Bienen auf den Geruch des Coronavirus trainiert
Eine trainierte Biene kann eine infizierte Probe innerhalb weniger Sekunden erkennen
Das Start-up InsectSense und Wageningen Bioveterinary Research haben Bienen darauf trainiert, ihre Zunge herauszustrecken, wenn sie das Coronavirus riechen. Das Coronavirus verursacht, wie andere Krankheiten auch, Stoffwechselveränderungen im Körper, die einen Geruch hervorrufen. Bienen können innerhalb von Minuten darauf trainiert werden, den Geruch von mit SARS-CoV-2 infizierten Proben zu erkennen.
Technologie-Start-up InsectSense und Wageningen Bioveterinary Research trainieren Bienen auf Corona-Geruch (Symbolbild).
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Bienen können flüchtige Stoffe mit einer Empfindlichkeit von Teilen pro Billion erkennen. Sie finden zum Beispiel eine Blume in einigen Kilometern Entfernung. Bienen können, ähnlich wie Hunde, lernen, flüchtige Stoffe und Gerüche zu erkennen, allerdings nur mit einem Training von wenigen Minuten.
Zuckerwasser als Belohnung
Die Bienen wurden darauf trainiert, mit SARS-CoV-2 infizierte Proben in einer pawlowschen Konditionierungsmethode zu erkennen. Jedes Mal, wenn die Bienen dem Duft einer infizierten Probe ausgesetzt waren, erhielten sie eine Belohnung in Form einer Zuckerwasserlösung. Die Bienen streckten ihre Zungen aus, um die Zuckerwasserlösung zu sammeln. Durch mehrmaliges Wiederholen dieser Aktion assoziierten die Bienen die Zuckerbelohnung mit dem Duft als Stimulus. Durch diese wiederholte Konditionierung streckten die Bienen schon bald ihre Zunge allein wegen des Duftes aus, ohne dass eine Belohnung angeboten wurde. Eine trainierte Biene kann eine infizierte Probe innerhalb weniger Sekunden erkennen.
Diese Forschung wurde mit mehr als 150 Bienen im Biosicherheitslabor von Wageningen Bioveterinary Research mit verschiedenen Trainingsaufbauten durchgeführt, um das optimale Trainingsprotokoll zu bestimmen. Die in den ersten Experimenten verwendeten Proben wurden von gesunden und mit SARS-CoV-2 infizierten Nerzen gesammelt. In den Experimenten mit den Nerz-Proben zeigten mehrere Bienen sehr gute Ergebnisse und waren in der Lage, die infizierten Proben und die von gesunden Tieren mit einer sehr geringen Anzahl von falsch-positiven und falsch-negativen zu unterscheiden. Ähnlich gute Ergebnisse wurden auch in späteren Experimenten mit menschlichen Proben erzielt.
Bei diesem Projekt unterstützten Wissenschaftler des Labors für Entomologie der Universität Wageningen und der Université Paul Sabatier in Toulouse (Frankreich) das Start-up mit wissenschaftlicher Beratung.
Skalierung von BeeSense
Der nächste Schritt ist, an der Skalierbarkeit dieses Ansatzes zu arbeiten. Bienen sind weltweit zugänglich, so dass man nur noch eine Maschine braucht, um Bienen trainieren zu können. InsectSense hat bereits die Prototypen einer Maschine entwickelt, die automatisch mehrere Bienen gleichzeitig trainieren kann, sowie einen Biosensor, der die trainierten Bienen zur Diagnose einsetzt. Diese Technologie, 'BeeSense', kann ein sehr effektives Diagnosesystem für einkommensschwache Länder sein, die Schwierigkeiten beim Zugang zu Infrastruktur und High-Tech-Technologien haben.
Biochip und maschinelles Lernen
Abgesehen von dieser Technologie arbeitet InsectSense jetzt auch mit Wissenschaftlern der Wageningen University & Research an der 'LumiNose-Technologie', einem Biochip, bei dem Insektengene verwendet werden, die zur genauen Erkennung von flüchtigen Substanzen eingesetzt werden können. Die Technologie wird weiter mit maschineller Lerntechnologie für den Fingerabdruck von flüchtigen Stoffen integriert. Diese Technologie wird schnell getestet und ist nicht-invasiv, kostengünstig und hochpräzise und kann sogar den Schweregrad einer Krankheit erkennen.
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