Hundenasen und KI liefern neue Hinweise auf Long COVID

Was Hunde erschnüffeln, kann die Massenspektrometrie sichtbar machen: Forschende der Technischen Universität Braunschweig, der Medizinischen Hochschule Hannover und der Tierärztlichen Hochschule Hannover konnten zeigen, dass sich das Post-COVID-Syndrom anhand von Geruchssignaturen erkennen lässt. Die Ergebnisse zeigen auch eine Übereinstimmung zwischen den Einschätzungen speziell trainierter Spürhunde und modernen massenspektrometrischen Analysen in Kombination mit Machine-Learning-Verfahren. Damit liefern die Forschenden neue Hinweise auf krankheitsspezifische Stoffwechselmuster und eröffnen Perspektiven für innovative diagnostische Ansätze.

Warum können speziell trainierte Hunde Menschen mit Long COVID erkennen? Und lassen sich die Geruchssignaturen, die die Tiere wahrnehmen, auch mit moderner Analytik und künstlicher Intelligenz nachweisen? Mit diesen Fragen beschäftigt sich das Forschungsprojekt „COVID Dogolomics“, an dem Forschende der Technischen Universität Braunschweig, der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) und der Tierärztlichen Hochschule Hannover (TiHo) gemeinsam arbeiten. Die Forschungsarbeiten wurden beim Abschlusssymposium des COVID-19-Forschungsnetzwerks Niedersachsen (COFONI) ausgezeichnet. Die Ergebnisse werden zudem auf der internationalen Fachkonferenz „Metabolomics 2026“ in Buenos Aires präsentiert.

Auf der Suche nach objektiven Merkmalen für Long COVID

Obwohl Millionen Menschen weltweit von Long COVID betroffen sind, fehlen bislang objektive diagnostische Verfahren. Symptome wie chronische Erschöpfung, Konzentrationsstörungen, Atembeschwerden oder Belastungsintoleranz treten auch bei anderen Erkrankungen auf und erschweren eine eindeutige Diagnose.

„Für viele Betroffene ist die Situation bis heute schwierig, weil wir noch immer nicht genau verstehen, welche biologischen Prozesse hinter Long COVID stehen“, sagt Professor Karsten Hiller, Leiter der Abteilung Bioinformatik und Biochemie an der TU Braunschweig. „Deshalb suchen wir nach messbaren Stoffwechselveränderungen, die uns helfen können, die Erkrankung besser zu charakterisieren und langfristig objektivere Diagnoseverfahren zu entwickeln.“

Die analytische Grundlage des Projekts entstand an der TU Braunschweig. In ihrer Doktorarbeit entwickelte Lea Woyciechowski eine neue Methode zur Untersuchung flüchtiger Stoffwechselprodukte in sehr kleinen Urinproben. Die Methodik, veröffentlicht in der Fachzeitschrift „Metabolites“, bildet die Grundlage für die nun vorgestellten Untersuchungen. Mithilfe der Methode lassen sich sogenannte flüchtige organische Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOCs) hochauflösend erfassen und für die weitere Auswertung mit Verfahren des maschinellen Lernens nutzen.

Das Projekt vereint die klinische Expertise der Medizinischen Hochschule Hannover um Prof. Dr. Georg Behrens, die Arbeiten zu medizinischen Spürhunden an der Tierärztlichen Hochschule Hannover unter Leitung von Prof. Dr. Holger Volk sowie die analytischen und bioinformatischen Untersuchungen der Abteilung Bioinformatik und Biochemie der TU Braunschweig unter Leitung von Prof. Dr. Karsten Hiller. Gemeinsam verfolgen die Partner das Ziel, biologische Signaturen des Post-COVID-Syndroms besser zu verstehen und langfristig neue diagnostische Ansätze zu entwickeln.

Im Rahmen des Projekts stellte die Medizinische Hochschule Hannover Patientenkohorten und Bioproben bereit. Die Tierärztliche Hochschule Hannover untersuchte mit speziell trainierten Spürhunden, ob Long-COVID-Proben anhand ihres Geruchs erkannt werden können. Die Forschenden der TU Braunschweig analysierten dieselben Proben mit modernster Massenspektrometrie und entwickelten Verfahren des maschinellen Lernens, um die zugrunde liegenden Stoffwechselmuster zu entschlüsseln.

Die Ergebnisse

Die Ergebnisse waren bemerkenswert: Die Hunde konnten Long-COVID-Proben zuverlässig von gesunden Kontrollproben und sogar von ähnlichen Krankheitsbildern unterscheiden. Dies deutet darauf hin, dass Long COVID mit einer charakteristischen Geruchssignatur verbunden sein könnte. Doch welche biologischen Veränderungen verbergen sich hinter diesem Geruch?

Von der Hundenase zur Massenspektrometrie

Hier setzt die Arbeit von Lea Woyciechowski an. Die Doktorandin der Abteilung Bioinformatik und Biochemie entwickelte eine neue analytische Methode, mit der flüchtige organische Verbindungen, sogenannte Volatile Organic Compounds (VOCs), aus sehr kleinen Urinproben hochauflösend erfasst werden können. Diese Moleküle entstehen als Produkte des Stoffwechsels und können Hinweise auf physiologische oder krankheitsbedingte Prozesse liefern.

„Flüchtige Stoffwechselprodukte sind gewissermaßen chemische Fingerabdrücke biologischer Vorgänge“, erklärt Lea Woyciechowski. „Wir wollten herausfinden, ob sich die Signatur, die die Hunde wahrnehmen, auch analytisch erfassen und mit datengetriebenen Methoden beschreiben lässt.“

Dabei konnten charakteristische Muster identifiziert werden, die Long-COVID-Proben von Kontrollgruppen unterscheiden.

Zwei völlig unterschiedliche Systeme erkennen dieselbe Signatur

Besonders interessant ist, dass die Ergebnisse der Hunde und die analytischen Auswertungen überraschend gut übereinstimmten: Proben, die von den Hunden als auffällig erkannt wurden, zeigten auch in den statistischen Modellen charakteristische Stoffwechselmuster. Damit weisen zwei grundlegend unterschiedliche Systeme auf dieselben krankheitsassoziierten Veränderungen hin.

„Dass zwei völlig unterschiedliche Detektionssysteme unabhängig voneinander dieselbe Signatur erkennen, ist wissenschaftlich besonders spannend“, sagt Professor Hiller. „Das gibt uns zusätzliche Sicherheit, dass wir tatsächlich relevante biologische Veränderungen beobachten und nicht nur statistische Zufallseffekte.“

Die Ergebnisse liefern damit neue Hinweise darauf, dass das Post-COVID-Syndrom mit messbaren Veränderungen des Stoffwechsels verbunden ist. Gleichzeitig zeigen sie, welches Potenzial in der Verbindung von biologischen Sensorsystemen und moderner Datenanalyse steckt.

Wie es weiter geht: Die Moleküle hinter Long COVID

Die Forschenden stehen inzwischen vor dem nächsten wichtigen Schritt. Zwar konnten bereits mehrere Kandidaten identifiziert werden, die maßgeblich zur Unterscheidung der Proben beitragen, ihre genaue chemische Struktur ist jedoch noch nicht vollständig geklärt. In den kommenden Jahren sollen diese Moleküle eindeutig identifiziert und anschließend experimentell überprüft werden. Die zentrale Frage lautet: Sind es tatsächlich diese Verbindungen, die die Hunde wahrnehmen?

Partner

Beteiligt sind die Abteilung Bioinformatik und Biochemie der Technischen Universität Braunschweig am Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology (BRICS), die Medizinische Hochschule Hannover sowie die Tierärztliche Hochschule Hannover. Die Arbeiten entstanden im Rahmen des COVID-19-Forschungsnetzwerks Niedersachsen (COFONI) und sind zudem im wissenschaftlichen Umfeld von MetaBoSpace verankert, einem Netzwerk metabolismusorientierter Forschung an der TU Braunschweig.