狗狗嗅出新冠,靠譜嗎?
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英國研究人員稱經(jīng)過訓(xùn)練的狗可以非常靈敏地檢測(cè)出新冠感染者。這則新聞一出,想必一些讀者會(huì)對(duì)自家的 “旺財(cái)”、“二哈” 投去期許的目光——以后核酸檢測(cè)的錢都省了。但更多人或許會(huì)心里嘀咕,這玩意兒能靠譜嗎,怎么看都像是偽科學(xué)。
通過狗來檢測(cè)新冠感染到底是怎么回事?真的如網(wǎng)上一些人說的那樣,狗狗能聞出病毒,甚至比核酸檢測(cè)還厲害嗎?
撰文|周葉斌
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最近,多家媒體報(bào)道了這樣一條新聞:英國研究人員稱,經(jīng)過訓(xùn)練的狗可以發(fā)現(xiàn)90%左右的新冠肺炎無癥狀感染者。
這恐怕是很多人聽到這個(gè)新聞的第一反應(yīng)吧?畢竟讓狗去 “嗅” 出新冠,頗有愚人節(jié)玩笑的 “氣味”。
不過,這確實(shí)是個(gè)正經(jīng)研究,也確實(shí)來自英國的研究組,是倫敦?zé)釒Р♂t(yī)學(xué)院(London School of Hygiene & Tropical Medicine)與杜倫大學(xué)(Durham University)的研究人員們合作完成的,也有英國慈善機(jī)構(gòu) “醫(yī)療偵查犬”(Medical Detection Dogs)組織參與 [1]。
這一聯(lián)合研究小組訓(xùn)練了6條工作犬,先讓它們學(xué)習(xí)辨別新冠感染者與非感染者散發(fā)出來的氣味差異。然后又通過 “盲測(cè)” 來考驗(yàn)工作犬們的學(xué)習(xí)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(yù)印版論文的形式公布在了網(wǎng)上。不過,如果讀者真去研究這篇預(yù)印版論文,就會(huì)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上關(guān)于這項(xiàng)研究的不少論述多有夸張,甚至存在一些錯(cuò)誤。
雖然這項(xiàng)研究確實(shí)存在,也來自正經(jīng)科研人員,但在網(wǎng)上傳播時(shí)卻有不少細(xì)節(jié)被 “誤報(bào)”,一些說法甚至完全偏離了研究本身。
其中特別要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)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(fā)性有機(jī)物——Volatile organic compounds(VOC)。無論是動(dòng)物還是植物,都會(huì)自然產(chǎn)生一些揮發(fā)性有機(jī)物。物如其名,這些揮發(fā)性有機(jī)物在常溫下就會(huì)進(jìn)入氣態(tài),散發(fā)到空氣中。很多動(dòng)植物都依賴揮發(fā)性有機(jī)物做到個(gè)體間甚至是跨物種的交流。
生命體產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物的具體組成,不僅與具體物種有關(guān),也和該生命體的生理狀態(tài)相關(guān)。理論上來說,我們可以通過分析患病個(gè)體與健康個(gè)體在釋放揮發(fā)性有機(jī)物上的差別,鑒定出與某種疾病相關(guān)的 “分子標(biāo)記”,之后就能利用這個(gè) “分子標(biāo)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(xùn)練來學(xué)會(huì)分辨病人與健康人間揮發(fā)性有機(jī)物的差異,也能幫著 “嗅” 出病人。
英國的研究組訓(xùn)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(chǔ)是新冠感染者的揮發(fā)性有機(jī)物里有特殊的分子特征,工作犬們可以識(shí)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(xiàn)過嗅覺失靈的癥狀,一些病人甚至在康復(fù)后很長時(shí)間嗅覺仍未恢復(fù),英國的這項(xiàng)研究在網(wǎng)上轉(zhuǎn)載時(shí),就被一些平臺(tái)說成是病毒直接與嗅神經(jīng)結(jié)合,成了工作犬直接在 “聞” 病毒顆粒了。
這一說法大錯(cuò)特錯(cuò)。關(guān)于新冠感染如何導(dǎo)致嗅覺失靈,以及為何一些人康復(fù)后仍無法很快恢復(fù)嗅覺,曾經(jīng)也有科學(xué)家懷疑是不是新冠病毒可以直接感染并破壞嗅神經(jīng)細(xì)胞。但后來的研究發(fā)現(xiàn),嗅神經(jīng)細(xì)胞并沒有新冠感染的受體ACE2,新冠病毒自然也沒法進(jìn)入這些細(xì)胞。最近的兩個(gè)研究認(rèn)為,病毒是感染了嗅神經(jīng)的支持細(xì)胞,或者誘發(fā)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(jù)表明新冠病毒可以結(jié)合犬類的ACE2或感染它們的細(xì)胞,也不存在犬類嗅神經(jīng)能通過與病毒顆粒結(jié)合,聞出病毒的情況。否則,為了這些四腳朋友的健康,科學(xué)家們要考慮的大概應(yīng)該是要給工作犬們戴口罩,而不是讓它們來辨別感染者。
另一點(diǎn)要明確的是,這項(xiàng)研究并沒有論證出工作犬們比核酸檢測(cè)更厲害,或者可以取代核酸檢測(cè)。
一種疾病檢測(cè)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)有兩個(gè),靈敏度與特異性,新冠檢測(cè)也不例外。靈敏度是指一項(xiàng)檢測(cè)方法能有多大的能力,把陽性病人都檢測(cè)出來。比如,在100個(gè)確實(shí)是陽性的新冠病人里,如果一種檢測(cè)方法能查出90個(gè),那么靈敏度就是90%。而特異性是指檢測(cè)方法有多高的專一性,不把沒病的測(cè)成有病的。比如,在100個(gè)確實(shí)沒有感染新冠的人里,如果一種檢測(cè)方法測(cè)出90個(gè)陰性,有10個(gè)被查成了陽性——也就是假陽性,那么特異性就是90%。
對(duì)于任何一個(gè)疾病檢驗(yàn)手段,靈敏度與特異性都是越高越好。而在新冠感染的檢測(cè)中,核酸檢測(cè)里的RT-PCR,可以說是金標(biāo)準(zhǔn)——靈敏度可以達(dá)到97-99%,特異性達(dá)95-99%。
而在這個(gè)研究中,6條工作犬經(jīng)過 “訓(xùn)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(cè)”。測(cè)試結(jié)果里,靈敏度從82%到94%不等,特異性則在76%到92%間。
從這一結(jié)果看,工作犬們雖然很優(yōu)秀,但并沒有超越核酸檢測(cè)。這項(xiàng)研究的目的也不是為了找到核酸檢測(cè)的替代品。
實(shí)際上,通過氣味鑒別新冠感染未必要通過培訓(xùn)工作犬,人類也可以通過精密儀器來做到這一點(diǎn),甚至結(jié)果要優(yōu)于工作犬。該論文顯示,研究人員除了測(cè)試工作犬外,也利用有機(jī)分子半導(dǎo)體檢測(cè)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(fā)性有機(jī)物 “分子圖譜”,利用這一圖譜做 “盲測(cè)”,靈敏度可以達(dá)到98%以上,而特異性超過99%。
雖然試驗(yàn)中工作犬檢測(cè)新冠的靈敏度與特異性并沒有超越核酸檢測(cè),但這種方法可以推廣嗎?例如,像機(jī)場(chǎng)安檢中推廣工作犬一樣推廣新冠檢測(cè)犬,這有可能嗎?
要承認(rèn)通過犬類做氣味檢測(cè)是有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的。大家可以想一下,安檢中工作犬檢查各種違禁品和這個(gè)試驗(yàn)里檢測(cè)新冠的原理其實(shí)是一樣的。對(duì)于那些違禁品,現(xiàn)代化學(xué)分析儀器一樣可以做到更靈敏、更專一的檢測(cè),但為什么機(jī)場(chǎng)等仍要大量使用工作犬,而不是依賴機(jī)器呢?
這是因?yàn)椋ぷ魅畽z測(cè)的 “通量” 實(shí)在太高了。這項(xiàng)研究里的科學(xué)家們提到,按他們的設(shè)計(jì),兩只工作犬 “合作”,半小時(shí)可以篩檢300人。這種快速、高通量的特點(diǎn)是化學(xué)分析儀器不具備的,因此工作犬在違禁品檢測(cè),特別是機(jī)場(chǎng)等特殊場(chǎng)合可以獨(dú)擋一面。
新冠核酸檢測(cè)同樣不具備這種快速、高通量特點(diǎn)——從采樣、檢測(cè)到出報(bào)告都需要時(shí)間,還涉及人力、物力。這也是研究人員們?cè)O(shè)想的新冠檢測(cè)工作犬可以占據(jù)的 “潛在生態(tài)位”——短時(shí)間內(nèi)初篩大量人員,初篩后可能陽性的人再用核酸檢測(cè)確認(rèn),這種 “搭配” 比直接上核酸檢測(cè)會(huì)更經(jīng)濟(jì)、高效。
訓(xùn)練做醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)的工作犬也不是新冠首創(chuàng)。實(shí)際上很多疾病都會(huì)帶來人體揮發(fā)性有機(jī)物的變化,一些新聞也有報(bào)道過諸如狗聞出癌癥等案例。2019年時(shí),《柳葉刀-傳染病》上還發(fā)表了一項(xiàng)工作犬檢測(cè)瘧疾的論文 [3]。兩條經(jīng)過訓(xùn)練的工作犬,檢測(cè)瘧疾的靈敏度達(dá)到了70%,特異性90%。
這個(gè)想法雖然不錯(cuò),但真要實(shí)行,仍然會(huì)有很多挑戰(zhàn)。
首先,通過氣味特征來鑒別疾病本身要比篩查違禁品更復(fù)雜,在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遇到的干擾因素也會(huì)更多。不同于某種違禁品單一的分子特征,像這項(xiàng)研究里提到的新冠 “氣味特征” 其實(shí)是諸多有機(jī)分子的合集。是否會(huì)有其它與新冠感染無關(guān)的生理過程影響甚至蓋過訓(xùn)練犬們習(xí)得的新冠 “氣味特征”?比如,當(dāng)感染者還有其它疾病時(shí),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(fù)雜。試驗(yàn)里所涉及的大多為最初發(fā)現(xiàn)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(huì)一致嗎?正是由于醫(yī)學(xué)檢查的復(fù)雜性,工作犬在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中雖然有不少研究,但尚未有大量推廣實(shí)踐的先例。這種挑戰(zhàn)對(duì)于用工作犬來檢測(cè)新冠也是一樣的。
其次,除了醫(yī)學(xué)檢測(cè)復(fù)雜性帶來的推廣困難,這項(xiàng)研究本身也是相對(duì)初級(jí)的,里面涉及的場(chǎng)景多有理想化,與真實(shí)世界差距不小。工作犬在這項(xiàng)試驗(yàn)里的表現(xiàn)能否推演到現(xiàn)實(shí)也存在不確定性。
在試驗(yàn)里,工作犬們面對(duì)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(shí)的襪子。盲測(cè)時(shí)也是在可控環(huán)境下的高度流程化作業(yè)。這類理想化、標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于初步的概念驗(yàn)證(proof of concept)固然是必要的,但也意味著現(xiàn)實(shí)世界里的復(fù)雜環(huán)境、各種變數(shù)都沒有在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)獲得的良好結(jié)果是否能走出實(shí)驗(yàn)室依然不變,這是個(gè)問題。
總之,訓(xùn)練工作犬鑒別新冠感染,在理論上,英國的科學(xué)家們初步驗(yàn)證了其可能性。但由于醫(yī)學(xué)檢測(cè)的復(fù)雜性,這仍然只是一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室里的初步概念驗(yàn)證,離實(shí)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(cè)。
雖然通過旺財(cái)省下核酸檢測(cè)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(jī)場(chǎng)車站里的安檢犬,還是小區(qū)里偶然碰到的導(dǎo)盲犬,再遇到它們時(shí),不妨考慮一下它們訓(xùn)練工作的不易,多為它們留一點(diǎn)空間。此外,你家中的旺財(cái)、二哈大概是一輩子也做不了工作犬的,但這也不妨害它們成為終生家庭成員。
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作者簡介
周葉斌博士,免疫學(xué)研究者,目前在藥企從事腫瘤免疫的新藥研發(fā)工作,業(yè)余也寫一些科普文章(微信公眾號(hào) “一個(gè)生物狗的科普小園”)。本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn),不代表任何組織與單位。
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參考文獻(xiàn):
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(cè)瘧疾論文
https://www.thelancet.com/journals/laninf/article/PIIS1473-3099(19)30220-8/fulltext
制版編輯 | 盧卡斯