核酸檢測是怎么發(fā)現(xiàn)新冠病毒的

　　張?zhí)锟?/p>

　　在抗擊新冠肺炎的過程中，通過核酸檢測發(fā)現(xiàn)病毒感染者，已經(jīng)是大家再熟悉不過的檢測方式。針對(duì)目前肆虐全球的德爾塔變異毒株，我國自主研發(fā)的檢測產(chǎn)品能夠快速精準(zhǔn)識(shí)別。那么，核酸檢測為什么能發(fā)現(xiàn)病毒感染？我們今天就來聊一聊與此有關(guān)的科學(xué)問題。

　　所有生物除朊病毒外都含有核酸，核酸包括脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)，新型冠狀病毒是一種僅含有RNA的病毒，病毒中特異性RNA序列是區(qū)分該病毒與其它病原體的標(biāo)志物。

　　新冠病毒的核酸檢測就是要檢測病毒的RNA基因組的一些有標(biāo)志性的基因片段，用核酸檢測試劑就能檢測出來。

　　在新冠疫情發(fā)生初期，中國研究人員在極短時(shí)間內(nèi)就完成了對(duì)新冠病毒全基因組序列的解析，并通過與其他相似病毒，如冠狀病毒的基因組序列對(duì)比，發(fā)現(xiàn)了新冠病毒中的特異核酸序列。因此，如果能在受檢者樣本中檢測到新冠病毒的特異核酸序列，就可以判斷此人被感染。

　　檢測新冠病毒特異核酸序列，要先將新冠病毒核酸(RNA)逆轉(zhuǎn)錄為DNA，再采用PCR(多聚酶鏈反應(yīng))方法進(jìn)行放大或擴(kuò)增，以檢測特定的基因序列。

　　PCR的作用是擴(kuò)增DNA，也就是對(duì)選擇出的具有特異性的新冠病毒部分獨(dú)特的基因片段作為靶標(biāo)DNA，將其序列進(jìn)行指數(shù)級(jí)的擴(kuò)增。每一個(gè)擴(kuò)增出來的DNA序列，都可與預(yù)先加入的一段熒光標(biāo)記探針結(jié)合，產(chǎn)生熒光信號(hào)。擴(kuò)增出來的靶基因越多，累計(jì)的熒光信號(hào)就越強(qiáng)，以此來確定樣本中是否有病毒核酸，也即確診受檢者是否被感染。

　　這種核酸檢測技術(shù)的關(guān)鍵，是對(duì)病毒特異性DNA片段進(jìn)行擴(kuò)增。

　　1953年，沃森和克里克發(fā)表了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，讓人們知道了DNA的分子結(jié)構(gòu)，也開啟了從分子上理解生命的時(shí)代。但是，人體的一個(gè)細(xì)胞只有一組DNA，既微小，又難以分離和提取來進(jìn)行體外研究。要進(jìn)行DNA分子的研究，必須有一種技術(shù)能在體外擴(kuò)增DNA分子。

　　1971年，美國麻省理工學(xué)院的教授科拉納等人提出核酸體外擴(kuò)增的設(shè)想，經(jīng)DNA變性，與合適的引物雜交，用DNA聚合酶延伸引物，并不斷重復(fù)該過程便可擴(kuò)增DNA。但是當(dāng)時(shí)技術(shù)水平有限，這一設(shè)想難以實(shí)現(xiàn)。

　　1976年，就讀于美國俄亥俄州辛辛那提大學(xué)生物系的中國臺(tái)灣科學(xué)家錢嘉韻，從黃石公園熱泉中發(fā)現(xiàn)的嗜熱菌中提取了高溫DNA聚合酶，使得擴(kuò)增DNA的設(shè)想又前進(jìn)了一步。

　　PCR技術(shù)發(fā)明完成最后一腳射門的射手是美國生物化學(xué)家凱利·穆里斯。據(jù)穆里斯回憶，1983年4月的一個(gè)星期五晚上，穆里斯開車去鄉(xiāng)下別墅的路上，猛然閃現(xiàn)出多聚酶鏈反應(yīng)(PCR)的想法。1985年，穆里斯在Cetus公司工作期間，成功發(fā)明了PCR。

　　PCR發(fā)明后，有人贊譽(yù)這一發(fā)明將生物學(xué)劃分為兩個(gè)時(shí)代：PCR前時(shí)代和PCR后時(shí)代。有了PCR技術(shù)，可以將任意痕量的DNA分子擴(kuò)增，應(yīng)用于各個(gè)方面，如診斷疾病、生物個(gè)體識(shí)別、親子鑒定、刑事鑒識(shí)發(fā)現(xiàn)罪犯、產(chǎn)前診斷確診遺傳病等。由于發(fā)明了PCR，穆里斯獲得了1993年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

　　核酸檢測法不僅用于新冠病毒感染的診斷，也廣泛用于其他病毒性感染疾病。2003年“非典”期間，中國研究人員研發(fā)出巢式PCR技術(shù)的核酸檢測試劑盒，用以診斷病人。此后，對(duì)H7N9禽流感也研發(fā)了核酸檢測試劑盒。2014年，中國“艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治”科技重大專項(xiàng)取得一系列重要研究成果，其中新型核酸檢測技術(shù)一次能對(duì)艾滋病、乙型肝炎、丙型肝炎三種病毒同時(shí)檢測，大大縮短了檢測的窗口期。此外，埃博拉病毒、中東呼吸綜合征病毒等病毒檢測中，都曾使用核酸檢測試劑盒。

　　為何有人經(jīng)過多次檢測才能查出陽性

　　現(xiàn)在，PCR用在新冠病毒感染的診斷上，是通過快速擴(kuò)增新冠病毒的特定基因片段來確認(rèn)受檢者是否被病毒感染的。目前常用的是利用逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)研發(fā)的試劑盒。

　　盡管RT-PCR試劑盒檢測比較可靠，但是在最開始也有假陰性，即檢測不出實(shí)際上已被病毒入侵的感染者。出現(xiàn)核酸檢測假陰性的原因有多方面。一是剛開始研發(fā)的試劑盒質(zhì)量不是很高，但后來經(jīng)過改進(jìn)，這一質(zhì)量短板得到解決。另一個(gè)原因是，患者在做前幾次檢測的時(shí)候，病毒還沒有充分感染人體細(xì)胞，病毒有一個(gè)逐漸進(jìn)入細(xì)胞的過程。因此，有的人經(jīng)過多次檢測才查出病毒核酸陽性。

　　中國國家衛(wèi)健委頒布的《新型冠狀病毒實(shí)驗(yàn)室檢測技術(shù)指南》規(guī)定，采集標(biāo)本的種類里有上呼吸道標(biāo)本(咽拭子、鼻拭子、鼻咽抽取物)，下呼吸道標(biāo)本(深咳痰液、呼吸道抽取物、支氣管灌洗液、肺泡灌洗液、肺組織活檢標(biāo)本)，血液標(biāo)本，血清標(biāo)本，后來又增加了糞便、肛拭子。但在實(shí)際操作中，采取最多的是咽拭子、鼻拭子之類的上呼吸道標(biāo)本。

　　由于新冠病毒通常出現(xiàn)在感染肺部深處的組織和細(xì)胞，因此下呼吸道標(biāo)本對(duì)檢測來說是最好的，病毒多、最易檢測出來。但是，深肺組織樣本不好采集，而病人咳嗽的時(shí)候，一些病毒是可以被帶到上呼吸道，而且病毒也可以感染上呼吸道，因此上呼吸道標(biāo)本(咽拭子、鼻拭子、鼻咽抽取物)已成為標(biāo)準(zhǔn)采樣。

　　核酸檢測的過程包括樣本采集、樣本處理、核酸提取、進(jìn)行PCR檢測等多個(gè)步驟，現(xiàn)在整個(gè)平均檢測時(shí)間需要2-3個(gè)小時(shí)。由于它是直接對(duì)采集標(biāo)本中的病毒核酸進(jìn)行檢測，特異性強(qiáng)、敏感度相對(duì)較高，因此是當(dāng)前新冠病毒感染檢測的主要手段。

　　延伸閱讀

　　抗體檢測和抗原檢測也是新冠病毒感染診斷方法

　　除了核酸檢測，現(xiàn)在對(duì)新冠病毒感染的診斷也采用另一種常用的方式，即抗體測試法。一般情況下，人被新冠病毒感染后，免疫系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生抗體來攻擊病毒，因此，檢測抗體也是一項(xiàng)可靠的判斷人是否被病毒感染的方式。不過，由于在病毒感染早期，人體內(nèi)可能還沒有產(chǎn)生抗體，存在檢測的窗口期，因而抗體檢測法只能作為確診的補(bǔ)充診斷手段或應(yīng)用于聚集性疫情溯源。

　　抗體檢測包括膠體金法和磁微粒化學(xué)發(fā)光法，其中膠體金法平均檢測時(shí)間為15分鐘左右，磁微�；瘜W(xué)發(fā)光法一般需要30-60分鐘。

　　以膠體金法為例，試劑中含有病毒抗原，通過抗原檢測抗體的存在。機(jī)體感染新冠病毒后，病毒的特定蛋白會(huì)刺激免疫系統(tǒng)引起抗體應(yīng)答。膠體金法就是要檢測出人體是否有新冠病毒抗體。如果人被新冠病毒感染并在血液中含有抗體，就能與試劑上的新冠病毒的抗原成分結(jié)合，形成抗原抗體復(fù)合物，在檢測線處聚集為紅色反應(yīng)線，證明是陽性(被感染)，反之則是陰性。

　　另外，診斷是否被新冠病毒感染，還可以采用抗原檢測試劑(盒)。試劑紙或卡上包被有新冠病毒抗體，通過抗體檢測抗原的存在。新冠病毒的抗原成分主要有N蛋白、E蛋白和S蛋白等，當(dāng)把取樣獲得的咽拭子、鼻拭子、痰液、血清、血漿等樣本滴入試劑盒時(shí)，如果這些樣本中有病毒抗原，就會(huì)與試劑上的新冠病毒抗體形成抗原抗體復(fù)合物，檢測線處聚集出現(xiàn)紅線，很快就能得出結(jié)果�，F(xiàn)在，國內(nèi)一些公司生產(chǎn)的新冠抗原檢測試劑已能快速精準(zhǔn)識(shí)別德爾塔變異毒株，這是因?yàn)樵撛噭?盒)含有德爾塔的S蛋白處的特異變化的基因序列。但是，抗原檢測需要更高的敏感性，由于新冠病毒主要侵犯肺泡等下呼吸道，從鼻咽、口咽等上呼吸道取樣，不一定能采集到病原體，或者取樣中所含病毒數(shù)量較少。因此，抗原檢測和抗體檢測一樣，都是診斷新冠病毒感染的輔助手段。

　　不可不知

　　新冠病毒感染與新冠肺炎不是一回事兒

　　需要說明的是，確診新冠病毒感染與確診新冠肺炎并不是一回事兒，前者只是病毒感染，后者則是在病毒感染后出現(xiàn)癥狀。

　　目前確認(rèn)新冠病毒感染的金標(biāo)準(zhǔn)還是核酸檢測。同時(shí)，抗體檢測和抗原檢測可以作為補(bǔ)充證據(jù)。

　　如果要確診為新冠肺炎，還得加上CT片證據(jù)，以及臨床上出現(xiàn)的癥狀，如是否發(fā)熱、咳嗽，呼吸是否困難等來確診新冠肺炎，并判斷是輕癥還是重癥，抑或是無癥狀感染，從而采取相應(yīng)的治療和預(yù)防措施。