코로나 감염 냄새 식별 공항 탐지견과 질병 감지 인공지능 개코

개들은 지구 생물체 중 가장 정밀한 후각을 지녀서 훈련된 탐지견들이 공항에서 코로나 감염 여부를 감별했다. 감염된 세포가 내뿜는 특유의 화학물질로 질병을 감지하는 인공지능 개코가 개발됐다.

1. 암냄새를 감지하는 개와 고양이의 뛰어난 후각 수용체

주인님 몸에서 암 냄새가 나요! 애정하는 주인님에게 예전과 다르게 이상한 냄새가 나네. 뭘킁킁거리다가 냄새를 공격하기도 한다. 그러다 개에 물린 주인이 치료받으러 갔다가 암진단을 받고 완치된 경우가 있다.

영국의 자선단체 ‘메디컬 디텍션 도그스’의 대표 클레어 게스트 역시 반려견 덕분에 유방암을 조기에 발견하고 자선단체의 대표를 맡게 된 경우이다.

개 뿐 아니라 고양이도 후각 능력이 뛰어나다. 영국 스태포드셔에 사는 스테파니는 고양이들이 시도 때도 없이 덤벼들어서 혹시나 하고 병원을 찾아 진찰을 받았다.

그녀는 몸의 불편함이나 건강상 이상 증상을 전혀 느끼지 못하던 상황이었는데 암을 진단받았다. 동물의 코에는 공기 중에 떠다니는 냄새 분자들을 감별하는 후각 수용체가 있다.

후각 수용체의 개수가 많을수록 더 정밀하게 냄새를 감지할 수 있다. 인간의 코에는 600만 개가 있고, 개의 코에는 그 50배인 3억 개가 있다.

개의 뇌는 냄새의 종류를 다양하게 인식할 수 있다. 뇌의 후각신경구라는 신경체가 감지된 냄새를 분석하는데 인간보다 개의 해당 신경체가 약 40배나 더 크다. 개들은 새로운 냄새를 맡는데 큰 흥미를 느끼며, 개들은 산책나갈 때 킁킁대며 탐지견 역할을 무척 즐긴다.

코로나19 바이러스에 감염됐는지를 훈련된 개를 통해 확인할 수 있다. 사람보다 10만배나 뛰어난 개의 후각을 이용해 빠른 시간에 코로나19 검사를 높은 정확도로 공항에서 하고 있다.

땀, 침냄새로 무증상자도 식별할 수 있다. 탐지견은 콘서트, 캠핑장 등 일상생활 배치할 수 있다. 영국 잉글랜드의 시민단체 매디컬디텍팅도그 Medical Directing Dog 는 “정부로부터 50만 파운드(약 74억원)을 지원받아 코로나 탐지견을 육성했다.

20년간 바이러스의 냄새를 연구한 연구원 제임스 로건에 의하면 바이러스마다 독특한 냄새가 난다. 결핵은 오래 묵은 빵 냄새, 황열병은 정육점 날고기 냄새가 난다. 코로나 바이러스의 냄새는 달짝지근한 것에 가깝다.

핀란드 헬싱키 공항에는 2020년 9월 23일부터 코로나 탐지견이 배치돼 입국자들을 검사하고 있다. 짐을 찾은 승객이 땀을 닦은 거즈를 비커에 담으면 독립된 방에서 이를 넘겨받은 개가 냄새를 맡는다.

무언가를 감지한 개가 짖거나 앞발로 긁거나 드러누우면 시료를 PCR검사로 넘겨 확인한다. 2 ∼10주 동안 훈련받은 개 10마리가 교대로 투입된다.

연구를 맡은 헬싱키대 수의학자들은 “개들은 100% 가까운 정확도로 바이러스 감염 검체를 가려내고 증상이 나타나기 전 감염자도 가려낸다”고 밝혔다. 개가 검사하는 데 걸리는 시간은 10초 미만이고 전체 검사 과정도 1분이면 끝난다.

2020년 12월 칠레의 수도 산티아고에 위치한 국제공항에 골든리트리버 등 탐지견 4마리가 투입됐다. 이들 탐지견들은 폭발물이 아닌 신종 코로나바이러스감염증(COVID-19·코로나19) 감염자를 찾아내는 임무를 맡았다.

독일 하노버대 연구팀은 개가 확진자를 찾아낼 확률이 94% 이른다는 연구결과를 내놓있다. 개는 국제 규격 수영장 20개 분량의 물에 떨어뜨린 액체 한 방울도 가려낸다.

이런 뛰어난 후각을 활용해 암, 당뇨병, 뇌전증 발작 등을 미리 아는 데 활용하려는 연구가 이뤄진다. 이런 막대한 임무를 수행하는 개들을 코로나19 바이러스 검출에 활용할 때 감염될 위험은 없을까.

세계동물보건기구(OIE)는 “개도 코로나19에 감염될 수 있지만 감염의 취약성은 고양이나 페릿보다 덜하다”고 밝히고 있다. 개들은 코로나19 외에도 유방암이나 난소암 등과 같은 질병을 코로 감지해낼 수 있다. 전립선 암의 경우, 99%의 성공률로 환자를 탐지해냈다.

다만 이런 질병탐지견들은 훈련에 많은 시간이 소요된다. 개 중에는 애당초 후각 훈련에 관심을 보이지 않는 뺀질이 유형도 있다. 그래서 과학자들은 개의 코를 모사한 인공 질병탐지 장치 개발에 공을 들여왔다.

미국 매사추세츠공과대(MIT) 비트앤아톰센터장 안드레아스 멀신이 개의 코보다 약 200배 더 민감한 질병 냄새 감지 장치를 개발했다. 인공지능 개코는 국제학술지 플로즈원 2021년 2월 17일자에 발표했다.

이 장치는 작아서 휴대전화 내에 설치할 수 있으며 현재 일상적으로 사용되고 있는 스마트폰의 성능으로 충분히 데이터 처리가 가능하다. 휴대전화에 부착해서 실시간으로 사용자의 질병을 탐지할 수 있다.

시료의 냄새 분자를 ‘가스크로마토그래피’ 분석한 다음, 인공지능(AI)의 기계학습을 이용해 전립선 암 환자의 소변 시료가 뿜어내는 냄새분자의 공통 특성이 무엇인지 알아낸다.