양봉 꿀벌은 폐암의 냄새를 맡을 수 있습니다.
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꿀벌은 폐암의 냄새를 맡을 수 있습니다.
나비처럼 날아다니며 벌처럼 암 냄새를 맡는다고요?
꿀벌은 실험실에서 폐암의 미묘한 냄새를 감지할 수 있으며, 심지어 환자의 호흡에서 나는 희미한 질병의 향기까지 감지할 수 있습니다.
과학자들은 곤충의 정교한 후각 능력에서 영감을 얻어 살아있는 꿀벌의 뇌를 전극에 연결하고 다양한 향기를 곤충의 안테나 아래에 통과시킨 다음 뇌 신호를 기록했습니다. 이스트 랜싱에 있는 미시간 주립대학교의 신경 공학자인 데바짓 사하(Debajit Saha)는 "벌이 화학 물질에 반응하는지 아닌지 낮과 밤처럼 매우 명확하게 알 수 있습니다."라고 말합니다.
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사하와 동료들은 다양한 냄새가 인식 가능한 뇌 활동 패턴, 즉 냄새에 대한 일종의 신경 지문을 촉발했다고 6월 4일 바이오센서 및 바이오전자공학에 보고했습니다. 언젠가는 의사들이 암 클리닉에서 꿀벌을 질병 조기 발견을 위한 살아있는 센서로 사용할 수 있을지도 모른다고 그는 말합니다.
전자 코 또는 전자 코와 다른 유형의 기계식 냄새 감지 장비가 존재하지만 꿀벌의 무릎에 비할 바는 아닙니다. 사하는 냄새에 관해서는 "생물학은 매우 유사한 혼합물을 구별하는 능력이 있는데, 이는 다른 공학 센서가 할 수 없는 일"이라고 말합니다.
몽펠리에에 있는 프랑스 국립지속가능발전연구소의 화학 생태학자 플로라 구저는 냄새는 많은 곤충 종들이 소통하는 방식에서 중요한 부분을 차지한다고 말합니다. 이들에게 향기는 "하나의 언어"라고 그녀는 말합니다.
동물의 감각이 질병의 냄새를 맡을 수 있다는 생각은 새로운 것이 아닙니다. 1989년 보더콜리와 도베르만이 주인의 흑색종 냄새를 맡는 사례가 보고된 바 있습니다. 최근에는 과학자들이 개가 사람의 땀 냄새를 맡아서 코로나19 감염 여부를 감지할 수 있다는 사실을 밝혀냈습니다(SN: 6/1/22). 구저는 많은 곤충도 질병을 감지하는 능력을 가지고 있을 것이라고 말합니다. 예를 들어 개미는 실험실 배양 접시에서 자란 암세포의 냄새를 구별하도록 훈련할 수 있습니다. 하지만 지금까지 꿀벌의 능력은 명확하게 밝혀지지 않았다고 그녀는 말합니다.
과학자들은 곤충의 뉴런에 직접 연결함으로써 행동 훈련을 우회할 수 있습니다. 예를 들어, 개가 수상한 냄새를 맡았을 때 앉으라고 가르치는 데 몇 주가 걸리는 대신, 연구팀은 뇌에서 바로 답을 얻을 수 있습니다.
연구진이 꿀벌 뇌 수술을 수행하는 동안 꿀벌은 3D 프린팅된 플라스틱 하네스와 약간의 왁스로 제자리에 고정되어 냄새를 처리하는 영역에 와이어를 연결했습니다. 판매원이 향수 카운터에서 향수를 뿌리는 것처럼 곤충의 더듬이에 공기를 퍼프 형태로 전달하는 장치를 사용했습니다.
꿀벌이 다양한 미세한 냄새를 감지하는 능력을 테스트하기 전에 과학자들은 3D 프린팅된 플라스틱 하네스와 치과용 왁스(파란색)를 사용하여 곤충을 제자리에 고정했습니다.
사하 랩
각 퍼프에는 건강한 사람이 내뿜는 냄새와 같은 다양한 냄새가 섞인 환경이 포함될 수 있습니다. 또 다른 혼합물은 사람의 코로는 전혀 감지할 수 없는 독특한 냄새를 포함하는 폐암 환자의 호흡 냄새를 모방했습니다. 연구진은 꿀벌의 뇌에서 읽은 전기 신호를 사용하여 두 가지 유형의 인조 호흡을 93% 이상 구별할 수 있었습니다.
사하의 연구팀은 별도의 실험에서 실험실에서 배양한 폐 세포 위에 머무는 공기를 수집했습니다. 꿀벌은 건강한 세포 근처에서 채취한 공기 샘플과 소세포 폐암과 비소세포 폐암이라는 두 가지 암 유형의 세포 근처에서 채취한 공기 샘플의 차이를 성공적으로 구분할 수 있었습니다.
사하의 연구실에서 진행 중인 연구를 통해 꿀벌의 후각 능력이 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질, 흔히 PFAS 또는 영구 화학물질로 알려진 물질에서 방출되는 냄새와 같은 다른 미량 냄새까지 확대된다는 사실도 밝혀냈습니다. "정말 깜짝 놀랐어요."라고 그는 말합니다. "환경 내 PFAS는 감지하기가 매우 어렵습니다."
사하의 연구팀은 아피안 후각 센서를 이용해 실제 암 환자의 호흡을 테스트할 수 있기를 희망합니다. 이 장치의 가장 큰 약점은 꿀벌의 뇌 건강이 약해지고 반응이 불안정해지기 전까지 단 몇 시간 동안만 지속된다는 점이라고 그는 말합니다. 하지만 이 장치는 빠르게 작동하고 실시간으로 결과를 뱉어냅니다. 사하는 단 한 마리의 꿀벌 뇌로 이론적으로 100개 이상의 샘플을 분석할 수 있다고 말합니다.
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