Moose, un chien de race mixte de la Nebraska Humane Society, s'entraîne au travail de détection des odeurs. Bill Cotton / CSU, CC BY-ND

Note de l'éditeur : alors que COVID-19 a continué de se propager dans le monde entier, les scientifiques analysent de nouvelles façons de le suivre. Une approche prometteuse est dresser des chiens pour détecter les personnes infectées en sentant des échantillons d'urine ou de sueur humaine. Le chercheur Glen Golden, qui a entraîné des chiens et des furets pour détecter la grippe aviaire chez les oiseaux, explique pourquoi certains animaux sont bien adaptés pour détecter la maladie.

1. Quelles espèces ont le nez pour la maladie?

Certains animaux ont un odorat très développé. Ils comprennent les rongeurs; les chiens et leurs parents sauvages, comme les loups et les coyotes; et mustélidés - les mammifères carnivores tels que les belettes, les loutres et les furets. Les cerveaux de ces espèces ont au moins trois fois plus de neurones récepteurs olfactifs fonctionnels - des cellules nerveuses qui réagissent aux odeurs - que les espèces aux capacités odorantes moins vives, y compris les humains et les autres primates.

Ces neurones sont chargés de détecter et d'identifier les composés olfactifs volatils qui envoient des signaux significatifs, comme la fumée d'un feu ou l'arôme de la viande fraîche. Une substance est volatile si elle passe facilement du liquide au gaz à basse température, comme l'acétone qui donne au dissolvant pour vernis à ongles son odeur fruitée. Une fois qu'il se vaporise, il peut se propager rapidement dans l'air.

Lorsqu'un de ces animaux détecte une odeur significative, le signal chimique est traduit en messages et transporté dans tout son cerveau. Les messages vont simultanément au cortex olfactif, qui est responsable de l'identification, de la localisation et de la mémorisation des odeurs, et à d'autres régions du cerveau responsables de la prise de décision et de l'émotion. Ainsi, ces animaux peuvent détecter de nombreux signaux chimiques sur de grandes distances et peuvent faire des associations mentales rapides et précises à leur sujet.

2. Comment les chercheurs choisissent-ils un parfum cible?

Dans la plupart des études qui ont utilisé des chiens pour détecter le cancer, les chiens ont identifié des échantillons physiques, tels que la peau, l'urine ou l'haleine, provenant de patients qui ont été diagnostiqués avec un cancer ou qui ont cancer non diagnostiqué à un stade précoce. Les scientifiques ne savent pas quelle odeur les chiens utilisent ou si elle varie selon le type de cancer.

Le département américain de l'Agriculture Centre national de recherche sur la faune dans le Colorado et le Monell Chemical Senses Centre en Pennsylvanie, ont formé des souris pour détecter grippe aviaire dans les échantillons fécaux de canards infectés. La grippe aviaire est difficile à détecter dans les troupeaux sauvages, et elle peut se propager aux humains, donc ce travail est conçu pour aider les biologistes de la faune à surveiller les éclosions.

Le laboratoire Kimball de Monell a enseigné aux souris à obtenir une récompense lorsqu'elles sentaient un échantillon positif confirmé d'un animal infecté. Par exemple, les souris buvaient un verre d'eau lorsqu'elles parcouraient le bras d'un labyrinthe en forme de Y contenant les excréments d'un canard infecté par le virus de la grippe aviaire.

En analysant chimiquement les échantillons fécaux, les chercheurs ont découvert que la concentration de composés chimiques volatils qu'ils contenaient changeait lorsqu'un canard était infecté par la grippe aviaire. Ils ont donc déduit que ce profil d'odeur modifié était ce que les souris ont reconnu.

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Les membres de la famille des mustélidés, tels que les furets, les blaireaux et les loutres, ont des sens de l'odorat très développés. Ici, un carcajou renifle de la viande congelée enfouie dans la neige.

Sur la base de ce travail, nous avons formé des furets et des chiens à détecter la grippe aviaire chez les volailles, comme les canards sauvages et les poulets domestiques, dans le cadre d'une étude collaborative entre la Colorado State University et le National Wildlife Research Center qui est actuellement en cours de révision pour publication.

Avec les furets, nous avons commencé par les entraîner à alerter ou à signaler qu'ils avaient détecté l'odeur cible, en grattant sur une boîte contenant des ratios élevés de ces composés volatils et à ignorer les cases contenant des ratios faibles. Ensuite, nous avons montré aux furets des échantillons de matières fécales provenant de canards infectés et non infectés, et les furets ont immédiatement commencé à alerter sur la boîte contenant l'échantillon de matières fécales d'un canard infecté.

Cette approche est similaire à la façon dont les chiens sont formés pour détecter les odeurs volatiles connues dans les explosifs ou les drogues illégales. Parfois, cependant, nous devons laisser l'animal détecteur déterminer le profil d'odeur auquel il répondra.

3. Les animaux peuvent-ils être entraînés à détecter plus d'une cible?

Oui. Pour éviter toute confusion sur ce qu'un animal dressé détecte, nous pouvons lui apprendre une réponse comportementale différente pour chaque odeur cible.

Par exemple, les chiens du département américain de l'Agriculture Programme de détection des maladies canines des Services de la faune répondre avec une alerte agressive, comme un grattage, lorsqu'ils détectent un échantillon d'un canard infecté par la grippe aviaire. Lorsqu'ils détectent un échantillon d'un cerf de Virginie infecté par le prion qui cause maladie débilitante chronique, ils répondent par une alerte passive comme s'asseoir.

Des recherches à l'Université d'Auburn ont montré que les chiens peuvent se souvenir et réagir 72 odeurs lors d'une tâche de mémoire d'odeurs. La seule limite est le nombre de façons dont un chien peut communiquer sur différents signaux d'odeur.

Un panneau informe les voyageurs d'une étude pilote à l'aéroport d'Helsinki qui propose des tests gratuits de coronavirus utilisant des chiens pour détecter les infections par l'odorat. Shoja Lak / Getty Images

4. Quels types de facteurs peuvent compliquer ce processus?

Premièrement, toute organisation qui forme des animaux à détecter les maladies a besoin du bon type de laboratoire et d'équipement. Selon la maladie, cela pourrait inclure des équipements de protection individuelle et un filtrage de l'air.

Une autre préoccupation est de savoir si l'agent pathogène pourrait infecter les animaux de détection. Si cela présente un risque, les chercheurs devront peut-être inactiver les échantillons avant d'exposer les animaux. Ensuite, ils doivent voir si ce processus a modifié les substances volatiles qu'ils apprennent aux animaux à associer à l'infection.

Enfin, les manutentionnaires doivent réfléchir à la manière de renforcer la réponse souhaitée des animaux de détection sur le terrain. S'ils travaillent dans une population majoritairement non infectée - par exemple, dans un aéroport - et qu'un animal n'a pas la chance de gagner une récompense, il peut perdre tout intérêt et arrêter de travailler. Nous recherchons des animaux qui ont une forte envie de travailler sans s'arrêter, mais travailler longtemps sans récompense peut être un défi, même pour l'animal le plus motivé.

5. Pourquoi ne pas construire une machine capable de faire cela?

À l'heure actuelle, nous n'avons pas d'appareils aussi sensibles que les animaux avec un odorat bien développé. Par exemple, l'odorat d'un chien est au moins 1,000 fois plus sensible que n'importe quel appareil mécanique. Cela pourrait expliquer pourquoi les chiens ont détecté un cancer dans des échantillons de tissus qui ont été médicalement autorisé comme non cancéreux

Nous savons également que les furets peuvent détecter une infection par la grippe aviaire dans des échantillons de matières fécales avant et après que l'analyse de laboratoire montre que le virus a cessé de se répandre. Cela suggère que pour certains agents pathogènes, il peut y avoir des changements dans les substances volatiles chez les individus infectés mais asymptomatiques.

Au fur et à mesure que les scientifiques en apprendront davantage sur le fonctionnement de l'odorat des mammifères, ils auront de meilleures chances de créer des appareils aussi sensibles et fiables pour détecter les maladies.

À propos de l’auteur

Glen J. Golden, chercheur scientifique / chercheur I, Colorado State University

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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