新冠病毒的「核酸檢測」到底是什麼?

2020-11-29 騰訊網

【視頻文字稿】

目前已知,有 7 種可以感染人的冠狀病毒。其中 3 種危害比較大,MERS, SARS 病毒,還有這次的 SARS2 病毒。

病毒大概長這樣。球的外層是包膜和蛋白質,裡面是 RNA。RNA 全名為核糖核酸,核酸檢測,針對的就是它。

組成 RNA 的最小結構叫核糖核苷酸,有 A、U、C、G 4 種。組成 RNA 的最小結構叫核糖核苷酸,有 A、U、C、G 4 種。

SARS2 病毒,已經完成測序,它大約有 3 萬個字母組成。這些年測序技術確實發展很快,02 年 的 SARS 病毒用了 5 個月完成測序,這次據說僅用了 10 天。

如果你感興趣,可以去 NCBI 網站上獲得原始數據,一切都非常公開。

不過測序成本高且效率低,RNA 測序不是這次的核酸檢測,它是核酸檢測得以開展的前提。核酸檢測,使用實時聚合酶鏈式反應,就是 RT-PCR 技術,它不能測出病毒的每個字母,但是可以判斷它是否存在。

要完成核酸檢測,主要需要三方密切配合,醫護採樣,試劑盒研發和實驗室檢測。

首先醫生採集病人的樣本,這是一個採集鼻咽拭子示範,距離較近,可能會引起感染。其次核酸檢測是非常複雜的生化反應,識別 SARS2 病毒,需要針對性研發試劑盒,完成生產。最後病人樣本和試劑盒都送到實驗室,實驗室出場地、儀器和實驗人員,在這裡完成檢測。

之後發生了什麼,我試著簡單呈現下。

我們假設這是一個確實含有 SARS2 病毒 的樣本。首先要把樣本中的病毒 RNA,也就是核酸,提取出來。但是由於 RNA 結構不穩定,需要先把它轉化成 DNA,這個過程會用到試劑盒提供的,逆轉錄酶和 DNA 原料。

逆轉錄完成後,兩條鏈分開,病毒信息傳遞完畢,之後所有的反應只和這條 DNA 單鏈有關。

整個檢測的核心就是讓 DNA 不斷自我複製,並且積累螢光信號。要達成這個目的,我們重點看下試劑盒。

試劑盒中的引物、DNA 原料以及各種反應酶,用來幫助 DNA 不斷複製。試劑盒中的探針,上面有螢光結構,它負責來釋放螢光信號。

我們看下反應過程,首先探針與 DNA 結合,此時螢光結構被抑制不發光。然後 DNA 在聚合酶的作用下,開始自我複製,螢光結構脫落,開始發光。

反應結束後,我們得到一條雙鏈 dna 和一個發光體。但是這個量太少了,機器根本探測不到螢光信號。所以還需要多次循環,一般設定為 40 次。

理想情況下,病人樣本中有 SARS2 病毒,循環數和螢光量之間成 S 形曲線,即核酸檢測陽性。沒有或有少量 SARS2 病毒,則沒有類似曲線,即核酸檢測為陰性。

那為什麼會出現核酸檢測假陰性的情況呢?

這個也挺複雜。我們再回到影響核酸檢測的三方。

採樣就有很多不確定性。不同部位的樣本成功率不一樣,相比鼻咽拭子,下呼吸道的深咳痰液效果更好。病人的病程也會影響,到底是發病哪幾天檢測成功率高,這需要更多臨床數據進一步分析。

除此之外取樣人的手法、樣本是否被汙染、送到實驗室是否及時,都會影響成功率。

試劑盒也可能有問題。設計水平是一方面,另一方面,如果病毒發生變異,可能就識別不了。設計的好,生產工藝差也不行。所以需要更多數據反饋不斷做優化。

最後,實驗室這邊,需要人工操作的步驟非常多,實驗人員的操作技術也會影響檢測結果。

總之呢,目前核酸檢測,步驟繁多,且需要多方密切配合才能完成,有些問題還沒搞清楚。

再加上這次病毒傳染性很強,額外需增加很多消毒步驟,穿戴各種防護設備,行動不便,身體不適,檢測效率就更低了。

從 2 月 6 號開始,目前湖北省有 97 家實驗室通過審批,飽和狀態下最高日檢測量只有 1 萬多,與此同時鼻咽拭子的陽性率只有30%-50%。

所以如果我們面對的是傳染性不強的病毒,病例少,這樣的核酸檢測,可能是一種選擇。

但是面對疫情的爆發, 核酸檢測步驟多、耗時長,並不適合作為病人的快速篩查工具。

相比 MERS 和 SARS,SARS2 死亡率更低,但是傳染性更強,感染人數更大,如何做快速篩查,使用何種檢測技術至關重要。

近來也有一些新檢測技術開始測試,但願很快能有好消息,儘快投入使用。

與實驗室對接是我工作的一部分,深知檢測人員工作的辛苦,在此感謝他們的付出。

任何技術都有其局限性,這是我們將其應用於生活中需要警惕和牢記的,當然這個過程是複雜,是要付出代價的。

疫苗和藥物的研發也同樣如此,面對未知的挑戰,希望生物基因技術能有新的突破。

【參考資料】

背景音樂

The elevator bossa nova

病毒立體結構展示

Explaining the Coronavirus Outbreak through 3D Medical Animation-Scientific Animations

鼻咽拭子採樣示範)

NEJM Procedure- Collection of Nasopharyngeal Specimens with the Swab Technique

試劑盒研發

Companies receive official licenses for coronavirus testing kits-CGTN

實驗室操作

戰「疫」最前線-記者揭秘核酸檢測實驗室-央視新聞

其他參考資料

SARS2,SARS 和 MARS 病毒

SARS2 序列

RT-PCR 技術細節說明

湖北核酸檢測情況

來源:各色DNA

編輯:小冉 審校:Rose

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