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在美国，每天都有数千只训练有素的K9犬在从事着毒品搜查、爆炸物探测和失踪人员调查等工作。这些狗狗对安全保障工作来说是无价之宝，但同时它们也很昂贵，并且长时间工作后会感到疲惫。eurekalert.org网站报道，美国杜克大学（DU）的研究人员利用老鼠干细胞制造了人工“机器人鼻子”的原型机，向着部分替代K9犬迈出了重要一步。
“机器人鼻子”是基于老鼠基因中的气味受体设计的，这种基因对目标物质（如可卡因和炸药）的气味有反应。然而，实验室条件和现实状况毕竟存在很大的区别。DU医学院分子遗传学与微生物学教授、论文资深作者松上博明(Hiroaki Matsunami)说：“人造鼻子的想法并非新鲜概念。研究人员在上世纪90年代就已经发现了气味受体，但要培养出所有受体并监测其活性还存在巨大的技术障碍。现有的各种机器人鼻子大多利用特定化合物来检测气味，但它们的效果远不如训练良好的狗狗。我们的设想是，利用实际存在的受体开发出一种仿生装置。目前还没有人能实现这个目标，但我们的研究已经在向着它前进。”
人类、狗和老鼠的基因组中包含大约20000个基因，这些基因包含了制造蛋白质的生物指令，使动物最终能实现闻、尝、移动等行为。研究表明，老鼠大约有5%的基因与气味受体的产生有关，而人类则仅有2%。松上教授说：“老鼠为其嗅觉投入了大量‘遗传资源’，因此它们具备了良好的嗅觉。但在现实生活中，人们不可能用老鼠来探测爆炸物。”
研究人员首先需要做的工作是确定对目标气味有最佳反应性的气味受体。为此，他们复制了老鼠约80%的气味受体，并将其与7种含目标气味的化合物混合，然后放在一种特殊的液体介质中进行实时监测。通过液体介质的反馈数据，研究人员确定了性能最好的气味受体。受体的确定并不意味着工作的结束，还有很多问题需要解决。例如，鼻粘液对受体的气味监测有很大影响——气味分子在与受体结合之前，很可能因为受到鼻粘液中酶的作用而发生改变。松上教授说：“我们的研究距离应用到机场的便携式设备还有很长的路要走。受体识别性能的多样性扩展、鼻粘液的作用等问题都需要作进一步的研究。”
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：阿淼
责编： 唐林芳
期刊来源：《自然通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-11/du-dfp111918.php
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