嗅覚の科学：犬が優れた病気発見者となる理由

2016年11月、ガンビアの医学研究評議会の科学者チームが、数百枚のベージュ色のナイロン製靴下を携えて小学校を訪問した。5歳から14歳までの子どもたちに靴下を配り、夜間は履き続け、祈りのために足を洗う時以外は脱がないように指示した。翌日、彼らは汚れた洗濯物を回収し、仕分けて英国の慈善団体に郵送した。この慈善団体はその後4ヶ月間、この素材を使って、人間の鼻では感知できない匂い、つまりマラリアの分子特性を犬に認識させる訓練を行った。

犬の嗅覚は、最先端の人工機器よりも何倍も鋭敏です。子犬の鼻は一体どれほど強力なのでしょうか？1兆分の1という濃度、つまりオリンピックサイズのプール20個分の液体一滴を検知できるほどです。訓練を受ければ、犬は爆弾や麻薬を嗅ぎ分け、容疑者を追跡し、遺体を見つけることもできます。そして、がん、糖尿病、結核、そして今ではマラリアといった人間の病気を嗅覚だけで検出するための実験的な利用がますます増えています。

月曜日、研究者たちはニューオーリンズで開催されたアメリカ熱帯医学衛生学会年次総会で、これらの最新の研究結果を発表しました。二重盲検法による実験では、2頭の犬がマラリア原虫に感染した子供の匂いを70%の確率で正確に嗅ぎ分けられることが証明されました。検査を受けた児童は全員健康そうに見えましたが、現場で行われた血液検査の結果、30人の子供が実際にはマラリアに感染していることが判明しました。この研究はまだ概念実証に過ぎませんが、将来的には、空港、入国港、その他の国境検問所に生物探知犬を配備し、マラリアを引き起こす原虫の無症候性キャリアが、マラリアが根絶された地域にマラリアを持ち込むのを防ぐことができるようになることが期待されています。

この研究は、ビル＆メリンダ・ゲイツ財団から10万ドルの助成金を受けて行われた。同財団は近年、マラリア対策を優先事項としており、CRISPRで遺伝子編集された蚊を用いたマラリア根絶という野心的な取り組みの先頭に立っている。世界保健機関（WHO）は最新のマラリア報告書で、数十年にわたるマラリア対策の進展が停滞し、後退の危機に瀕していると警告した。マラリアは毎年50万人の命を奪っており、その多くは子供たちである。

「次の段階は、犬が自然な状況下で人間とどれだけうまく付き合えるかを見極めることです」と、この研究に協力したロンドン大学衛生熱帯医学大学院疾病対策部門長のジェームズ・ローガン氏は述べた。もし犬が十分な能力を発揮できれば、日常的な非侵襲性スクリーニングツールとして活用できるようになるだろう。特に、蚊が少なく病気の伝染も極めて少ない乾季には、寄生虫が症状を示さない人間の宿主の体内に潜伏している可能性があるため、犬は特に役立つだろう。「そのような個体を見つけるのは現時点では非常に困難です」とローガン氏は言う。

昆虫学者であるローガン氏は、キャリアの初期を、なぜ蚊にとってより魅力的な人がいるのかを解明しようと費やしました。数年前、彼は、ライフサイクルを完了するために複数の宿主を必要とする他の寄生虫と同様に、マラリアを引き起こすマラリア原虫（Plasmodium）が、感染した人間の匂いを蚊にとってより美味しく感じさせる方法を持っているのではないかと考え始めました。一連の実験を通して、彼の研究グループは、実際にこの寄生虫に感染した人が独特の匂いを発し、蚊が群がるのを誘発することを示しました。彼らは、揮発性化合物の混合物が蚊を引き寄せる強力な薬であることが判明しました。

この分子ホーミングビーコンがどこから来るのかは未だ謎に包まれている。ローガン氏は3つの可能性を指摘している。寄生虫が生成している可能性、体内に寄生虫がいることで生じるストレスがヒトの細胞に分泌を促している可能性、あるいは感染によってヒトの皮膚に生息する細菌群集が変化し、独特の匂いを生み出している可能性だ。研究の次の段階では、その詳細をさらに理解し、将来的には犬の鼻の役割を果たす装置を、犬の糞拾い器を使わずに開発することを目指している。そしてその間、彼らは現実世界での実験を開始し、犬が靴下だけでなく人間に対してどのように反応するかを観察する予定だ。

では、犬に病気を察知させるにはどうすればいいのでしょうか？火薬やヘロインの匂いを嗅ぎ分ける訓練とほぼ同じです。まずは、犬に「嗅ぎ分けて探す」というゲームを教えるところから始めます。

「犬には新奇性愛（ネオフィリア）という性質があります。これは、新しくて興味深い匂いに惹かれるという意味です」と、犬の生体検知研究を支援する10年の慈善団体、メディカル・ディテクション・ドッグスを運営するクレア・ゲスト氏は語る。ロンドンから1時間ほど離れた施設では、人間のトレーナーが標準的な訓練用液体を小さなガラス瓶に数滴落とす。瓶は、立てられたアームに取り付けられた金属の格子の後ろにクリップで留められ、瓶は隣り合って並べられる。犬たちはその列に沿って歩き、それぞれの瓶を嗅ぐために立ち止まるよう指示される。犬が新しい匂いで立ち止まると、トレーナーが「これでいい子だね」と優しく声をかける。犬たちはすぐに、立ち止まって正しい瓶を指差せばご褒美がもらえることを学ぶ。

犬たちは施設で暮らしているわけではなく、地域の家族と暮らし、毎日数時間働いています。そのため、ゲームの基本ルールを学ぶには数ヶ月かかることもあります。しかし、一度覚えれば、学校の子供たちの靴下など、他の匂いにも慣れさせることができます。MDDはマラリアを嗅ぎ分ける訓練を3匹の犬に施しました。スパニエルのフレイヤ、ラブラドールレトリバーのサリー、そしてラブラドール・レトリバーとゴールデンレトリバーのミックス犬のレクシーです。彼らは現在MDDで働いている38匹の犬のうちの3匹です。他の犬たちは、前立腺がん、大腸がん、糖尿病、パーキンソン病、そして最新の試験では尿路感染症を引き起こす細菌の匂いを嗅ぎ分ける方法を学んでいます。各犬は1つの疾患の兆候についてのみ訓練を受けていますが、それは複数の兆候を学習できないからではありません。人間のハンドラーがどれがどれなのかわからないだけなのです。理論的には、マラリアの場合は右足、糖尿病の場合は左足を上げるように訓練しますが、それでは計算に誤差が生じてしまうでしょう。

ゲスト氏にとって、この仕事はすべて非常に個人的な意味を持つ。彼女の父親は数年前にパーキンソン病で亡くなっている。2009年、飼い犬のデイジーが彼女の胸を何度もつつき、しこりを嗅ぎつけて見つけ出したが、それは後に乳がんであることが判明した。しかし、彼女が最も興奮しているのは、この組織の研究の一部である。MDDは、匂いでがんを検出することを目的としてバイオエレクトロニクスの鼻を開発したメキシコシティの科学者と共同研究している。しかし、そのアルゴリズムに悪性組織の匂いを学習させる必要がある。そこで犬の出番が来る。「犬に『これが10種類のがん。どれが一番匂いが強いですか』と伝え、そのデータをAIに入力することができます」とゲスト氏は言う。「機械が匂いを理解できるようになれば、将来的には私たちにとってはるかに強力なツールになるでしょう。」

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