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核酸檢測是怎么發(fā)現(xiàn)新冠病毒的?一文搞懂!

 金色書屋 2020-02-29
這段時(shí)間,我們常能聽到一個(gè)詞:核酸檢測。

現(xiàn)在已經(jīng)眾所周知,核酸檢測在新冠病毒感染的診斷中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在醫(yī)院,核酸檢測是診斷新冠病毒感染的金標(biāo)準(zhǔn)。

而在醫(yī)院之外,核酸檢測還可以用來做大范圍的篩查,盡可能找出還在潛伏期的無癥狀感染者。尤其當(dāng)下復(fù)工在即,篩查可以大大降低辦公室傳染的風(fēng)險(xiǎn)。

可你們知道核酸檢測是怎么發(fā)現(xiàn)病毒的嗎?這種黑科技是怎么讓看不見的病毒“顯形”的?

現(xiàn)在小編就來給大家說說核酸檢測的原理。全文簡單易懂,一起漲知識!


首先認(rèn)識一下,什么是核酸?


核酸是地球上所有已知的生命體必不可少的一種組成物質(zhì)。它主要分為兩種:脫氧核糖核酸、核糖核酸。

脫氧核糖核酸,其實(shí)就是我們常說的DNA,地球上幾乎所有生物的遺傳物質(zhì)。而許多冠狀病毒的遺傳物質(zhì),則是RNA,也就是核糖核酸。



所以病毒核酸檢測,其實(shí)就是對病毒的遺傳物質(zhì)RNA進(jìn)行檢測。

而針對病毒RNA進(jìn)行檢測的技術(shù),還可以分兩種:一種是實(shí)時(shí)熒光RT-PCR,一種是病原宏基因組測序(mNGS)

*圖為冠狀病毒。它的外層是包膜和蛋白質(zhì),里面是它的遺傳物質(zhì)RNA。

它們都是用于診斷新冠病毒感染的方法。但核酸檢測因?yàn)樗俣瓤欤?~6小時(shí))而應(yīng)用更多,而基因測序比較慢(24~72小時(shí)),所以用的比較少。

一般對于高度疑似新冠病毒感染、但核酸檢測是陰性的病人,會(huì)利用基因測序技術(shù)進(jìn)一步確認(rèn)。

圖為《新型冠狀病毒肺炎診療方案》試行第六版,新型冠狀病毒肺炎確診的病原學(xué)依據(jù)


實(shí)時(shí)熒光RT-PCR檢測
是如何讓病毒“顯形”的?


首先要采集樣本。由于新冠病毒是通過呼吸道感染人體,所以樣本要從呼吸道采集。目前常規(guī)的樣本類型大致有2類:一類是用咽拭子、鼻拭子在人的上呼吸道(咽部或鼻腔)擦拭采集;另一類是收集下呼吸道痰液、支氣管灌洗液、肺泡灌洗液等。


采集到的樣本將被嚴(yán)格封存,送到實(shí)驗(yàn)室。那里是檢測員讓病毒“現(xiàn)形”的戰(zhàn)場。

什么是實(shí)時(shí)熒光RT-PCR?

為了避免晦澀難懂,此處略去幾百個(gè)火星文。小編將通過一個(gè)大致的檢測流程來介紹這一黑科技。我們還實(shí)拍了水母基因?qū)嶒?yàn)室里的設(shè)備和工具,并由可愛的實(shí)驗(yàn)室小姐姐友情出鏡,給大家做一個(gè)操作演示。

① 提取病毒的RNA

先從樣本中提取出病毒的RNA。具體來說,就是在樣本中加入核酸提取試劑,把病毒破壞,讓核酸釋放出來。

*提取病毒核算必須在高級別的生物安全柜內(nèi)完成。圖為水母實(shí)驗(yàn)室小姐姐使用生物安全柜進(jìn)行的操作演示。

② 把病毒RNA“反轉(zhuǎn)錄”成cDNA

通過反轉(zhuǎn)錄技術(shù)(RT),把病毒的RNA“反轉(zhuǎn)”成一種特異DNA,即cDNA(因?yàn)椴《綬NA結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,所以把病毒RNA轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的cDNA會(huì)更方便檢測)

這里會(huì)用到核酸檢測試劑盒中一種叫“反轉(zhuǎn)錄酶”的物質(zhì)。而完成轉(zhuǎn)錄后,所有工作都將圍繞cDNA展開。

③ 進(jìn)行cDNA的擴(kuò)增與檢測

簡單說就是擴(kuò)增cDNA的數(shù)量。這里應(yīng)用的就是PCR,全稱聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。具體來說,就是借助試劑盒中一些特殊物質(zhì),讓cDNA不斷復(fù)制,使其數(shù)量呈指數(shù)式增長。

所謂RT-PCR,就是將RNA的反轉(zhuǎn)錄(RT)和cDNA的擴(kuò)增(PCR)相結(jié)合的技術(shù)。

當(dāng)cDNA擴(kuò)增的同時(shí),試劑盒中還有一種叫熒光探針的東西同時(shí)工作。它會(huì)釋放熒光信號,cDNA每完成一次擴(kuò)增,熒光信號就會(huì)增加一點(diǎn),而PCR檢測儀就能記錄到一個(gè)熒光信號增加的Ct值。

*圖中左邊白色的儀器叫QPCR儀。上面說到的轉(zhuǎn)錄、擴(kuò)增、檢測都是在這臺QPCR儀上完成。電腦上顯示的紅線,我們也可以理解為Ct值的曲線。

④ 出結(jié)果

這一步就是根據(jù)檢測儀記錄的Ct值,進(jìn)行檢測結(jié)果分析。

理想狀態(tài)下,如果樣本中有新冠病毒,那么在cDNA完成預(yù)訂次數(shù)的擴(kuò)增后,檢測儀記錄的Ct值就會(huì)形成一個(gè)逐漸上升的S形曲線,檢測結(jié)果為陽性;如果沒有類似的S型曲線,檢測結(jié)果就為陰性。

做完以上所有工作,通常需要4~6小時(shí)

現(xiàn)在明白什么是實(shí)時(shí)熒光RT-PCR了嗎?檢測人員就是這樣診斷新冠病毒感染的。


基因測序技術(shù)
是怎樣測出病毒的?


病原宏基因組測序(mNGS),是針對病原微生物(細(xì)菌、真菌、病毒和寄生蟲等)使用的基因測序技術(shù)。它的原理就比較簡單了。

首先,我們要掌握病毒的基因序列。(中國科學(xué)家在發(fā)現(xiàn)新冠病毒后5天就鑒定分析出了它的基因組序列,此處應(yīng)有掌聲!)

然后是檢測。在實(shí)驗(yàn)室里,技術(shù)人員利用基因測序儀器,針對樣本中提取的病毒RNA或總核酸進(jìn)行檢測。當(dāng)樣本中檢測出的病毒基因序列,與已知的新冠病毒基因序列高度同源,就可以確診感染。

基因測序是一個(gè)更加復(fù)雜且耗時(shí)的過程,可以簡單歸納為以下7個(gè)步驟:

采集樣本:與前面介紹一致
從樣本中提取出病毒RNA:與前面介紹一致
把病毒RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA:為了便于檢測,測序也需要進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄。
文庫構(gòu)建:翻譯過來,就是把完整的DNA鏈條打碎成片段,接著給DNA片段末端修復(fù),然后給DNA片段加上獨(dú)有的樣本編碼(用于識別這個(gè)樣本是誰的),并把DNA片段用一個(gè)接頭固定起來,方便測序……
高通量測序:通過高通量測序儀,把文庫的核酸序列檢測出來。
生物信息分析:把測出的DNA序列與已有的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對。
出具檢測報(bào)告

這樣一套完整的病毒基因測序流程,加上出結(jié)果,通常需要24~72小時(shí)。

基因測序還有個(gè)特異功能:如果病人同時(shí)感染了多種病毒,基因測序也能夠發(fā)現(xiàn)。

*圖為水母基因?qū)嶒?yàn)室的高通量測序儀。

敲黑板:以上圖片展示的,僅僅是水母基因?qū)嶒?yàn)室小姐姐的操作演示,不是實(shí)際的病毒核酸檢測操作。而真正的病毒核酸檢測過程極為嚴(yán)格,需要全程嚴(yán)格消毒,且工作人員全程三級防護(hù)(穿防護(hù)服,戴N95口罩、護(hù)目鏡、雙層手套、腳套)。

因?yàn)檫@是在與病毒打交道。從采集樣本到檢測,每一個(gè)步驟都兇險(xiǎn)萬分,一不小心就有被病毒感染的可能。

所以我們感恩戰(zhàn)斗在抗疫滅毒一線醫(yī)生和忽視,但也要記住這樣一群人:他們不接觸患者,卻每天都在實(shí)驗(yàn)室里與病毒零距離打交道;他們看似不在一線,實(shí)則處在超一線!


助力全國抗疫滅毒
水母基因在行動(dòng)!

 
當(dāng)面對病毒侵襲,專業(yè)資源和人才會(huì)顯得尤為珍貴。哪怕多一位專業(yè)志愿者、多一臺PCR檢測儀、多一個(gè)試劑盒,都能為這場攻堅(jiān)戰(zhàn)創(chuàng)造無可估量的力量。我們也深知,勿以善小而不為。因此在疫情爆發(fā)后,水母基因迅速開展了相關(guān)工作。
 
近期,我們與一批擁有測序儀、實(shí)驗(yàn)室、試劑盒等專業(yè)資源的企業(yè)/機(jī)構(gòu),共同發(fā)起了抗疫滅毒聯(lián)合行動(dòng)聯(lián)盟,為抗疫滅毒貢獻(xiàn)一份力量。


截至目前,已有53家企業(yè)/機(jī)構(gòu)加入,覆蓋北京、湖北、遼寧、廣東、浙江、江西、福建、上海、黑龍江、天津等18個(gè)省市區(qū)。

他們愿意暫停正在進(jìn)行的部分科研工作和業(yè)務(wù)運(yùn)營,為抗疫滅毒提供PCR實(shí)驗(yàn)室、基因擴(kuò)增檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室、P2實(shí)驗(yàn)室、CAP認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室場地,自動(dòng)化核酸儀、全自動(dòng)毛細(xì)管電泳儀、測序儀、PCR儀器,檢測試劑盒、專業(yè)人員,以及捐資上千萬元。

聯(lián)盟成員將根據(jù)當(dāng)?shù)丶部夭块T的具體需求和指引,通過人員培訓(xùn)、儀器借用、試劑捐贈(zèng)、資源共享等方式,協(xié)助湖北以及全國其它有迫切需求的區(qū)域,盡快建立或者升級新型冠狀病毒檢測實(shí)驗(yàn)室。

當(dāng)下復(fù)工在即,響應(yīng)國家號召,我們也將協(xié)調(diào)各方資源,面相全國各地的企業(yè)提供員工體檢篩查的服務(wù),幫助企業(yè)降低復(fù)工感染的風(fēng)險(xiǎn),盡快安全地恢復(fù)生產(chǎn)運(yùn)營。

如果你所在的企業(yè),目前正面臨復(fù)工難題,希望盡快排除隱患,在確保員工安全的情況下盡快復(fù)工,都可以通過水母基因獲得幫助。

水母基因作為抗疫滅毒行動(dòng)聯(lián)盟成員之一,可以幫你推薦或聯(lián)系你所在地區(qū)的專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)。聯(lián)盟中的53家企業(yè)/機(jī)構(gòu)非常愿意提供幫助。

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