiany metaboliczne wywołane przez koronawirusa SARS-CoV-2 powodują, że płyny ustrojowe osoby zakażonej mają nieco inny zapach niż osoby niezainfekowanej. Mimo tych obiecujących wyników naukowcy nadal nie mają pewności, czy zwierzęta będą w stanie równie efektywnie wykrywać przypadki COVID-19 poza laboratorium.
– Nikt nie mówi, że zwierzęta mogą zastąpić maszyny do PCR [reakcja łańcuchowa polimerazy – metoda używana przez techników laboratoryjnych do przetwarzania standardowych testów wymazowych COVID-19 – przyp. red.], ale mogą być bardzo obiecujące – podkreśla Holger Volk, współautor niemieckiego badania.
Źródło: Wageningen University & Research