Wie Hunde für uns Malaria ausschnüffeln

Können wir einige der tödlichsten Krankheiten durch Körpergeruch erkennen? In diesem faszinierenden Vortrag mit Vorführung stellt der Biologe James Logan uns den Malaria-Suchhund Freya vor um zu zeigen, wie wir das erstaunliche Potential von tierischen Gerüchen nutzen können, um chemische Signalstoffe bei einer Infektion zu erkennen. Er zeigt neue Wege auf, wie wir Krankheiten künftig diagnostiziert können.

Malaria ist immer noch eine der
häufigsten Todesursachen weltweit.

Obwohl wir in den letzten 20 Jahren
bedeutende Fortschritte gemacht haben,

besteht für die Hälfte
der Weltbevölkerung

noch immer ein Erkrankungsrisiko.

Tatsächlich stirbt alle zwei Minuten

ein Kind von unter zwei Jahren an Malaria.

Unser Fortschritt ist zweifelsfrei
zum Stillstand gekommen.

Wir stehen vor vielen Herausforderungen

im Kampf gegen Malaria,

doch eines dieser Probleme

ist das Auffinden von Malaria-Infizierten.

Wenn Betroffene eine gewisse
Immunität entwickelt haben,

dann können sie sich infizieren
und die Krankheit weitergeben,

aber selbst keine Symptome entwickeln.

Und wie soll man solche Leute finden?

Es ist wie mit der Nadel im Heuhaufen.

Wissenschaftler arbeiten seit
einigen Jahren an diesem Problem,

aber ich möchte Ihnen zeigen,

dass wir die Lösung für dieses Problem

vielleicht die ganze Zeit
direkt vor der Nase hatten.

Das war ein heftiger Anfang
mit vielen wichtigen Statistiken,

entspannen Sie sich also nun ein bisschen,

das wird auch mich etwas beruhigen.

Atmen wir einmal tief ein ...

Wow. (Lacht)

Und ausatmen --

mich bläst es fast um.

Machen Sie das jetzt noch einmal,

aber diesmal nur durch die Nase

und spüren Sie Ihre Umgebung ganz bewusst!

Tatsächlich möchte ich,

dass Sie genau an der Person
neben Ihnen riechen.

Lehnen Sie sich rüber,
direkt unter die Achsel,

na los, stellen Sie sich nicht so an!

Stecken Sie Ihre Nase in die Achsel
und riechen Sie ganz intensiv.

Was können Sie riechen?

(Lachen)

Jeder von uns hatte nun wohl

eine sehr unterschiedliche
sensorische Erfahrung.

Manche haben etwas
sehr angenehmes gerochen,

vielleicht ein Parfüm.

Doch manche haben etwas
eher weniger angenehmes gerochen,

vielleicht den schlechten Atem,
oder Körpergerüche.

Vielleicht sogar den eigenen Körpergeruch.

(Lachen)

Es gibt vermutlich einen guten Grund,

warum manche von uns
bestimmte Körpergerüche nicht mögen.

Im Laufe der Geschichte,

gab es viele Beispiele für
mit Geruch assoziierte Krankheiten.

Beispielsweise riecht Typhus angeblich
wie gebackenes braunes Brot.

Ein ziemlich guter Geruch, oder?

Aber es wird etwas unangenehmer.

Tuberkulose riecht wie abgestandenes Bier

und Gelbfieber nach Metzgerei,
also nach rohem Fleisch.

Der Wortschatz für Krankheiten

beinhaltet die folgenden Wörter:

modrig, faulig, ekelhaft oder beißend.

Wenig überraschend also,

dass Gestank und Körpergerüche
einen eher schlechten Ruf haben.

Wenn ich sagen würde: „Sie riechen“,

dann empfinden Sie das nicht als Lob.

Aber Sie riechen wirklich.

Das haben Sie erkannt.
Sie riechen tatsächlich.

Es ist wissenschaftlich bewiesen.

Das möchte ich umdrehen.

Können wir Gerüche positiv empfinden

und sie sinnvoll verwenden?

Können wir die Chemikalien ermitteln,

die unser Körper bei Krankheit aussendet

und anhand ihnen eine Diagnose geben?

Dafür müssten wir
gute Sensoren entwickeln,

aber es stellt sich heraus,
dass so gute Sensoren bereits existieren:

sie werden Tiere genannt.

Tiere sind zum Riechen gemacht,

sie leben ihren Alltag ihrer Nase nach.

Sie wittern ihre Umwelt,

was sehr wichtige Informationen

für das Überleben liefert.

Stellen Sie sich vor, Sie seien eine Mücke

und kämen gerade von draußen
in diesen Raum hereingeflogen.

Sie betreten eine sehr komplexe Welt.

Sie werden von allen Seiten
mit Gerüchen bombardiert.

Wie eben erwiesen riechen Menschen stark.

Jeder produziert unterschiedliche,
flüchtige Chemikalien,

Im Schweiß sind sehr, sehr viele Stoffe.

Aber nicht nur Sie riechen,
sondern auch ihre Stühle,

der Teppich, der Teppichkleber,

die Farbe an der Wand, die Bäume draußen.

Alles um Sie herum produziert Gerüche,

es ist eine wirklich komplexe Welt,
durch die die Mücke fliegen muss.

Und die Mücke muss Sie
als ihre Beute darin finden.

Jeder einzelne von Ihnen weiß es --

wer wird immer von Mücken gestochen?

Und wer wird nie gestochen?

Es gibt immer ein paar,

die nie gestochen werden.

Aber die Mücke hat es
wirklich schwer Sie zu finden,

und das hat damit zu tun, wie Sie riechen.

Wer keine Mücken anlockt riecht abstoßend.

(Lachen)

Ich sollte das klar stellen:
abstoßend für Stechmücken,

nicht für Menschen.

Wir wissen nun,

dass das tatsächlich
durch unsere Gene bestimmt ist.

Mücken können das unterscheiden,

weil sie einen hochentwickelten
Geruchssinn haben

und sie können durch
diese Mischung aus Gerüchen sehen,

um genau Sie zu finden
und sich an Ihnen vollzusaugen.

Was würde passieren,
wenn jemand Malaria hätte?

Hier sehen wir den Malaria-Lebenszyklus.

Er ist recht komplex,

aber grundsätzlich muss eine Mücke
sich beim Stechen infizieren.

Sobald sie eine infizierte Person sticht,

wandert der Parasit
durch den Mundbereich in den Darm

und strömt durch den Darm, bildet Zysten.

Dort vermehren sich die Parasiten,

und wandern dann vom Darm
bis zu den Speicheldrüsen,

von wo aus sie dann
in andere Opfer injiziert werden,

weil die Mücke beim Stechen
ihren Speichel injiziert.

Im Inneren des Menschen
beginnt ein komplett neuer Abschnitt

des Lebenszyklus.

Das Virus durchläuft ein
Leber-Stadium mit Gestaltwandlung,

gerät dann wieder in den Blutstrom

und schlussendlich wird
diese Person ansteckend.

Wir wissen von Parasiten,

dass sie unglaublich geschickt
ihre Wirte manipulieren,

um ihre Verbreitung zu fördern

und die Übertragung zu sichern.

Im Malaria-System wäre es sinnvoll,

dass der Geruch verändert wird.

Geruch ist der Schlüssel.

Der Geruch verbindet uns mit Mücken.

Dadurch finden sie uns.

Das nennen wir Manipulationshypothese

und mit ihr haben wir uns
in den letzten Jahren beschäftigt.

Für unsere Studie wollten wir wissen,

ob eine Infektion mit Malaria

jemanden tatsächlich
attraktiver für Stechmücken macht.

In Kenia führten wir mit Kollegen
ein Experiment durch,

bei dem teilnehmende Kinder
in Zelten schliefen.

Der Geruch aus den Zelten wurde

in eine Mückenkammer geblasen

und die Stechmücken reagierten.

Sie flogen den Gerüchen
entweder entgegen oder weg,

je nachdem, ob sie sie mochten.

Manche der Teilnehmer
waren mit Malaria infiziert,

andere nicht,

aber vor allem zeigte kein Kind
irgendwelche Symptome.

Als wir die Ergebnisse sahen,
war das wirklich überwältigend.

Die Malaria-Infizierten

waren wesentlich attraktiver
als die Nichtinfizierten.

In diesem Diagramm ist
die „Anzahl an angezogenen Mücken“

in zwei Datenkategorien gelistet:

vor und nach Behandlung.

Der Balken ganz links

repräsentiert eine Gruppe Nichtinfizierter

und weiter rechts sind Infizierte

bis hin zur Weiterverbreitungsgefahr.

Direkt bevor Leute ansteckend werden,

sind sie wesentlich attraktiver.

In dieser Studie haben wir
die Kinder natürlich behandelt

um die Parasiten zu töten.

Im abschließenden Test

war der stark anziehende Geruch

nach Abklingen der Infektion verschwunden.

Es waren also nicht nur
die Menschen attraktiver,

der Parasit hat den Wirt
irgendwie manipuliert,

um ihn attraktiver für Mücken zu machen

und wie ein Leuchtfeuer
noch mehr Mücken anzulocken,

damit der Lebenszyklus fortsetzt wird.

Dann wollten wir herausfinden,

was die Mücke wirklich riechen kann.

Was nimmt sie wahr?

Dazu mussten wir die Körpergerüche
der Teilnehmer sammeln.

Wir haben Tüten um ihre Füße gebunden

und den flüchtigen Fußschweiß aufgefangen,

da Füße sehr wichtig für Mücken sind.

Sie lieben Fußgeruch.

Ganz besonders Käsefüße.
Hat jemand von Ihnen welche?

Mücken lieben diesen Geruch.

Wir haben also an den Füßen
die Körpergerüche gesammelt.

Der Geruchssinn einer Stechmücke

ist sehr komplex.

Idealerweise nähmen sie nur
eine einzige Chemikalie wahr,

aber so einfach ist es nicht.

Sie müssen eine Vielzahl von Chemikalien

im richtigen Konzentrationsverhältnis

mit den richtigen Substanzen erkennen.

Man kann es mit einer
musikalischen Komposition vergleichen.

Wenn die Noten falsch, zu laut
oder zu leise gespielt werden,

klingt es falsch.

Oder ein Rezept: bei einer falschen Zutat

oder der falschen Kochdauer
schmeckt es nicht gut.

Geruch ist genauso.

Er besteht aus vielen Chemikalien

in der richtigen Kombination.

Unsere Laborgeräte
sind nicht wirklich gut darin,

diese Art von Signal zu erkennen --
es ist sehr komplex.

Aber Tiere können das,
und in meinem Labor

verbinden wir Mikroelektroden
mit den Fühlern einer Mücke.

Das ist enorm knifflig.

Aber darüber hinaus

verbinden wir sie
mit einzelnen Fühlerzellen.

Das ist unglaublich.

Man sollte dabei definitiv nicht niesen.

Aber damit können wir

die elektrische Anregung
der Geruchsrezeptoren im Fühler messen

und das Riechen der Mücke sichtbar machen.

Ich zeige Ihnen mal diese Insektenzelle:

sie reagiert innerhalb einer Sekunde

und gibt das Signal weiter.

Die Zelle nimmt einen Geruch wahr,

sie spielt etwas verrückt

und entspannt zum Ruhepotential,
wenn der Geruch verblasst.

(Sporadisches Knistern)

(Schnelles Knistern)

(Sporadisches Knistern)

So sieht das aus.

Nun haben Sie ein Insekt riechen gesehen,

es sogar riechen gehört. Verrückt, oder?

Aber es funktioniert sehr gut

und erlaubt uns, die Wahrnehmung
des Insekts zu erkennen.

Bei unserer Malaria-Studie

konnten wir so herausfinden,
was die Mücke riecht

und wir haben die Malaria-Geruchsstoffe
gefunden, meist Aldehyde.

Aldehyde sind geruchsintensiv

und rufen das Malaria-Signal hervor.

Jetzt kennen wir also
den Geruch von Malaria

und wir haben die Mücke
als Bio-Sensor benutzt,

um das herauszufinden.

Ich würde jetzt gerne

eine Mücke ins Zaumzeug legen,

sie an die Leine nehmen
und Infizierte herausriechen.

Das stelle ich mir gerne vor.

Auf diese Weise Malaria zu finden,

ist natürlich nicht wirklich möglich.

Aber es gibt ein Tier, mit dem wir das
tatsächlich machen können:

Hunde haben schon
einen tollen Geruchssinn,

und außerdem auch noch

die Fähigkeit zu lernen.

Die meisten von Ihnen kennen
diese Idee bestimmt vom Flughafen,

wo Hunde nacheinander
Gepäck und Reisende beschnüffeln,

um Drogen und Sprengstoff
oder gar Lebensmittel zu finden.

Können wir Hunde also auch
auf den Geruch von Malaria trainieren?

Wir forschen gemeinsam mit der Stiftung
„Medical Detection Dogs“ daran,

Hunde auf den Malariageruch zu prägen.

Wir haben in Gambia noch mehr Duftproben

von infizierten und gesunden
Kindern gesammelt.

Doch diesmal haben wir den Geruch

mit Nylon-Socken aufgefangen.

Zurück in Großbritannien

gaben wir sie an die Stiftung weiter.

Ich könnte Ihnen die Ergebnisse
tabellarisch zeigen und erläutern,

aber das wäre langweilig, oder?

Man sollte zwar niemals live
mit Kindern oder Tieren arbeiten,

aber wir brechen diese Regel heute.

Bitte begrüßen Sie Freya auf der Bühne ...

(Applaus)

und ihre Trainer Mark und Sarah.

(Applaus)

Natürlich ist sie der wahre Star der Show.

Bitte verhalten Sie sich nun ruhig.

Dies ist eine sehr
ungewohnte Umgebung für Freya.

Sie schaut sich alles ganz genau an.

Bleiben Sie also so ruhig wie möglich,
das wäre großartig.

Wir werden Freya nun entlang
dieser Vorrichtungen führen

und in jedem von diesen Behältern

befinden sich Socken
eines Kindes aus Gambia.

Drei der Socken wurden von
nicht-infizierten Kindern getragen

und ein Paar von einem infizierten Kind.

Das läuft jetzt wie am Flughafen ab,

der Hund geht an Ihnen
entlang und schnüffelt.

Wird sie das infizierte Paar erkennen?

Das ist in dieser Umgebung
eine wirklich schwierige Aufgabe für sie.

Ich gebe das Kommando an Mark weiter.

(Lacht) Gut, Nummer 3.

(Applaus)

Ich wusste nicht, in welchem
Topf das war. Mark auch nicht.

Das war ein Blindversuch, wirklich.
Sarah, war das richtig?

Sarah: Ja.

Das war richtig. Sehr gut, Freya.
Das ist fantastisch.

(Applaus)

Das ist wirklich wundervoll.

Sarah wird nun die Töpfe etwas verändern

und den Topf mit Malaria entfernen,

sodass wir nur noch vier Sockenpaare
von gesunden Kindern haben.

Theoretisch sollte Freya also
nicht anhalten.

Das ist wirklich wichtig,

denn wir müssen auch gesunde Leute
korrekt identifizieren.

Das ist eine schwerer Test.

Diese Socken waren
seit ein paar Jahren im Gefrierschrank,

und es sind auch nur kleine Stofffetzen.

Bei einem ganzen Menschen
ist der Geruch noch viel stärker.

Das ist wirklich erstaunlich.

Wieder zu Mark.

(Applaus)

Super. Fantastisch.

(Applaus)

Wirklich gut. Vielen Dank!

Großen Applaus für Freya, Mark und Sarah.

Gut gemacht.

(Applaus)

Was für ein toller Hund.
Sie kriegt später ein Leckerli.

Fantastisch.

Sie haben das gerade selbst gesehen.

Das war eine echter Durchlauf.

Zum Glück hat es funktioniert.

Das ist wirklich beeindruckend

und bei mehreren Versuchsreihen

können Hunde einen
Malaria-Infizierten zu 81 % erkennen.

Unglaublich!

Zu 92 % erkennen sie einen Gesunden.

Diese Zahlen liegen über den Kriterien,

die von der Weltgesundheitsorganisation
zu Diagnose festgelegt sind.

Wir wollen Hunde in vielen Ländern

bei der Einreise nutzen,

um Infizierte mit Malaria zu erkennen.

Das könnte Realität werden.

Hunde können aber nicht überall sein

und deshalb möchten wir gerne

Technologien entwickeln.

Tragbare Sensoren, mit denen Einzelne

sich selbst diagnostizieren können.

Stellen Sie sich ein Hautpflaster vor,

das am Schweiß eine Infektion ermittelt

und seine Farbe ändert.

Oder etwas technischer:

eine Smartwatch,
die eine Malariainfektion anzeigt.

Wenn wir das digital durchführen
und die Daten übermitteln,

würden sich uns Datenberge eröffnen.

Das könnte die Infektionskettenverfolgung

und die Eindämmung revolutionieren.

Dies dient letztlich
der Ausrottung von Malaria

und darüber hinaus

auch anderer geruchsbedingter Krankheiten.

Wenn wir mithilfe der Natur
diese Gerüche identifizieren,

könnten wir dieses Vorhaben realisieren.

Als Wissenschaftler

müssen wir neue Ideen entwickeln,

neue Konzepte und neue Technologien,

um einige der weltweit
größten Probleme zu lösen.

Was mich aber immer wieder erstaunt,

ist die Vorarbeit der Natur,

und dass sich die Antwort ...

direkt vor unserer Nase befindet.

Danke.

(Applaus)