Нос против микробов
Госпитальная инфекция – настоящий бич медицины. Стационары, где пациенты, по идее, должны лечиться, нередко становятся источником дополнительных проблем.
Штаммы, вырастающие в больницах, отличаются злостностью и злобностью, большинство антибиотиков они в прямом смысле слова едят, а справиться с ними может очень ограниченный перечень препаратов, сокращающийся с каждым годом.
Микробиологическая диагностика – дело довольно долгое и хлопотное, даже несмотря на то, что появление полимеразной цепной реакции значительно упростило ее. Поэтому потребность в быстрых и вместе с тем надежных методах, позволяющих определять возбудителей инфекции, все еще сохраняется. И тут носы макросматиков могут пригодиться.
Поводов для оптимизма несколько. Первый – бигль по кличке Клифф. Голландские ученые в 2012 году сумели натаскать этого активного и хулиганистого, но несомненно талантливого пса на бактерию под названием Clostridium difficile
[16]. Микроб знаменит тем, что часто становится виновником тяжелых и устойчивых к антибиотикам диарей в госпиталях и домах престарелых. Надо сказать, запах кала при этой инфекции весьма характерный, что может заметить и человек. Бигль же за два месяца навострился выявлять даже неуловимые для людского носа концентрации. Чувствительность пес показал фантастическую: все 50 предложенных проб, содержащих бактерию, он определил правильно. А вот специфичность чуть подкачала: трижды из 50 раз лохматый нюхач среагировал на достоверно чистые пробы как на зараженные.
Но самое интересное, что продукты жизнедеятельности клостридий Клифф чуял не только в выделениях пациентов, но и в воздухе. Пса водили по палатам и фиксировали его реакцию. Он правильно определил 265 из 270 чистых помещений и 25 из 30 зараженных, причем для полной инспекции и «принятия решения» ему требовалось лишь 10 минут! Так оперативно не работает ни одна из существующих диагностических методик.
Второй повод для оптимизма зовут Тариком, и он – гигантская сумчатая крыса, живущая в Мозамбике, в лаборатории Университета Эдуарду Мондлане. Воспитанные учеными, Тарик и восемь его сородичей умеют распознавать туберкулез по образцу мокроты. С 2013 года через их шустрые лапы проходят три четверти образцов, собираемых в медицинских учреждениях мозамбикской столицы Мапуту
[17].
Животные-диагносты выгодны по многим параметрам. В том числе по затратам. К тому же они работают быстрее людей и ошибаются гораздо реже.
Технология проста: под пол клетки с животным ставится лоток с 10 пробами мокроты. Крыса их обнюхивает и начинает царапать пол над подозрительным объектом. Сумчатый лаборант обрабатывает 5 лотков за 8 минут. Человеку, вооруженному микроскопом, на выполнение аналогичного объема работы потребовался бы целый день. К тому же, как показала практика, люди ошибаются чаще.
За первые 16 месяцев в рамках государственной программы через необычных диагностов прошло 12 500 пациентов, у 1700 из которых был обнаружен туберкулез. Понятно, что крысам не доверяют безоговорочно: их результаты перепроверяют тремя различными способами. Тем не менее животные выгодны по многим параметрам. В том числе по затратам. Обучение каждого из них обходится в 6700–8000 долларов, а живут сумчатые крысы до 8 лет, в то время как автоматический анализатор с примерно такими же возможностями стоит около 17 тысяч, не считая расходников.
Власти Мозамбика надеются, что Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) одобрит этот метод диагностики, ведь в стране только за один год туберкулез уносит около 60 тысяч жизней. Да, сумчатые лаборанты несовершенны, в частности, они не способны отличить обычный вариант инфекции от лекарственно-устойчивого. И все же для небогатых государств специально обученные животные могут стать ощутимым подспорьем. Кстати, аналогичная программа с 2008 года разрабатывается и в Танзании, где результаты тоже более чем обнадеживающие.
Глаза против рака
Если животные полагаются преимущественно на нюх, то птицам необходимо острое зрение. Обычный городской голубь в этом смысле – одна из совершеннейших систем. Впечатляющее периферическое зрение, пять различных рецепторов сетчатки, способность видеть ультрафиолет – все это не могло не натолкнуть ученых на мысль о том, чтобы приобщить голубей к распознаванию изображений.
Этими птицами интересовался еще Беррес Фредерик Скиннер, гарвардский бихевиорист, известный в первую очередь работами по так называемому оперантному научению (learning by doing). Помимо экспериментов по выработке ритуального поведения у сизарей во время Второй мировой войны Скиннер также занимался созданием необычной системы наведения для ВМС США – проектом «Голубь»
[18]. Три птицы, помещенные в головную часть управляемого боеприпаса, должны были визуально контролировать следование к цели и при необходимости корректировать траекторию полета, ударяя клювом по специальному экрану. Рули снаряда отклонялись только при большинстве «голосов», то есть как минимум две птицы должны были дать команду на корректировку курса. Скиннер полагал, что точность выведения на цель с такой системой может достигать плюс-минус 6 метров (неслыханная для тех времен цифра). Военные посчитали идею эксцентричной, но выделили на исследования 250 тысяч долларов. В итоге программу свернули в октябре 1944 года, затем возобновили в 1948-м, окончательно отказавшись от нее лишь в 1953-м, когда была убедительно доказана надежность электронных систем наведения.
Неудивительно, что наработками Скиннера решили воспользоваться и в медицинских целях. В ноябре 2015 года в журнале PLOS ONE была опубликована любопытная статья
[19] патолога Ричарда Левенсона из Калифорнийского университета, психолога Эдварда Вассермана из Университета Айовы и примкнувших к ним исследователей. Они попробовали использовать голубей для диагностики. Пока что только одной патологии – рака молочной железы.
Птицу помещали в модифицированный «ящик Скиннера», где ей, чтобы получить еду, нужно было выполнить определенное действие. В данном случае – клюнуть сенсорный экран, на котором демонстрировались фотографии гистологических препаратов. Если сизарь правильно «ставил диагноз», то есть клевал левую или правую сторону экрана, кормушка открывалась, если неправильно – он оставался голодным. Таким образом птицы научились отличать норму от патологии за несколько часов. Через месяц тренировок они уже в 80 процентах случаев давали верный ответ. А если 16 подопытных голубей использовали в качестве нейросети: объединяли все «диагнозы» и выбирали самый частый ответ, то цифра доходила до 99.
