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如何评价德国训练探雷犬和寻尸犬识别新冠患者,称准确率达94%?嗅探犬接触患者后会成为病毒传播介质吗?

2021-02-05宠物

这个研究听起来很有意思。

狗其实早被用来检测疾病了

其实关于狗是否可以来检测疾病,早在1989年就有相关的探讨。有人来诊所寻求皮肤诊断,原因是她的狗对她有非常剧烈的反应,让她很担心——结果她被查出患有恶性黑色素瘤。为此Hywel Williams和Andres Pembroke给【柳叶刀】杂志写了封信,表达了对此的看法:说不定狗能帮助诊断疾病。

但这个现象其实到现在也没有实验依据,狗到底是闻到了什么物质才识别出疾病的呢?这个问题一直没有答案,也不是那么容易就能得到答案。

因为现阶段我们只知道 嗅觉受体 (Olfactory receptors)最基本的生物学机制:产生不同气味的小分子进入鼻腔,根据结合能力强弱会和不同的嗅觉受体结合,再由嗅觉受体产生神经信号传导给大脑的嗅觉皮层。

嗅球结构,这个示意图只是嗅觉受体的冰山一角 | 图源:mammothmemory

这里面涉及到很多未知的信息,比如 人的嗅觉受体决定基因多达800个 小鼠有1000多个 ,更不用说嗅觉灵敏的狗了。目前研究者对此的解释一般是肿瘤产生、挥发出一些特殊的有机物可能被狗鼻子识别出来。

实际上,在前面我们提到的狗狗发现黑色素瘤的案例之后,很多国家开始尝试利用狗进行 某些癌症、疟疾 等疾病的筛查检测,并为此训练了很多「检测犬」。根据陆陆续续的研究结果来看,都有很不错的检测准确率。

这可能就是为什么研究者会考虑从狗这个角度去检测新冠。

狗也早就被用来检测新冠了

而早在这个新闻之前,在去年七八月份就有很多相关报道了,比如问题提到的这个研究,以及据说部分国家的军队就在训练狗来识别新冠,以及在芬兰赫尔辛基、智利圣地亚哥和迪拜的机场也开始使用狗来检测新冠病毒的存在。

德国汉诺威兽医大学的这一研究也不是只有新闻报道,去年七月份他们的研究结果就已经发表在了【BMC Infectious Diseases】杂志(顺带一提,文章头搞在2020年7月16日,接受在7月21日,发表在7月23日,就时间上看有点「着急」)。

文章附有训练狗的视频,各位需要可自行查看

研究训对8只「检测犬」训练了一星期,并且在检测过程中严格执行了双盲实验:狗自己不知,指导狗的人、提供检测样品的人都不知道样品是阴性还是阳性。训练过程中,第一天正确率是50%,第二天正确率就到了70%,到第七天正确率就是81%

训练的「检测犬」,地下有若干放了样品的检测口会依次打开,只有一个是阳性(最左侧绿色标,狗是看不到的),当狗狗在那停留2秒以上说明阳性,检测对了会有食物奖励,以此来进行训练 | 图源:Jendrny P, et al.

之后在做了一个1012个样本的随机检测里,每只狗的平均正确率是94%,其中有157个正确的阳性样本,792个正确的阴性样本。可以说结果非常可观了。但是去掉这个94%的正确率,我们看实际检验出阳性的敏感性,可以发现其实会低很多,平均水平在80%左右。

八只狗检测的特异性(对阴性结果的判断能力)和敏感性(对阳性结果的判断能力)

顺带一提,文章在讨论部分也讨论到了 @菲利普医生 提到的其他冠状病毒可能导致假阳性的可能。而且他们也没把握说如果狗被新冠感染了,会不会影响它们的嗅觉检测水平。

此外,在去年12月,巴黎东大学的研究团队也发表了一篇使用狗来识别新冠的文章,但他们的角度也更加神奇:通过让狗闻汗液的味道,来判断。

研究的假设是:感染了新冠病毒的细胞可能会分泌的一些物质可能会通过汗腺分泌到体外,这样就可能被狗检测到,当然类似的像是尿液、唾液、泪水、粪便等等也是可以考虑的,但汗腺的分泌一方面采集更方便,另一方面确实含有不少信息。

那么对六只「检测犬」(他们都有检测过爆炸物或者结肠癌的经验)进行1-3周的训练,再对177份汗液样本进行检测,正确率在76%到100%之间。

六只狗的检测结果

整体来看,利用犬类进行检测正确率其实还算是不低,但是可靠性显然是不如核酸检测来的靠谱。换个角度想,这个检测方法其实和在机场火车站检测体温是类似的,只能做一个初步的筛查,不能作为确诊依据,而且也存在漏检的可能。

会不会是狗狗的大危机?

但是在各种研究成果和新闻报道里,已经纷纷出现狗可以在实验室环境和自然环境下感染新冠病毒,这一点对于狗狗以及检测人员来说是不是会存在安全隐患呢?

安全隐患显然是存在的,不过新冠病毒的跨物种感染虽然存在,但是不同物种的感染程度也各不相同,这个关键就在于病毒表面的蛋白。

作为一种单链正股 RNA 病毒,冠状病毒(CoV)分为四个属:α-CoV,β-CoV,γ-CoV和δ-CoV,其中前两种感染哺乳动物,后两类则会攻击鸟类和猪。新冠病毒作为β-CoV 属内的新成员,目前已知的也只能感染哺乳动物,如老虎、狮子、水貂、雪貂、雪豹、狗和家猫等等。

而从病毒表面的蛋白来看,已知新冠病毒的RNA基因组能够编码16种非结构性蛋白和4种结构蛋白 ,后者包括的刺突蛋白(Spike protein)不仅是冠状病毒这一名称的来源,也对病毒宿主类型的选择和感染过程起到关键作用。因为刺突蛋白与人类呼吸道细胞表面受体相结合,才使得新冠病毒能够进入细胞,进行复制,并对人体造成伤害;这也是为什么疫苗和一些正在研发的药物都会以刺突蛋白作为目标靶点。

由于新冠病毒基因是以RNA的形式存在,突变的概率相较DNA要高。当编码刺突蛋白的基因发生变化时,可能会增强病毒对细胞表面受体的亲和力,也可能会赋予病毒和其他生物细胞表面受体结合的能力,进而实现不同物种之间的传播。所以狗会被感染新冠也是可以理解的了,但是具体的致病机制会不会像人这样严重,可能就需要更具体的研究。

至于反过来感染人,目前能反过来感染人的动物报道的只有水貂一种,但我们也不应该对此放松警惕。如果病毒能够在人类和其他动物之间来回传播,不断蛰伏并积累突变,不仅对全球新冠病毒疫情的管控制造困难,也是在为疫苗和治疗手段的研发设置障碍。

参考资料:

  • Williams H, Pembroke A. Sniffer dogs in the melanoma clinic?[J]. The Lancet, 1989, 333(8640): 734.
  • Willis C M, Church S M, Guest C M, et al. Olfactory detection of human bladder cancer by dogs: proof of principle study[J]. Bmj, 2004, 329(7468): 712.
  • https://www. dw.com/en/coronavirus-t rained-dogs-detect-covid-94-of-the-time-german-study-finds/a-56447514
  • https://www. bloomberg.com/news/arti cles/2020-07-24/dogs-can-sniff-out-coronavirus-infections-german-study-shows
  • Jendrny P, Schulz C, Twele F, et al. Scent dog identification of samples from COVID-19 patients–a pilot study[J]. BMC infectious diseases, 2020, 20(1): 1-7.
  • Grandjean D, Sarkis R, Lecoq-Julien C, et al. Can the detection dog alert on COVID-19 positive persons by sniffing axillary sweat samples? A proof-of-concept study[J]. PloS one, 2020, 15(12): e0243122.
  • Li F (2008) Structural analysis of major species barriers between humans and palm civets for severe acute respiratory syndrome coronavirus infections. J Virol 82:6984–6991
  • Snijder EJ, Decroly E, Ziebuhr J (2016) The nonstructural proteins directing coronavirus RNA synthesis and processing. Adv Virus Res 96:59–126
  • Adriaan H. de Wilde, Eric J. Snijder, Marjolein Kikkert and Martijn J (2017). van Hemert. Host Factors in Coronavirus Replication. Current Topics in Microbiology and Immunology. DOI 10.1007/82_2017_25
  • COVID-19 and Animals. Centers for Disease Control and Prevention. Jan. 15, 2021. https://www. cdc.gov/coronavirus/201 9-ncov/daily-life-coping/animals.html