截至撰寫本文時,全球已確診的新冠肺炎的病例接近72萬例。在世界各地,各國都在爭先恐后地提高對這種病毒的檢測能力——這些檢測是如何進行的,它們是如何工作的?
目前如何進行
病毒測試
目前用于鑒定冠狀病毒感染的檢測被稱為PCR檢測。
PCR是“聚合酶鏈反應”的縮寫,它絕不是一種新的檢測方法——PCR檢測從20世紀80年代就開始使用,其應用范圍包括傳染病的診斷。
這些測試允許少量的DNA復制數百萬次,這樣就有足夠的時間來檢測和確認感染。
檢測病毒需要樣本。
首先,從病人的鼻子或喉嚨后部取拭子。然后,棉簽被放置在一個安全的容器中,送到實驗室進行進一步分析。分析需要在取樣后的幾天內進行。
DNA構成了我們和某些病毒的遺傳物質。但是導致COVID-19的病毒,SARS-CoV-19,并不包含雙鏈DNA,而是單鏈RNA。由于PCR檢測只能復制DNA,我們需要先將RNA轉化成DNA。
病毒RNA是從棉簽樣本中提取的。然后需要從人類細胞和酶中純化,否則會干擾PCR檢測。通常,實驗室會使用化學供應商專門為這一目的制造的工具包來完成這項工作。
純化后的RNA與一種叫做逆轉錄酶的酶混合。這種酶可以將單鏈RNA轉化成雙鏈DNA,用于PCR檢測。
然后將病毒DNA添加到試管中,試管中還添加了以下物質:
引物:這些是DNA的短片段,設計用來與病毒DNA的特征部分結合。因此它們不會與非病毒的DNA結合。
核苷酸:這些是組成DNA的基本單位。
DNA構建酶:制造DNA的拷貝。
PCR儀將混合物加熱。這導致雙鏈DNA解開,然后引物可以在DNA冷卻時與之結合。一旦引物與DNA結合,它們就為DNA構建酶提供了一個起點,幫助復制DNA。
這個過程通過反復加熱和冷卻持續進行,直到數百萬份DNA拷貝被創造出來。
陽性和陰性
測試
上述內容解釋了PCR是如何擴增病毒遺傳密碼的,而不是如何檢測的。這就是DNA復制時添加到試管中的熒光染料的作用。
它們與復制的DNA結合,增強了它們的熒光,使它們發出更多的光。正是這束光讓我們確認了病毒的存在。
當產生更多的病毒DNA拷貝時,熒光增強。如果熒光超過了一定的閾值,超過了預期的背景水平,測試就是陽性的。
如果樣本中沒有病毒,PCR測試就不會產生副本,所以熒光閾值也不會達到——測試結果為陰性。
檢測遇到的
問題
盡管PCR檢測聽起來很復雜,但它是檢測傳染病的一種非??煽康姆椒?,這就是為什么它被廣泛用于COVID-19的檢測。然而,一些國家在試圖擴大其測試能力時遇到了問題。
一個簡單的原因是測試需要時間。
測試可能需要幾個小時才能得到結果,將此與實驗室測試能力相結合,就限制了一個實驗室一天可以進行多少測試。
一個小型的研究實驗室每天可以進行大約80次測試;擁有多臺機器的大型實驗室可以在1000-2000之間運行。
另一個限制是運行測試所需試劑的可用性。
我們之前提到過,一些公司出售用于這一步的RNA提取試劑盒。在大流行之后,全球對這些檢測的需求導致了短缺,限制了檢測的數量。
在某些情況下,測試并沒有發揮預期的功能。美國最初提供的診斷測試包含不同目的的不同引物。這包括一種針對所有冠狀病毒的基因序列作為對照試驗。
這部分測試沒有正常運行;雖然這并沒有阻止它們的可用性,但卻造成了關于結果是否為陽性的困惑,延緩了診斷。
污染或降解也會引起問題。
這些可能會導致假陽性(當某人沒有病毒,但檢測結果說他們有)或假陰性(當某人確實有病毒,但檢測結果說他們沒有)。
這種測試的最后一個重大限制是,它只能在測試時告訴你是否有人感染了病毒。但它不能告訴我們他們是否感染了病毒,但在檢測之前已經恢復。
這是非常有用的,如果有人感染了病毒并且康復了,他們就不會再感染了(至少在一段時間內)。
未來如何進行
病毒測試
一種能夠告訴我們某人是否曾經感染過這種病毒的檢測方法是基于抗體的檢測,你的身體會產生抗體來抵抗感染。這些抗體在感染后會在你的血液中停留一段時間,檢測可以發現它們。
目前,一些公司正在研究針對SARS-CoV-2病毒的抗體測試,一旦上市,預計將很快推出。
還有其他一些測試可能也會有用。另一種是尋找病毒表面的特定蛋白質。它們比PCR測試要快,但也不那么敏感,所以更有可能出現不準確的結果。
世界衛生組織(who)強調了檢測的重要性,將其作為全球應對第19世衛組織流感大流行的一部分。在不同的國家進行的試驗的數量有很大的差異。
中國和韓國都進行了大約30萬次試驗,而英國和美國分別只進行了5萬次和4萬次試驗。較少的檢測意味著更難以追蹤感染的傳播,更難以隔離和追蹤感染者的接觸者。
在檢測能力提高和更多類型的檢測手段可用之前,各國建議本國公民在認為自己可能有病毒癥狀時進行自我隔離。
有些人可能只有在抗體檢測出來后才知道他們是否感染了病毒,但是遵循這個建議,保持社交距離是防止病毒傳播的最好方法。
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