El olor de la enfermedad: El uso de perros, ratones y hurones para detectar padecimientos

A medida que el COVID-19 continúa extendiéndose por todo el mundo, los científicos están analizando nuevas formas de rastrearlo. Un enfoque prometedor es entrenar perros para detectar personas infectadas al oler muestras de orina o sudor humano.

El científico investigador Glen Golden, que ha entrenado perros y hurones para detectar la gripe aviar en las aves, explica por qué ciertos animales son adecuados para olfatear enfermedades.

1. ¿Qué especies tienen olfato para las enfermedades?

Algunos animales tienen sentidos del olfato muy desarrollados. Incluyen roedores; perros y sus parientes salvajes, como lobos y coyotes; y mustélidos: mamíferos carnívoros como comadrejas, nutrias y hurones. Los cerebros de estas especies tienen tres o más veces más neuronas receptoras olfativas funcionales (células nerviosas que responden a los olores) que las especies con capacidades olfativas menos agudas, incluidos los humanos y otros primates.

Estas neuronas son responsables de detectar e identificar compuestos olfativos volátiles que envían señales significativas, como el humo de un fuego o el aroma de la carne fresca. Una sustancia es volátil si cambia fácilmente de líquido a gas a bajas temperaturas, como la acetona que le da al quitaesmalte su olor afrutado. Una vez que se vaporiza, puede extenderse rápidamente por el aire.

Cuando uno de estos animales detecta un olor significativo, la señal química se traduce en mensajes y se transporta por todo su cerebro. Los mensajes van simultáneamente a la corteza olfativa, que se encarga de identificar, localizar y recordar el olor, y a otras regiones cerebrales responsables de la toma de decisiones y la emoción. De modo que estos animales pueden detectar muchas señales químicas a grandes distancias y pueden hacer asociaciones mentales rápidas y precisas sobre ellas.

2. ¿Cómo eligen los investigadores un aroma objetivo?

En la mayoría de los estudios que han utilizado perros para detectar el cáncer, los perros han identificado muestras físicas, como piel, orina o aliento, de pacientes que han sido diagnosticados con cáncer o que tienen cáncer no diagnosticado en una etapa temprana. Los científicos no saben qué señal de olor usan los perros o si varía según el tipo de cáncer.

El Centro Nacional de Investigación de Vida Silvestre del Departamento de Agricultura de EU en Colorado y el Centro Monell de Sentidos Químicos en Pensilvania han entrenado ratones para detectar la influenza aviar en muestras fecales de patos infectados. La gripe aviar es difícil de detectar en bandadas silvestres y se puede propagar a los humanos, por lo que este trabajo está diseñado para ayudar a los biólogos de la vida silvestre a monitorear los brotes.

El laboratorio de Kimball en Monell enseñó a los ratones a obtener una recompensa cuando olían una muestra positiva confirmada de un animal infectado. Por ejemplo, los ratones podían beber agua cuando viajaban por el brazo de un laberinto en forma de Y que contenía heces de un pato infectado con el virus de la influenza aviar.

Al analizar químicamente las muestras fecales, los investigadores encontraron que la concentración de compuestos químicos volátiles en ellas cambiaba cuando un pato se infectaba con la gripe aviar. Entonces infirieron que este perfil de olor alterado era lo que reconocían los ratones.

Sobre la base de ese trabajo, hemos entrenado hurones y perros para detectar la influenza aviar en aves, como patos salvajes y pollos domésticos, en un estudio colaborativo entre la Universidad Estatal de Colorado y el Centro Nacional de Investigación de Vida Silvestre que se encuentra actualmente en revisión para su publicación.

Con los hurones, comenzamos entrenándolos para alertar, o señalar que habían detectado el olor objetivo, rascando una caja que contenía altas proporciones de esos compuestos volátiles e ignorando cajas que contenían bajas proporciones. A continuación, mostramos a los hurones muestras de heces de patos infectados y no infectados, y los hurones inmediatamente comenzaron a alertar sobre la caja que contenía la muestra fecal de un pato infectado.

Este enfoque es similar a la forma en que se entrena a los perros para detectar olores volátiles conocidos en explosivos o drogas ilegales. A veces, sin embargo, tenemos que dejar que el animal detector determine el perfil de olor al que responderá.

3. ¿Se puede entrenar a los animales para que detecten más de un objetivo?

Si. Para evitar confusiones sobre lo que detecta un animal entrenado, podemos enseñarle una respuesta de comportamiento diferente para cada olor objetivo.

Por ejemplo, los perros del Programa de Detección de Enfermedades Caninas de los Servicios de Vida Silvestre del Departamento de Agricultura de EU responden con una alerta agresiva, como rascarse, cuando detectan una muestra de un pato infectado con la gripe aviar. Cuando detectan una muestra de un venado de cola blanca infectado por el prión que causa la emaciación crónica, responden con una alerta pasiva, como sentarse.

La investigación en la Universidad de Auburn ha demostrado que los perros pueden recordar y responder a 72 olores durante una tarea de memoria de olores. La única limitación es la cantidad de formas en que un perro puede comunicarse sobre diferentes señales de olor.

4. ¿Qué tipo de factores pueden complicar este proceso?

Primero, cualquier organización que entrene animales para detectar enfermedades necesita el tipo de laboratorio y equipo adecuados. Dependiendo de la enfermedad, eso podría incluir equipo de protección personal y filtrado de aire.

Otra preocupación es si el patógeno podría infectar a los animales de detección. Si eso representa un riesgo, los investigadores pueden necesitar inactivar las muestras antes de exponer a los animales. Luego necesitan ver si ese proceso ha alterado los elementos que están enseñando a los animales a asociar con la infección.

Finalmente, los entrenadores deben pensar en cómo reforzar la respuesta deseada de los animales de detección en el campo. Si trabajan en una población de personas en su mayoría no infectadas, por ejemplo, en un aeropuerto, y un animal no tiene la oportunidad de ganar una recompensa, puede perder interés y dejar de funcionar. Buscamos animales que tengan un fuerte impulso para trabajar sin detenerse, pero trabajar durante mucho tiempo sin recompensa puede ser un desafío incluso para el animal más motivado.

5. ¿Por qué no construir una máquina que pueda hacer esto?

En este momento no tenemos dispositivos que sean tan sensibles como los animales con sentidos del olfato bien desarrollados. Por ejemplo, el sentido del olfato de un perro es al menos mil veces más sensible que cualquier dispositivo mecánico. Esto podría explicar por qué los perros han detectado cáncer en muestras de tejido que han sido aprobadas médicamente como no cancerosas.

También sabemos que los hurones pueden detectar la infección por influenza aviar en muestras fecales antes y después de que los análisis de laboratorio muestren que el virus ha dejado de diseminarse. Esto sugiere que para algunos patógenos, puede haber cambios volátiles en individuos que están infectados pero son asintomáticos.

A medida que los científicos aprendan más sobre cómo funciona el sentido del olfato de los mamíferos, tendrán más posibilidades de crear dispositivos que sean tan sensibles y fiables para detectar enfermedades.

La nota original la puedes encontrar aquí.

Por Glen J. Golden , investigador científico y académico de la Universidad Estatal de Colorado.

*The Conversation es una fuente independiente y sin fines de lucro de noticias, análisis y comentarios de expertos académicos.