核酸檢測是怎么發(fā)現(xiàn)新冠病毒的
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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間內(nèi)就完成了對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))方法進行放大或擴增，以檢測特定的基因序列。
PCR的作用是擴增DNA，也就是對選擇出的具有特異性的新冠病毒部分獨特的基因片段作為靶標(biāo)DNA，將其序列進行指數(shù)級的擴增。每一個擴增出來的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。擴增出來的靶基因越多，累計的熒光信號就越強，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，是對病毒特異性DNA片段進行擴增。
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代。但是，人體的一個細胞只有一組DNA，既微小，又難以分離和提取來進行體外研究。要進行DNA分子的研究，必須有一種技術(shù)能在體外擴增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)該過程便可擴增DNA。但是當(dāng)時技術(shù)水平有限，這一設(shè)想難以實現(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，使得擴增DNA的設(shè)想又前進了一步。
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，有人贊譽這一發(fā)明將生物學(xué)劃分為兩個時代：PCR前時代和PCR后時代。有了PCR技術(shù)，可以將任意痕量的DNA分子擴增，應(yīng)用于各個方面，如診斷疾病、生物個體識別、親子鑒定、刑事鑒識發(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。
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)一次能對艾滋病、乙型肝炎、丙型肝炎三種病毒同時檢測，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，這一質(zhì)量短板得到解決。另一個原因是，患者在做前幾次檢測的時候，病毒還沒有充分感染人體細胞，病毒有一個逐漸進入細胞的過程。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《新型冠狀病毒實驗室檢測技術(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胞，因此下呼吸道標(biāo)本對檢測來說是最好的，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、進行PCR檢測等多個步驟，現(xiàn)在整個平均檢測時間需要2-3個小時。由于它是直接對采集標(biāo)本中的病毒核酸進行檢測，特異性強、敏感度相對較高，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)會產(chǎn)生抗體來攻擊病毒，因此，檢測抗體也是一項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�；瘜W(xué)發(fā)光法，其中膠體金法平均檢測時間為15分鐘左右，磁微粒化學(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。機體感染新冠病毒后，病毒的特定蛋白會刺激免疫系統(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，如果這些樣本中有病毒抗原，就會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)識別德爾塔變異毒株，這是因為該試劑(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，抗體檢測和抗原檢測可以作為補充證據(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。
