• 狗狗嗅出新冠,靠譜嗎?

    2021-05-29 17:57:33 果殼

    pixabay.com

    - 導 讀 -

    英國研究人員稱經過訓練的狗可以非常靈敏地檢測出新冠感染者。這則新聞一出,想必一些讀者會對自家的 “旺財”、“二哈” 投去期許的目光——以后核酸檢測的錢都省了。但更多人或許會心里嘀咕,這玩意兒能靠譜嗎,怎么看都像是偽科學。

    通過狗來檢測新冠感染到底是怎么回事?真的如網上一些人說的那樣,狗狗能聞出病毒,甚至比核酸檢測還厲害嗎?

    撰文|周葉斌

    最近,多家媒體報道了這樣一條新聞:英國研究人員稱,經過訓練的狗可以發現90%左右的新冠肺炎無癥狀感染者。

    真的有這項研究嗎?

    這恐怕是很多人聽到這個新聞的第一反應吧?畢竟讓狗去 “嗅” 出新冠,頗有愚人節玩笑的 “氣味”。

    不過,這確實是個正經研究,也確實來自英國的研究組,是倫敦熱帶病醫學院(London School of Hygiene & Tropical Medicine)與杜倫大學(Durham University)的研究人員們合作完成的,也有英國慈善機構 “醫療偵查犬”(Medical Detection Dogs)組織參與 [1]。

    這一聯合研究小組訓練了6條工作犬,先讓它們學習辨別新冠感染者與非感染者散發出來的氣味差異。然后又通過 “盲測” 來考驗工作犬們的學習成果,看看它們能否辨別出一份樣本是來自新冠感染者還是未感染者。

    研究成果與具體方法也以預印版論文的形式公布在了網上。不過,如果讀者真去研究這篇預印版論文,就會發現網上關于這項研究的不少論述多有夸張,甚至存在一些錯誤。

    聞的是氣味而不是病毒

    雖然這項研究確實存在,也來自正經科研人員,但在網上傳播時卻有不少細節被 “誤報”,一些說法甚至完全偏離了研究本身。

    其中特別要強調的一點是,工作犬們鑒別的是新冠感染者的氣味,而不是新冠病毒本身。這涉及到生命體可以生成揮發性有機物——Volatile organic compounds(VOC)。無論是動物還是植物,都會自然產生一些揮發性有機物。物如其名,這些揮發性有機物在常溫下就會進入氣態,散發到空氣中。很多動植物都依賴揮發性有機物做到個體間甚至是跨物種的交流。

    生命體產生的揮發性有機物的具體組成,不僅與具體物種有關,也和該生命體的生理狀態相關。理論上來說,我們可以通過分析患病個體與健康個體在釋放揮發性有機物上的差別,鑒定出與某種疾病相關的 “分子標記”,之后就能利用這個 “分子標記” 為其他人做疾病診斷了。而狗由于其良好的嗅覺,只要通過訓練來學會分辨病人與健康人間揮發性有機物的差異,也能幫著 “嗅” 出病人。

    英國的研究組訓練工作犬來鑒別新冠感染者,正是用了這一原理。注意,這里的理論基礎是新冠感染者的揮發性有機物里有特殊的分子特征,工作犬們可以識別出來。也就是說,狗聞的是新冠感染者的 “氣味” 特征,并不是在 “聞” 病毒。

    由于不少新冠感染者出現過嗅覺失靈的癥狀,一些病人甚至在康復后很長時間嗅覺仍未恢復,英國的這項研究在網上轉載時,就被一些平臺說成是病毒直接與嗅神經結合,成了工作犬直接在 “聞” 病毒顆粒了。

    這一說法大錯特錯。關于新冠感染如何導致嗅覺失靈,以及為何一些人康復后仍無法很快恢復嗅覺,曾經也有科學家懷疑是不是新冠病毒可以直接感染并破壞嗅覺神經細胞。但后來的研究發現,嗅神經細胞并沒有新冠感染的受體ACE2,新冠病毒自然也沒法進入這些細胞。最近的兩個研究認為,病毒是感染了嗅神經的支持細胞,或者誘發炎癥帶來損傷,才是嗅覺失靈的直接原因 [2]。

    目前沒有充分的證據表明新冠病毒可以結合犬類的ACE2或感染它們的細胞,也不存在犬類嗅神經能通過與病毒顆粒結合,聞出病毒的情況。否則,為了這些四腳朋友的健康,科學家們要考慮的大概應該是要給工作犬們戴口罩,而不是讓它們來辨別感染者。

    狗比核酸檢測厲害?

    另一點要明確的是,這項研究并沒有論證出工作犬們比核酸檢測更厲害,或者可以取代核酸檢測。

    一種疾病檢測優劣的關鍵指標有兩個,靈敏度與特異性,新冠檢測也不例外。靈敏度是指一項檢測方法能有多大的能力,把陽性病人都檢測出來。比如,在100個確實是陽性的新冠病人里,如果一種檢測方法能查出90個,那么靈敏度就是90%。而特異性是指檢測方法有多高的專一性,不把沒病的測成有病的。比如,在100個確實沒有感染新冠的人里,如果一種檢測方法測出90個陰性,有10個被查成了陽性——也就是假陽性,那么特異性就是90%。

    對于任何一個疾病檢驗手段,靈敏度與特異性都是越高越好。而在新冠感染的檢測中,核酸檢測里的RT-PCR,可以說是金標準——靈敏度可以達到97-99%,特異性達95-99%。

    而在這個研究中,6條工作犬經過 “訓練” 后,每位都做了200份新冠陽性病人氣味樣本與200份健康人樣本的 “盲測”。測試結果里,靈敏度從82%到94%不等,特異性則在76%到92%之間。

    從這一結果看,工作犬們雖然很優秀,但并沒有超越核酸檢測。這項研究的目的也不是為了找到核酸檢測的替代品。

    實際上,通過氣味鑒別新冠感染未必要通過培訓工作犬,人類也可以通過精密儀器來做到這一點,甚至結果要優于工作犬。該論文顯示,研究人員除了測試工作犬外,也利用有機分子半導體檢測儀(organic semi-conducting sensors),通過分析27位新冠感染者與27位健康人的氣味樣本差異,確立了新冠感染后的揮發性有機物 “分子圖譜”,利用這一圖譜做 “盲測”,靈敏度可以達到98%以上,而特異性超過99%。

    氣味檢測會推廣嗎?

    雖然試驗中工作犬檢測新冠的靈敏度與特異性并沒有超越核酸檢測,但這種方法可以推廣嗎?例如,像機場安檢中推廣工作犬一樣推廣新冠檢測犬,這有可能嗎?

    要承認通過犬類做氣味檢測是有其獨特優勢的。大家可以想一下,安檢中工作犬檢查各種違禁品和這個試驗里檢測新冠的原理其實是一樣的。對于那些違禁品,現代化學分析儀器一樣可以做到更靈敏、更專一的檢測,但為什么機場等仍要大量使用工作犬,而不是依賴機器呢?

    這是因為,工作犬檢測的 “通量” 實在太高了。這項研究里的科學家們提到,按他們的設計,兩只工作犬 “合作”,半小時可以篩檢300人。這種快速、高通量的特點是化學分析儀器不具備的,因此工作犬在違禁品檢測,特別是機場等特殊場合可以獨當一面。

    新冠核酸檢測同樣不具備這種快速、高通量特點——從采樣、檢測到出報告都需要時間,還涉及人力、物力。這也是研究人員們設想的新冠檢測工作犬可以占據的 “潛在生態位”——短時間內初篩大量人員,初篩后可能陽性的人再用核酸檢測確認,這種 “搭配” 比直接上核酸檢測會更經濟、高效。

    訓練做醫學檢驗的工作犬也不是新冠首創。實際上很多疾病都會帶來人體揮發性有機物的變化,一些新聞也有報道過諸如狗聞出癌癥等案例。2019年時,《柳葉刀-傳染病》上還發表了一項工作犬檢測瘧疾的論文 [3]。兩條經過訓練的工作犬,檢測瘧疾的靈敏度達到了70%,特異性90%。

    這個想法雖然不錯,但真要實行,仍然會有很多挑戰。

    首先,通過氣味特征來鑒別疾病本身要比篩查違禁品更復雜,在實際應用中會遇到的干擾因素也會更多。不同于某種違禁品單一的分子特征,像這項研究里提到的新冠 “氣味特征” 其實是諸多有機分子的合集。是否會有其它與新冠感染無關的生理過程影響甚至蓋過訓練犬們習得的新冠 “氣味特征”?比如,當感染者患有其它疾病時,新冠氣味特征還存在嗎,還能被鑒別出來嗎?

    新冠本身也頗為復雜。試驗里所涉及的大多為最初發現于英國的突變株B1.1.7,不同新冠突變株為人體帶來的 “氣味特征” 會一致嗎?正是由于醫學檢查的復雜性,工作犬在醫學檢驗中雖然有不少研究,但尚未有大量推廣實踐的先例。這種挑戰對于用工作犬來檢測新冠也是一樣的。

    其次,除了醫學檢測復雜性帶來的推廣困難,這項研究本身也是相對初級的,里面涉及的場景多有理想化,與真實世界差距不小。工作犬在這項試驗里的表現能否推演到現實也存在不確定性。

    在試驗里,工作犬們面對的并不是真正的感染者或健康人,而是志愿者們的氣味樣本——比如穿了12小時的襪子。盲測時也是在可控環境下的高度流程化作業。這類理想化、標準化對于初步的概念驗證(proof of concept)固然是必要的,但也意味著現實世界里的復雜環境、各種變數都沒有在實驗中出現。實驗獲得的良好結果是否能走出實驗室依然不變,這是個問題。

    總之,訓練工作犬鑒別新冠感染,在理論上,英國的科學家們初步驗證了其可能性。但由于醫學檢測的復雜性,這仍然只是一個在實驗室里的初步概念驗證,離實踐還有不少距離。而且這種嘗試本身也不是為了取代核酸檢測。

    雖然通過旺財省下核酸檢測的幻想破滅了,但我們生活中并不缺少工作犬的存在。無論是機場車站里的安檢犬,還是小區里偶然碰到的導盲犬,再遇到它們時,不妨考慮一下它們訓練工作的不易,多為它們留一點空間。此外,你家中的旺財、二哈大概是一輩子也做不了工作犬的,但這也不妨礙它們成為終生家庭成員。

    作者簡介 :

    周葉斌博士,免疫學研究者,目前在藥企從事腫瘤免疫的新藥研發工作,業余也寫一些科普文章(微信公眾號 “一個生物狗的科普小園”)。本文僅代表作者個人觀點,不代表任何組織與單位。

    制版編輯 | 盧卡斯

    參考文獻

    [1]新冠工作犬論文https://www.lshtm.ac.uk/media/49791

    [2].新冠嗅覺喪失原理的討論https://www.nature.com/articles/d41586-021-00055-6#ref-CR5

    [3].工作犬檢測瘧疾論文https://www.thelancet.com/journals/laninf/article/PIIS1473-3099(19)30220-8/fulltext

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