Training von Hunden für Suchaufgaben am Beispiel von Staphylococcus aureus als Mastitiserreger der Milchkuh

Abstract

Hunde und ihre Fähigkeiten Gerüche selbst in extrem schwachen Konzentrationen wahrzunehmen, bieten uns viele Möglichkeiten auch in diagnostischen Bereichen in der Medizin. In dieser Studie untersuchten wir am Beispiel von Staphylococcus aureus als Mastitiserreger bei Milchkühen, ob es möglich ist, ein Trainingsprotokoll für Hunde zu entwickeln, dieses Bakterium in der Milch zu erkennen und anzuzeigen. Dieses Trainingsprotokoll kann als Anleitung dienen zur Geruchsdifferenzierung von Bakterien und als Grundlage zur Weiterentwicklung und Verbesserung. An dieser Studie nahmen 10 Hundeführer mit ihren privaten Hunden teil. Sie wurde in 4 Experimenten durchgeführt. Die Hunde wurden zunächst darauf trainiert auf Agarplatten angezüchtete Staphylococcus aureus anzuzeigen. Im Test untersuchten 8 Hunde je 100 Probengefäße, davon enthielten 10 Geruchsträger mit Staphylococcus aureus. Vier Hunde zeigten fehlerfrei alle positiven Proben richtig an und erreichten damit eine Sensitivität und Spezifität von 100 %. Im Durchschnitt aller Hunde lag die Sensitivität bei 91,3 % und die Spezifität bei 97,9 %. Im zweiten Experiment sollten die Hunde Staphylokokken in Milch erkennen. In diesem Experiment hatten die Hunde Schwierigkeiten den Zielgeruch zu identifizieren. Vermutlich war die Konzentration der Bakterien auf den Geruchsträgern zu gering. Nur 2 von 6 Hunden absolvierten alle 10 Versuchsdurchgänge. Die Sensitivität lag bei 55 % und die Spezifität bei 95 %. Für alle Hunde war die Sensitivität bei 33,3 % und Spezifität bei 92,4 %. Daraufhin wurde für Experiment 3 das Trainingsprotokoll angepasst, und es wurden Zwischenschritte eingebaut, in denen die Hunde langsam an niedrigere Bakterienkonzentrationen gewöhnt wurden. Jeder Hund suchte im nächsten Test in 15 Durchgängen zu je 7 Proben insgesamt 105 Probengefäße mit Geruchsträgern ab. Die Hunde erreichten im Durchschnitt eine Sensitivität von 83,3 % und eine Spezifität von 97,9%. Im letzten Experiment wurde getestet, ob so trainierte Hunde in der Lage sind, Staphylococcus aureus in Milch zu erkennen, die von an Mastitis erkrankten Milchkühen stammt. Fünf von 6 Hunden konnten den Test erfolgreich beenden. Die Hunde erreichten im Durchschnitt eine Sensitivität von 60 % und eine Spezifität von 92,8 %. Ein Hund erkannte 8 von 9 aus 70 Proben mit dem Zielgeruch und hatte eine Sensitivität von 88,9 % und Spezifität von 95,1 %. Das Training der Hunde für die Geruchsdifferenzierung von Bakterien ist möglich. Mit dem entwickelten Trainingsprotokoll waren nicht alle Hunde in der vorgegebenen Zeit in der Lage die Aufgabe zu erfüllen. Es gibt viele individuelle Unterschiede, auf die im Trainingsprotokoll noch detaillierter eingegangen werden müsste. Es wurde deutlich, dass kleine Trainingsschritte für die Verhaltensänderung der Hunde wichtig sind, und auch die Konzentrationsänderung des Zielgeruchs als wichtiger Trainingsschritt berücksichtigt werden muss. Dies ist die erste Arbeit, in der gezeigt wurde, dass Hunde Staphylococcus aureus in Milch von an Mastitis erkrankten Milchkühen erkennen und anzeigen können. Es wurde ein Trainingsprotokoll erstellt, mit dem 75% der Hunde das Trainingsziel erreichten und das als Grundlage dienen kann, um Hunde zu trainieren, auch andere Bakterienarten zu unterscheiden.

Dogs and their ability to perceive smells even in extremely weak concentrations offer us many possibilities, even in diagnostic areas in medicine. In this study, using Staphylococcus aureus as a mastitis pathogen in dairy cows, we tested whether it is possible to develop a training protocol for dogs, to recognize and indicate this bacterium in milk. The training protocol, developed in this study, can serve as a guide to train dogs to differentiate odor of bacteria and is meant as a basis for further development and improvement. Ten dog handlers took part in this study with their private dogs. It was carried out in 4 experiments. The dogs were initially trained to indicate Staphylococci grown on agar plates. In the test, 8 dogs examined 100 samples each, 10 of which contained odor of Staphylococcus aureus. Four dogs correctly displayed all positive samples and achieved a sensitivity and specificity of 100%. On average of all dogs the sensitivity was 91,3 % and the specificity 97,9 %. In the second experiment, the dogs were asked to recognize Staphylococcus aureus in milk. In this experiment, the dogs had difficulty identifying the target smell. We speculate that the concentration of the bacteria for training was probably too low. Only 2 out of 6 dogs completed all 10 trials. The sensitivity was 55 % and the specificity 95 %. For all dogs the sensitivity was 33,3 % and specificity 92,4 %. The training protocol for experiment 3 was then adapted and intermediate steps were incorporated in which the dogs were slowly accustomed to lower bacterial concentrations. In the next test, each dog searched a total of 105 samples with odorants in 15 rounds of 7 samples each. The dogs achieved an average sensitivity of 83,3 % and a specificity of 97,9 %. The last experiment tested whether dogs trained in this way are able to recognize Staphylococcus aureus in milk that comes from dairy cows suffering from mastitis. 5 out of 6 dogs successfully passed the test. The dogs achieved an average sensitivity of 60 % and a specificity of 92,8 %. One dog recognized 8 of 9 out of 70 samples with the target smell and had a sensitivity of 88,9 % and specificity of 95,1 %. Dog training for odor differentiation of bacteria is possible. With the developed training protocol, not all dogs were able to complete the task in the given time. There are many individual differences that should be discussed in more detail in the training protocol. It became obvious that small training steps are important for achieving the training objective. The change in concentration of the target odor must also be considered as an important training step. This is the first work to show that dogs can recognize and indicate Staphylococcus aureus in milk from dairy cows with mastitis. A training protocol was created, with which 75 % of the dogs reached the training goal and which can serve as the basis for training dogs to distinguish other types of bacteria.