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简便、快捷、廉价的新冠病毒检测方法

已有 1274 次阅读 2020-8-8 15:12 |个人分类:科学普及|系统分类:科普集锦| 新冠病毒, 检测, RNA, PCR, 抗原

简便、快捷、廉价的新冠病毒检测方法:

美国当前急需尽快推广。

截至8月7日SARS-CoV-2(新冠病毒)在全球已经感染了1,935万人,并造成71.7万人死亡。其中美国累计感染509人,死亡16.4人,是疫情最严重的国家。快速遏制新冠病毒传播的最现实的方法是,及时(最好是每天)识别和隔离具有传染性的个人。目前这一过程因繁琐的采样和检测程序以及漫长结果报告时间而导致实际上收效甚微

诊断新冠病毒感染的主要检测方法是一种高度敏感试验:实时定量逆转录-聚合酶链反应(qRT-PCR)为了进行新冠病毒 qRT-PCR检测,需要对粘液样本进行病毒颗粒灭活并提取病毒RNA。RNA逆转录步骤被转化为DNA,然后聚合酶链反应PCR指数方式快速扩增。为了进行扩增,一小段DNA(引物)结合到新冠病毒 DNA中的一个互补的目标序列上,而另一段DNA(探针)连接到引物结合位点下游的序列上。引物的结合启动了目标DNA的扩增:在一种名为聚合酶polymeraseDNA的作用下向探针方向拷贝DNA。一旦聚合酶到达探针,它就会裂解探针,从而激活附着在探针上的荧光标记。使用这种荧光探针可以实时定量地监测荧光信号,而不只是检测积累的最终产品。

虽然qRT-PCR检测非常敏感,但也存在诸多局限性。它需要昂贵的实验室仪器和训练有素的技术人员,每次测试的成本估计约为100美元,这意味着大多数人可能只做一次测试。目前的检测能力有限,结果往往需要几天或几周才能回复结果,这意味着在此期间,不知道自己已感染的人可能会传播病毒。qRT-PCR的高灵敏度也可能是一个缺点而不是优势,因为该测试经常能检测到RNA小片段并非来自完整的病毒颗粒,因此不代表可传播病毒。这种RNA片段可以在人体内存留数周或数月。

如图1所示,感染新冠病毒通常会导致病毒复制的初始水平很高,在几天内达到顶峰并开始下降。症状通常在高峰出现之前不会出现,而且,由于大多数人在出现症状之前不会进行检测,到检测时他们很可能已经处于病毒复制的下行斜坡上,在检测时不再具有传染性。与此同时,他们已经在不知情的情况下将病毒传染给他人好几天了。显然,这些人在高传染性期间本来更需要被识别和隔离。

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图1. 新冠病毒感染时间与检测到的病毒RNA含量的关系

6月27日,哈佛大学流行病学家Michael Mina预印本杂志medRxiv》上发表了一篇论文,评估了当前新冠病毒监测措施在减少传播方面的有效性,同时考虑到检测频率和结果报告的延迟。Mina和合著者得出的结论是,使用qRT-PCR等超敏感检测次数有限的检测常常导致对不再具有传染性的个体进行不必要的隔离。特别值得注意的是,它还导致处于感染初期、因此具有高度传染性的未发病或无症状个体被遗漏,使他们能够照常生活并感染他人。

在预印本出版几天后的7月3日Mina在《纽约时报》上与人合写了一篇表达观点文章,题目是《A Cheap, Simple Way to Control the Coronavirus一种廉价、简单的控制冠状病毒的方法)在文中他讨论了广泛使用快速的家庭诊断测试来控制新冠病毒大流行的可能性。通过易于使用的测试,每个人都可以每天检查自己。

这种诊断测试的一个例子是侧流装置lateral flow device,它是一种类似于妊娠测试的纸条条带的一端有一个样本垫,其中含有识别新冠病毒抗原的抗体。将样品垫部分的试纸浸入唾液样本中,并允许唾液浸湿试纸。如唾液中存在新冠病毒抗原,检测的结果显示除了控制线还会有测试线出现,而阴性结果只会显示控制线(图2)。每次测试需时10 - 15分钟,费用约为1 - 2美元,不需要任何额外的设备。阳性结果表明需要自我隔离并咨询医生确认检测结果。

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2. 检测新冠病毒抗原的试纸条,上条结果为阳性,下条结果为阴性。

 

虽然此类快速检测的灵敏度只有qRT-PCR检测的一半左右,但实际传播窗口,来自病人的唾液样品中病毒水平非常高,这些灵敏度稍逊的检测方法足以发现病毒抗原的存在。高灵敏度的qRT-PCR检测在患者不再传播病毒数周后仍可检测病毒RNA,这与检疫/隔离目的无关,也无助于遏制传播。一种不那么敏感的、每天都做并且能立即得到结果的测试将会更有价值,因为它能识别出实际上具有传染性的个体。这也将减对昂贵的接触者追踪措施的需要,因为大多数感染者将了解自己的状况,并在传播期间保持隔离。

在美国,类似的快速新冠病毒诊断测试有多种已研究成功,希望能得到媒体足够的关注一旦纸条的功效得到了明确的证明,它们也得到了FDA(食品和药物管理局)的批准FDA、CDC和NIH将认识到这些测试的价值,并将它们广泛地提供给公众。在美国,国会可以迅速授权生产并免费向所有美国人分发。这可能是近期重开学校和工作场所以及重建经济的最终解决方案。此类诊断检测试剂的推广也将有助于全球迅速控制和结束这场可怕的瘟疫。

参考文献:

1. Test sensitivity is secondary to frequency and turnaround time for COVID-19 surveillancemedRxivPosted June 27, 2020.

doi: https://doi.org/10.1101/2020.06.22.20136309 

2. https://www.virology.ws/2020/08/06/how-to-end-this-pandemic/



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1 尤明庆

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