Kiến có thể ngửi thấy mùi tỏa ra từ người mắc ung thư

Đó là vì trong mồ hôi, nước tiểu hoặc hơi thở của bệnh nhân ung thư có chứa các hợp chất dễ bay hơi (VOC) rất đặc trưng.

Kiến không có mũi, nhưng điều đó không ngăn cản chúng biết ngửi. Trên thực tế, kiến là một trong số những loài động vật có khứu giác nhạy bén nhất hành tinh. Chúng có thể đánh hơi thấy mùi của thức ăn cách mình 6 mét, gấp 1.200 lần chiều dài cơ thể.

Dựa trên tỷ lệ này, hãy tưởng tượng việc bạn có thể ngửi thấy một bữa ăn đang được bày ra trên ban công, của một nhà hàng ngoài trời cách chỗ bạn đứng 2 km. 

Thật đáng tiếc là con người không có khả năng đó.

Bí mật về khứu giác tuyệt vời của loài kiến nằm trên râu của chúng. Loài côn trùng này dùng râu để cảm nhận mùi. Phóng to những chiếc râu kiến lên 1.000 lần, bạn sẽ thấy bao phủ trên đó là hàng trăm sợi lông nhỏ. Đó chính là những thụ thể khứu giác.

Thụ thể khứu giác là những protein được kích hoạt bởi phân tử có mùi. Ngoài số lượng dày đặc thì chủng loại thụ thể sẽ quyết định khả năng ngửi và đánh hơi của động vật. Một nghiên cứu đăng trên tạp chí PloS Genetics cho biết số lượng chủng loại thụ thể khứu giác của kiến nhiều gấp 4-5 lần các loài côn trùng khác.

Cụ thể, các nhà khoa học tìm thấy gen của kiến có khả năng tạo ra 400 loại thụ thể phát hiện mùi. Trong so sánh, bướm chỉ có thể tạo ra 52 thụ thể, ruồi có 61, muỗi sở hữu từ 74-158 thụ thể. Ngay cả ong mật cũng chỉ có 174 thụ thể mà thôi.

Về mặt lý thuyết, điều này giúp kiến đứng đầu bảng xếp hạng các loài côn trùng có khứu giác nhạy bén nhất.

Nhưng điều này thì giúp ích gì cho con người chúng ta? Hay nó chỉ khiến bạn phải xoáy chặt những lọ đường và bọc thức ăn của mình cẩn thận hơn?

Một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Sorbonne Paris North bây giờ nghĩ rằng họ có thể tận dụng khứu giác của kiến để biến chúng thành những cảm biến sinh học. Cụ thể, họ muốn huấn luyện những con kiến ngửi mùi của bệnh nhân ung thư.

"Kiến thể hiện tiềm năng của mình là một công cụ nhanh, hiệu quả, rẻ tiền và không xâm lấn để phát hiện các khối u của con người", tác giả nghiên cứu, nhà khoa học hành vi côn trùng Baptiste Piqueret cho biết.

Trước đây, các nhà khoa học đã phát hiện nhiều khối u ung thư trên cơ thể người giải phóng các phân tử đặc biệt được gọi là hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC). Chúng được bài tiết ra khỏi cơ thể thông qua hơi thở, mồ hôi và nước tiểu.

Ý tưởng đơn giản là hãy thử cho kiến ngửi những mẫu bệnh phẩm này, và chúng sẽ phát hiện ra các hợp chất hữu cơ đặc trưng cho từng căn bệnh. Từ đó, các bác sĩ có thể nói bạn đang mắc một khối u nào đó trong cơ thể, thậm chí là xác định vị trí mà nó đang khu trú.

Debajit Saha, một kỹ sư y sinh tại Đại học Michigan, Hoa Kỳ cho biết: "Đây là một hướng đi rất thú vị. Khai thác chức năng sinh học của côn trùng là một cách tiếp cận rất mới và hiệu quả để phát hiện bệnh tật"

Trước đây, các nhà khoa học đã huấn luyện những con chó ngửi được mùi từ bệnh nhân mắc ung thư phổi, độ chính xác có thể đạt tới 97%. Tuy nhiên, quá trình huấn luyện chó cho mục đích này rất gian nan, có thể mất từ 6 đến 12 tháng.

Ngược lại trong nghiên cứu mới của mình, tiến sĩ Piqueret cho biết ông chỉ cần 30 phút để huấn luyện một đàn kiến lên tới 30 con phát hiện được mùi ung thư từ mẫu nước tiểu. Vậy họ đã làm điều đó bằng cách nào?

Đầu tiên, tiến sĩ Piqueret thiết kế ra một mô hình đĩa petri gồm 2 ngăn. Một ngăn chứa nước còn một ngăn chứa các tế bào cắt ra từ khối u bệnh nhân ung thư vú. Sau đó, ông chọn hơn 30 con kiến thuộc giống Formica fusca – một loài kiến nổi tiếng với khả năng học hỏi nhanh – để đưa vào huấn luyện.

Mỗi lần những con kiến chạy sang ngăn chứa tế bào ung thư, chúng sẽ tìm thấy một phần thưởng mà tiến sĩ Piqueret đã đặt thêm vào đó: chính là những giọt nước đường. Kết quả rõ ràng, đàn kiến đã tập trung nhiều hơn bên ngăn chứa tế bào ung thư nhiều hơn.

Sau khoảng 3 vòng huấn luận, mỗi vòng kéo dài 10 phút, tiến sĩ Piqueret chuyển những con kiến sang một đĩa petri khác cũng chứa tế bào ung thư nhưng không có nước đường. Kết quả lũ kiến vẫn chạy về phía ngăn chứa tế bào ung thư nhiều hơn, chứng tỏ chúng đã nhận ra mùi của các hợp chất VOC tỏa ra từ đó.

Với thiết kế tương tự, tiến sĩ Piqueret và các đồng nghiệp đã huấn luyện được những con kiến phân biệt tế bào ung thư với tế bào lành, thậm chí phân biệt 2 loại tế bào ung thư vú thuộc hai dòng bệnh khác nhau.

Tuy nhiên, việc trích xuất tế bào ung thư vẫn liên quan đến thủ thuật sinh thiết, nghĩa là tạo ra xâm lấn cho người bệnh. Vì vậy, trong một bước tiến mới nhất, tiến sĩ Piqueret muốn chứng minh rằng đàn kiến của ông có thể phát hiện được cả mùi của ung thư trong mẫu nước tiểu.

Những mẫu nước tiểu này được trích xuất từ những con chuột được cấy ghép tế bào ung thư vú của con người. Bạn có thể hỏi: Tại sao các nhà khoa học không thử nghiệm trực tiếp trên mẫu nước tiểu của bệnh nhân ung thư?

Trên thực tế, để thực hiện các nghiên cứu chính xác nhất, các nhà khoa học sẽ cần những môi trường có kiểm soát. Bạn sẽ không thể đưa những bệnh nhân ung thư vú vào một môi trường gò bó, ăn uống, ngủ nghỉ theo chế độ, làm hàng loạt xét nghiệm mỗi ngày – ít nhất là trước khi bạn chứng minh được sự hi sinh của họ sẽ góp phần vào những phát kiến xứng đáng trong y học.

Thí nghiệm với những con chuột của tiến sĩ Piqueret (những con chuột cấy ghép tế bào ngoại lai) là một bước cần thiết, một bằng chứng về khái niệm để chứng minh điều đó trước khi tiến tới thử nghiệm lâm sàng trên người.

"Kết quả từ thử nghiệm này rất hứa hẹn", tiến sĩ Piqueret cho biết. Lần này ông tiếp tục sử dụng một đàn 35 con kiến và thấy chúng dành nhiều thời gian hơn 20% xung quanh những mẫu nước tiểu của chuột bệnh so với chuột lành tính.

Quá trình huấn luyện cũng được rút ngắn xuống chỉ còn 10 phút. "Đó là điều mà chúng tôi không nghĩ rằng có thể xảy ra, tốc độ huấn luyện có thể được đẩy nhanh tới vậy".

Trên toàn cầu, ung thư chịu trách nhiệm cho khoảng một phần sáu số ca tử vong đang xảy ra mỗi ngày. Để giảm được con số đó, phát hiện và điều trị sớm là một chiến lược tối quan trọng.

Nhưng các phương pháp sàng lọc và chẩn đoán ung thư hiện nay đều còn khá phức tạp, tạo ra sự xâm lấn hoặc đơn giản là quá đắt để có thể tiếp cận phần đông dân số cần chúng. Những nghiên cứu như của tiến sĩ Piqueret đang giúp chúng ta từng bước gỡ bỏ tất cả những rào cản ấy.

Hãy tưởng tượng một ngày nào đó bạn có thể tới bệnh viện và đặt một xét nghiệm tầm soát ung thư vú bằng kiến với giá 5 USD thay vì 200 USD như hiện nay.

Và thực sự là không chỉ có ung thư, về mặt lý thuyết bạn có thể sử dụng phương pháp huấn luyện kiến như đã được trình bày ở trên để phát hiện bất cứ mùi gì mà bạn muốn. Các bà nội trợ có thể tới cửa hàng kiến và đặt một vài con kiến nhạy cảm với mùi thức ăn hỏng.

Các bác sĩ có thể nuôi kiến phát hiện sốt rét, nhiễm trùng, tiểu đường… Cơ quan điều tra có thể dùng kiến để phát hiện ma túy, chất gây nghiện, chất nổ trái phép… Những thụ thể trên râu của những con côn trùng nhỏ bé này thực sự đang nắm giữ rất nhiều tiềm năng. 

Tham khảo Washingtonpost, Smithsonianmag, Vanderbilt, Scientificamerican, Sciencefocus