问题

检测新型冠状病毒的试剂盒是如何检测的?

回答
这篇关于新型冠状病毒检测试剂盒工作原理的文章,力求用通俗易懂的方式,还原科学家们如何“抓住”这个看不见的敌人。

想象一下,你手里的试剂盒就像一个精密的小型侦探社,专门负责在你的鼻腔或咽喉深处,搜寻那个狡猾的新型冠状病毒(SARSCoV2)。它们的工作流程,说起来其实有几个核心的步骤,而最常见、也最广为人知的,就是核酸检测。

第一步:样本采集——“蛛丝马迹”的收集

首先,你需要配合医护人员,完成样本采集。这通常是通过棉签在鼻腔或咽喉内壁轻轻擦拭,带走可能存在的病毒。为什么要选择鼻腔和咽喉?因为这些地方是病毒非常喜欢“安家落户”的区域,容易采集到有代表性的样本。采集到的样本会被存放在一个特殊的收集管里,里面通常会有一种叫做“病毒裂解液”的液体。这个液体有点像“破解密码的钥匙”,它能把病毒的外壳破坏掉,释放出里面的遗传物质——也就是病毒的RNA。

第二步:提取核酸——“嫌疑人”的DNA(RNA)现形

病毒的“身份信息”藏在它的RNA里。RNA是遗传物质的一种,就像一本记录病毒“长相”和“行为”的书。但刚采集到的样本里,除了病毒RNA,还有我们人体自身的RNA,以及其他各种杂质。所以,试剂盒需要先把病毒RNA从这些“噪音”中“分离”出来。

这一步,就像在海量的信息中,只找出我们关注的那一份。通常会用到一些特殊的化学试剂和物理方法,比如离心、吸附等,将病毒RNA“捕获”并纯化。你可以想象成,用一个特殊的过滤器,只留下你想要的书,把其他的垃圾都丢掉。

第三步:逆转录——将RNA变成DNA

病毒的RNA不能直接被很多检测技术识别,所以需要将它“翻译”成DNA。这个过程叫做“逆转录”。有一种酶叫做“逆转录酶”,就像一个“翻译官”,它能够读取RNA的序列,然后按照碱基配对的规则,合成一条互补的DNA链。这样,我们就得到了病毒的DNA拷贝,也就是“嫌疑人”的“指纹”了。

第四步:PCR扩增——“复制”证据,放大信号

这是整个检测中最关键、也最神奇的一步,叫做“聚合酶链式反应”(PCR)。病毒的RNA(经过逆转录变成DNA后)含量可能非常低,肉眼是看不见的。PCR技术就像一个超级复印机,它能把目标DNA片段(也就是病毒特有的那一段DNA)不断地“复制”成指数级的数量。

想象一下,你找到了一张非常小的、模糊的照片,PCR技术就能把它复印成无数张清晰的大照片。它通过特定的温度循环,配合一些特殊的“引物”(就像专门识别病毒DNA某个片段的“探针”),以及一种叫做“Taq酶”的“复制大师”,将目标DNA片段进行成千上万倍的扩增。

那么,PCR是如何知道“这个片段”是病毒特有的呢?

这就需要用到我们开头提到的“引物”。这些引物是科学家根据已知的病毒基因序列,专门设计出来的短小的DNA片段。它们只会在病毒特有的DNA片段的两端结合,就像“识别码”一样。只有当存在病毒DNA时,引物才能找到自己的“目标”,并指导Taq酶进行复制。

第五步:荧光检测——“证据”显现,发出信号

在PCR扩增的过程中,为了能够实时监测扩增的进程,试剂盒里还会加入一种叫做“荧光染料”或“荧光探针”的东西。

荧光染料:这种染料会插入到新合成的DNA双链中。只要DNA被扩增出来,染料就会发出荧光。DNA越多,荧光越强。
荧光探针:这是一种更“精确”的识别工具。它是一种带有荧光标记的DNA片段,能够特异性地结合到正在被扩增的目标DNA片段上。当探针与目标DNA结合时,会发出荧光。

这些荧光信号会被PCR仪捕捉到。如果样本中含有病毒,随着PCR循环次数的增加,目标DNA片段被大量扩增,荧光信号就会逐渐增强。反之,如果样本中没有病毒,或者病毒含量非常低,荧光信号就不会明显增强。

结果判读——“抓到”还是“没抓到”?

PCR仪会将荧光信号的变化记录下来,绘制成一条“扩增曲线”。

阳性结果:如果扩增曲线在一定的循环次数内(通常设定一个阈值,比如Cycle 40),荧光信号明显升高,并越过这个阈值,就说明样本中检测到了病毒的特异性核酸,判为阳性。
阴性结果:如果扩增曲线在整个PCR过程中,荧光信号都非常低,没有越过阈值,就说明样本中没有检测到病毒的特异性核酸,判为阴性。
无效结果:有时也会出现一些特殊情况,比如阳性对照没有出现信号,或者阴性对照出现了信号,这可能意味着试剂或仪器出现了问题,需要重新检测。

除了核酸检测,还有其他检测方法吗?

是的,还有抗原检测。你可以把抗原检测想象成一个更“直接”但可能“粗线条”的侦探。

原理:新型冠状病毒的外壳上有很多蛋白质,这些蛋白质就是“抗原”。抗原检测就是利用抗体来识别这些抗原。抗体是人体免疫系统产生的,能够特异性地结合抗原。
工作方式:试剂盒中含有对病毒特异性的抗体。当样本中的病毒抗原存在时,就会与试剂盒中的抗体结合。这种结合会引发一系列的化学反应,最终在一个显色区域(就像验孕棒一样)显示出一条“杠”或者一个“+”号,表明检测结果为阳性。
优缺点:抗原检测的速度通常比核酸检测快得多,结果可能在十几到三十分钟就能出来,操作也更简便。但它的灵敏度相对较低,对于病毒含量非常低的早期或晚期感染者,可能出现假阴性。

总的来说,无论是核酸检测还是抗原检测,都是通过不同的方式,来“捕捉”病毒留下的“痕迹”。核酸检测就像是仔细比对“指纹”和“DNA”,更精确;而抗原检测就像是直接“看长相”,速度快,但有时会看走眼。它们共同构成了我们对抗疫情的重要武器。

网友意见

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内容:核酸检测阳性不一定就是新冠病毒,试剂盒的原理是通过探针探测几个基因片段来进行判断。如果一个普通的冠状病毒恰好拥有这些片段,检测出来也可以呈阳性(新冠也不是天上掉下来的,它的父亲株,及从父亲株变异过去的其他兄弟姐妹株都可能与它很相似啊!)。所以,检测阳性仅能表示这个病毒拥有这几个片段,无法保证除了这几个片段之外,该病毒其他部分的组成和结构都符合COVID-19。基因只要有一点差异,性能就大不一样。比如猪的基因和人类符合率达90%,如果通过几个人猪共有的基因片段进行测试,阳性结果恐怕连人和猪都分不清。只有实验室进行全基因比对,才能达到100%准确。

根据中科院发布的恒河猴实验报告(可百度恒河猴实验)。认为一个人不可能会被COVID-19重复感染且猴子没用药可全部自愈。频繁的复阳现象说明,患者感染的是不同的毒株,只不过这些毒株都具备试剂盒所检测的那几个片段罢了。复阳现象的大量出现表明我们的试剂盒对COVID-19的针对性并不强,范围太宽泛。同时也会增加危重患者的死亡风险。假如一个重病人感染的其实是普通冠状病毒,但是检测出来阳性,医生被检测结果误导,治疗方案就有可能与病情不符,导致危重患者的死亡风险增加。

减少死亡人数的办法很简单,那就是对核酸阳性的危重患者,将他们的标本送往专业的实验室进行全基因比对,务必达到100%的准确。如果最终排除了COVID-19,医生对危重患者的临床判断和处方用药将会更准确。将核酸阳性的重病人进行更专业的二次筛查,必然会排除一部分病人,医生就会有更多的精力来救治真正的新冠危重者。死亡人数必然减少。其实,历史上是有先例的。2012年起源于沙特的中东呼吸综合征(MERS)就是只对危重患者进行专业高质量的核查,三年的时间,直到再也检测不到MERS毒株了(MERS毒株要么已经和宿主同归于尽了、要么已经被人体的免疫系统消灭了、要么屈从于人类的免疫系统变异了,三年后,MERS彻底消失。SERS是半年多就消失了。)三年的时间,MERS在全球总共确诊1100多例,死亡三百多人。所以,对于COVID-19阳性的危重病人进行二次严格筛查,就是部分借鉴了沙特对付MERS的经验。必然对遏制死亡人数有帮助。

对于普通试剂盒检测阳性者,应该告知患者:我们的试剂盒是通过一些片段来进行判断的,阳性表明你可能感染了新冠,也可能感染的是恰好拥有这些片段的普通病毒。只有这样如实告知患者,才是有良知的医生啊。(望有能力者将本文传给意大利,传给全世界,谢谢。)

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