目前检测新型冠状病毒感染的方法依赖于识别特定的基因序列,但新的检测方法正在开发中,以满足对快速得到检测结果的日益增长的需求。

新冠疫情暴发之初,研究人员便很快通过基因测序获得了病毒的基因组数据;另一方面,疫情相关数据也很早就被发布。基于这些数据,研究者们研制出了各种基于病毒遗传密码片段来检测新冠病毒感染的方法。

但随着潜在病例数量的增加,以及老百姓对全球大流行担忧的加剧,我们希望能有更快、更方便的检测方法。

来自波士顿布里格姆妇科医院的迈克尔·米纳(Michael Mina)是一位流行病学家和免疫学家。他表示:目前的检测方法被认为是准确的,但各国政府已将检测限制在中央卫生机构或少数经认证的实验室,这限制了快速诊断新病例的能力。

这些情况的存在,推动了商业竞争,他们致力于开发新的SARS-CoV-2检测手段,以期在医院和诊所就可以很快提供诊断结果。

目前SARS-CoV-2的检测是什么套路?

新型冠状病毒的全基因组数据于2020年1月10日发表,也就是病毒在武汉首次被发现的几周之后。

过了一周,由一支德国科研团队使用病人鼻子和喉咙的拭子样本发布了第一个SARS-CoV-2检测方案。

该诊断方法最初是从SARS-CoV-2病毒及其近亲SARS病毒之间的遗传相似性发展起来的。后来科学家基于全基因组数据,通过锁定SARS-CoV-2独有的基因片段来确认其存在。

值得一提的是,该检测发现了编码SARS-CoV-2病毒E蛋白的基因(编码裹着病毒外壳的包膜),以及RNA复制所依赖的RNA聚合酶编码基因的存在。

英国公共卫生部健康保护处主任伊芳·多伊尔(Yvonne Doyle)告诉《科学家》(The Scientist)杂志,从实验室收到样品开始,到获得检测结果,需要24~48小时。

关于准确性,她表示:“英国共36例阳性结果,已经通过对病人分离出的病毒进行全基因组测序得到证实,而且使用的检测方法的分析灵敏度很高。”

来自悉尼威斯特米德医院(Westmead Hospital)的病毒学家多米尼克·德威尔(Dominic Dwyer)称,这种方法也是澳大利亚的实验室检测SARS-CoV-2的基础。

德威尔接着说:“我们最终决定采用世界卫生组织(WHO)推荐的靶标新冠病毒E蛋白靶标基因的方法进行筛选。如果筛查检测结果是阳性的,那么我们还会再做一些验证性检测,通过病毒其他一些基因进行验证。”

威斯特米德医院的实验室还对每个病毒样本进行了完整的测序,以寻找可能的SARS-CoV-2新毒株,并在国际性组织《全球共享流感数据倡议组织》(GISAID)的数据库中分享了其中的一些序列以供其他研究人员使用。他们还培养病毒,通过电子显微镜观察病毒。“但这不是一个真正的诊断学检测,而只是确认你在实验室看到的东西。”德威尔说道。

他补充说,到目前为止,还没有假阳性检测结果的发现,因为每一项阳性检测都已通过全基因组测序、病毒培养或电子显微镜得到证实。至于假阴性,他认为是很难判别的。

并非所有国家都采纳了世卫组织推荐的诊断学方案。例如,美国疾控中心(CDC)已经开发出了自己的检测方法,在新冠病毒N蛋白编码基因中寻找3段序列,这些序列编码核衣壳磷蛋白(存在于病毒外壳中)。

德威尔总结道,检测原理是一样的,只是选择的基因靶点不同而已。

米纳表示,目前还不清楚为什么CDC选择开发一种不同于WHO优选并被其他国家采用的检测方法。他反问道:“这究竟是基于CDC拥有的管理上的知识与优势,还是更多地只是为了走他们自己的路。”

“快速”检测在来疫情当中很关键

在英国,全国各地的一系列认证实验室正在检测SARS-CoV-2。在美国, COVID-19的检测都由CDC独家进行,得到检测结果的周转时间为24~72小时。

米纳认为,若医院能够现场诊断可以加快诊断过程。例如,有些医院可以在1小时内获得流感病毒检测结果,他们最常用的方法是检测病毒抗原。

他说:“医院曾在流感快速转归测试(rapid turnaround tests)上花了很多钱,因为必须快速确诊,医生才知道如何对不同人群进行诊治。”

米纳说,获得COVID-19检测结果所需时间(一天或两天或三天)对医院的后勤管理产生了影响。他说:“如果我们怀疑某个病人是阳性的,即使他们不是阳性的,光是怀疑,我们就不得不为他们找一张隔离床。”

伯明翰阿拉巴马大学的一位传染病医生说,CDC已经采取行动,将RT-PCR检测试剂盒配送到各州的卫生实验室。他说:“希望美国各地有更多的实验室能够获得这些检测试剂盒,并能够检测样本,而不是将所有样本送到CDC进行检测。”

然而,这一计划最近遇到了障碍,CDC试剂盒的一种试剂被发现有问题。

检测速度:从以“天”为单位发展到以“分”为单位

现在有许多公司在为应对这一流行病日益增加的诊断需求而研制商业化检测试剂盒。

大多数人正在使用的是早已投入使用的实时PCR方法,但其他人则采取了一种不同的方法。

例如,米纳及其同事们正与一所生物科技公司合作进行一种诊断学的临床试验。他们使用CRISPR技术,并配合荧光探针来标记SARS-CoV-2病毒的目标序列。

“在许多方面,它类似于实时PCR,但其好处就在于更敏感、更快捷。”米纳说道。

麻省理工学院麦戈文研究所的研究人员开发的另一种基于CRISPR技术的诊断方案声称需要大约1个小时即可得出检测结果。不过,此方法尚未在COVID-19患者样本上进行检测。

另外,生物技术公司Novacyte发布了COVID-19实时PCR诊断试剂盒,并称该试剂盒将在2小时内交付结果。

还有一种不同的诊断方法——研究者设计特定的血液检测方法来探测目标体内是否存在SARS-CoV-2抗体,以此判断被检测者是否被感染。

米纳认为这将是监控病毒传播的下一个重要步骤,不过他也提出疑问:“我们能否开始采集所有人的血液样本,然后看看有多少无症状或轻症但没被确诊的新冠感染者?”

德威尔说,这种方法可以帮助我们找到所有PCR方法没检测出来的假阴性,不过这种血清学检测或抗体检测目前还无法正式投入使用。

许多研究小组正试图分离抗体,其中一些已经有了阶段性进展。

新加坡杜克大学-新加坡国立大学医学院的研究人员利用抗体检测证明了两组不同的感染病例之间存在的联系,研究人员还对那些新冠症状已经消失的患者进行了抗体检测。

与此同时,中国台湾的研究人员也在努力鉴定一种可用于诊断检测SARS-CoV-2的抗体。研究人员表示,这样一种检测可以在几分钟内产生结果,等待的时间不用以小时计。

检测往又快又准的方向发展,拭目以待!

注:新型冠状病毒肺炎,COVID-19;新型冠状病毒,SARS-CoV-2

资料来源:

How SARS-CoV-2 Tests Work and What’s Next in COVID-19 Diagnostics