钟南山院士指导研发快速检测试剂盒,病毒快速检测技术了解一下

据央视新闻消息,2月14日,呼吸疾病国家重点实验室对外透露,近日,在钟南山院士的指导下,实验室联合多家研究机构,最新研发出新型冠状病毒IgM抗体快速检测试剂盒,并已在实验室和临床完成初步评价。

据介绍,仅需采取一滴血就可在15分钟内肉眼观察获得检测结果,且患者的血浆稀释500至1000倍后,仍能检测出阳性条带。通过对部分临床已确诊为新型冠状病毒感染阳性(但PCR核酸检测阴性的)患者血样进行复检,该试剂盒能检出相当部分(IgM)阳性,提示可与核酸检测形成互补。

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目前该试剂盒(科研用)样品已大批送至湖北省武汉市、黄冈市、大冶市等地基层卫生机构等,与核酸检测等技术联合用于检测新型冠状病毒感染的测试评估。

病毒快速检测技术的价值

从公布的信息看,IgM抗体快速检测试剂盒采用了一种病毒快速检测技术。很多人可能不明白这种病毒快速检测技术的具体好处,简单说就是便携性突出,可以配备到基层卫生机构,相当于延伸了对抗疫情的前线。其次就是它的高效率,15分钟出检测结果,对遏制新冠病毒传播有重要意义。我们都知道,被新冠状病毒感染后,患者的早期临床症状与普通感冒比较相似,仅凭临床症状表现,难以及时、准确地发现和诊断,如果对患者处理不当,既影响救治,又可能导致病毒迅速传播。

实际上,在人类和疫病的对抗中,尤其面对烈性传染病时,确诊病例比治疗更为重要,因为早发现就可以及时控制疫病流行。在这方面,病毒的快速检测技术发挥了重要作用,相当于让人类跑在病毒传播的前面。

正因为如此,病毒快速检测技术近年来发展相当迅速,检测方法和手段丰富多样,大体可以分为核酸检测技术和蛋白质检测技术。

核酸检测技术

核酸检测技术主要有实时聚合酶链反应(简称RT—PCR)、重组聚合酶扩增技术(简称RPA)和基因芯片技术。其中RT—PCR是一种经典的检测方法 ,从建立到现在都是一种重要的核酸检测方法,目前人6种冠状病毒都建立了相应的RT—PCR 检测方法。但这种检测方法对操作要求较高,不适合基层卫生院,同时由于新冠病毒变异性强,导致检测结果可能会出现假阳性或假阴性。

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相比之下,正在发展的重组聚合酶扩增技术(RPA)有可能取代PCR技术。重组聚合酶扩增技术(RPA)的最大特点是降低了操作难度、简化了操作步骤,而且结果可以通过核酸电泳、试纸条乃至荧光定量检测,能满足现场检测要求,适合海关、机场等检验检疫。不过,短板也很明显,就是检测稳定性不佳,而且引物和荧光探针设计比较困难。

基因芯片

基因芯片技术是核酸检测技术中最值得细说的一种快速检测技术,它最大的特点是可以高通量、大量样品快速检测,而且适用于未知病毒的检测。基因芯片虽然名称里有“芯片”两字,但和我们熟知的电脑芯片不同,它利用核酸分子杂交配对的特性,用核酸探针(probe)高效解读和分析DNA样品的序列。

核酸探针是生物传感器的一种,高度集成化是它和电脑芯片相似的地方,不过它集成的不是半导体晶体管,而是成千上万成网状排列的基因探针。简单说,基因探针实际是一段已知序列的核苷酸,它利用核酸杂交分子配对的特性(腺嘌呤与胸腺嘧啶连在一起形成两氢键,鸟嘌呤与胞嘧啶连在一起形成三氢键),可以与互补的核苷酸结合,从而测定待测的DNA序列(见下图)。

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基因芯片技术用于病毒检测已经有了许多成功案例,KATOSKI等成功开发出的一种病毒检测基因芯片,能对包括埃博拉5种亚型在内的共199种病毒进行检测、分型和鉴定,特别适用于多种病毒存在的复杂状况下的检测甄别。不过,尽管基因芯片技术在上世纪80年代被提出来,并在1998年被美国科学促进会列为年度自然科学十大进展之一,但基因芯片技术目前用于病毒快速检测还不够成熟,使用成本高,多种探针的最佳条件也不一致。

蛋白质芯片

除核酸快速检测技术外,目前应用前景较为广阔的还有蛋白质检测技术中的蛋白质芯片技术。

由于人体遭受病毒入侵后,体内的病毒抗原会急剧增加,同时人体免疫系统会产生大量抗体反击,蛋白质芯片技术就是利用抗体和抗原结合原理,快速检测病毒的一种方法,其突出特点是可以通过荧光信号检测,由于高通量且适用大样品特点,可以用在出入境检查和人群筛检。

目前,蛋白质芯片技术已有不少成功案例。2014年, ZHIRNOV等研发出的蛋白质芯片,可以检测西非流行的埃博拉、拉沙热病毒、马尔堡病毒的RNA聚合酶,以应对西非未来可能出现的疫情。

此外,国外有机构已经研发出可直接用于血清样品检测的蛋白质芯片,而且无需标记物。在模拟实验中,该芯片成功检测了稀释在血清中浓度低至 100 PFU/mL的某种埃博拉病毒重组蛋白,检测时间不到30分钟,证明了蛋白质芯片技术用于检测病毒时,具有快速、准确、简便的优点。

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由此推测,钟南山院士指导研发出的新型冠状病毒IgM抗体快速检测试剂盒,应用的可能就是一种新开发的蛋白质芯片技术。

目前,蛋白质芯片技术用于病毒快速检测的最大短板在于价格昂贵,待到这一技术成熟并大规模制备时,成本将会大幅下降,可望应用到机场、地铁等人流密集场所,高效率筛检发现病例,有效控制疫情。

可以肯定的是,随着技术的发展,发现病毒、对抗病毒的方法会越来越多,人类也将不断降低疫病的危害。

主要参考资料:

《人冠状病毒核酸检测方法的进展》,作者/牛培华 王延群 谭文杰

《埃博拉病毒快速检测技术研究进展》,作者/李以圣 万成松

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