Sind Ameisen die Zukunft der Krebsdiagnose?

Eine Krebsdiagnose ist oft beängstigend, invasiv, zeitaufwendig und teuer. In der Türkei erhalten jährlich mehr als 230 Tausend Menschen nach diesem Prozess eine Krebsdiagnose, weltweit 20 Millionen. Dazu gehören verschiedene Biopsieverfahren und hochsensible Mikroskope zur Darstellung von Krebszellen.

Stellen Sie sich vor, all das wäre so einfach wie Atmen.

Manche Tiere, etwa Hunde oder Mäuse, besitzen äußerst feine Nasen und können Krankheiten erschnüffeln. Davon angeregt wollten französische Wissenschaftler herausfinden, ob Ameisen mit ihrem bekannten außergewöhnlichen Geruchssinn dasselbe schaffen könnten.

Studienleiter Baptiste Piqueret von der Université Sorbone Paris Nord sagt: „Krankheiten durch Geruch zu erkennen ist keine neue Idee“. „Weil wir wissen, wie gut Ameisen lernen und ihren Geruchssinn nutzen, prüften wir ihre Fähigkeit, Krankheiten zu erlernen und zu erkennen.“

Das ist noch weit von einer klinischen Anwendung entfernt, könnte aber eines Tages eine günstigere und zugänglichere, wenn auch etwas ungewöhnliche Alternative zur Krebserkennung ermöglichen. Wie könnten Ihrer Meinung nach neue Diagnoseverfahren aussehen?

Pawlows Ameisen

Der Stoffwechsel von Krebszellen erzeugt flüchtige organische Verbindungen (UOB). Diese organischen Chemikalien geben Gerüche ab und können als diagnostische Biomarker dienen.

Um Ameisen auf UOB zu trainieren, legten Forscher Brustkrebszellen und gesunde Zellen in Petrischalen; bei den Krebszellen gab es jedoch Zucker. Piqueret sagt: „Wir verknüpften den Krebsgeruch mit einer Belohnung“.

Dies heißt klassische oder Pawlowsche Konditionierung: Ein neutraler Reiz, der Krebsgeruch, wird mit einem zweiten Reiz, Futter, verbunden, der Verhalten auslöst. Nach mehreren Wiederholungen lernen Ameisen, dass der erste Reiz den zweiten vorhersagt, und suchen den Geruch in Erwartung von Futter. Nach dem Training boten die Forscher den erlernten und einen neuen Geruch an, diesmal ohne Belohnung. Tatsächlich verbrachten die Ameisen mehr Zeit mit der Untersuchung des erlernten als des neuen Geruchs.

Piqueret sagte: „Wenn Sie hungrig sind und frisches Brot riechen, gehen Sie zur nächsten Bäckerei und lernen, dass dieser Geruch Futter bedeutet. Genau denselben Mechanismus nutzen die Ameisen.“

Hunde könnten UOB nach demselben Verfahren erkennen, doch ihre Konditionierung dauere Monate und erfordere Hunderte Versuche, erklären die Forscher. Bei F.-fusca-Ameisen scheinen nur 3 Trainingsversuche für schnelles Lernen zu genügen.

Unten ist die grafische Zusammenfassung der Studie zu sehen:

Warum Ameisen?

Ameisen kommunizieren zunächst über Geruch. Diese ausgefeilte Sprache macht sie besonders empfindlich für Gerüche.

Corrie Moreau, Biologin und Entomologin (Insektenforscherin) an der Cornell University, sagt: „Da Ameisen bereits gut an die Erkennung verschiedener Chemikalien angepasst sind, eignen sie sich ideal zur Geruchserkennung“. In ihrer winzigen Welt produzieren die kleinen Tiere Chemikalien namens „Pheromone“, um anderen Nestmitgliedern Informationen zu übermitteln.

Moreau erklärt: „Es gibt Pheromone, die Eindringlinge melden, Pheromonspuren zum Auffinden eines Futterwegs und kolonieeigene Gerüche, die eine andere Ameise als Mitglied derselben Kolonie kennzeichnen.“

Bei genauerem Hinsehen findet sich jedoch keine Nase an einer Ameise. Sie „riechen“ mit ihren Fühlern. Moreau fährt fort: „Diese besonderen Strukturen sind mit hochsensiblen Rezeptoren bedeckt, die selbst kleine chemische Unterschiede erkennen.“

Wissenschaftler kennen mehr als 14.000 Ameisenarten, die alle über Fühler kommunizieren. Einige erkennen bestimmte Verbindungen jedoch besser als andere, etwa jene, die Forscher für die Krankheitserkennung nutzen möchten.

Diagnostizierende Ameisen: realistisch oder nur eine Kuriosität?

Laut Moreau lässt sich noch schwer sagen, ob diese Forschung zu einem tatsächlichen Werkzeug für die Krebsdiagnose führen wird.

Die medizinische Onkologin und Hämatologin Anna Wanda Komorowski von Northwell Health in New York findet die Ameisenstudie interessant und deren Erkennungsleistung beeindruckend. Weitere Forschung müsse jedoch klären, wie lange die Tiere ihr Training behalten und für Tests im Labor gehalten werden können.

Falls das Verfahren funktioniert, wäre ein reizvoller Aspekt die günstigere Alternative zu üblichen Laborverfahren zur Krebszellerkennung. In finanziell schwachen Forschungsumgebungen könnte es damit möglicherweise schwer zugängliche Methoden wie die Erkennung durch Zellfärbung ersetzen.

Komorowski nennt eine weitere Hürde: Die später untersuchten Zellen dürften nicht denen der Studie entsprechen. Dort wurden lebende Zellkulturen verwendet; Biopsieproben werden gewöhnlich in stark riechendes Formaldehyd gelegt. Das Laborprotokoll müsste deshalb anders sein, was schwierig werden könnte.

Auch wenn Ameisen günstiger als Markierungs-, Färbeverfahren und Formaldehyd wären, müssten womöglich Menschen für das Training eingestellt werden und ein neuer Berufszweig entstehen. Menschliche Arbeit und ihre Kosten dürfen nicht vergessen werden. Komorowski sagt: „Zur Klärung der Kosten und der Umsetzbarkeit und Wiederholbarkeit ist wesentlich mehr Forschung nötig“. Danach stellt sich die Frage, ob Ameisen nur im Labor Krebs erkennen oder durch direkten Patientenkontakt eine schnellere Diagnose ermöglichen könnten.

Die Ameisenexpertin Moreau sagte abschließend: „Der menschliche Körper gibt viele andere Gerüche ab. Können Ameisen diese alle ignorieren und sich nur auf den Zielgeruch konzentrieren? Die Ergebnisse sind jedoch vielversprechend. Eine weitere Frage ist, ob ein Patient trainierte Ameisen auf seinem ganzen Körper nach möglichen Krebszellen suchen lassen möchte.“