醫(yī)生在采樣。新華社發(fā)

醫(yī)護人員在工作。新華社發(fā)

　　新型冠狀病毒（2019-nCoV）引發(fā)的疫情引起了全國乃至全世界人民的關(guān)注。其中，有一個問題引發(fā)了廣泛討論：為什么確診人數(shù)在2020年1月18日之后出現(xiàn)了爆發(fā)性增長？中國為什么能快速檢測新冠病毒？

　　作為生物檢測技術(shù)的研究者，筆者希望借此機會跟大家探討一下，如何診斷一個新發(fā)病原體，如何快速檢測新冠病毒。

核酸檢測需要多久

　　1月9日，本次不明原因的病毒性肺炎病例的病原體初步判定為“新型冠狀病毒”，能否快速，準確地檢測到它，成為防控的關(guān)鍵。

　　在特異性的診斷方法出現(xiàn)之前，只能根據(jù)患者體征找到一些疑似病例。很不幸的是，這次的新型冠狀病毒肺炎癥狀上特異性不強。與SARS相比，此次肺炎起病并不很急，有些患者甚至沒有出現(xiàn)高燒。在這個流感橫行的季節(jié)，單靠病人體征這種太過粗糙的方法區(qū)分新型冠狀病毒感染者是非常困難的事。

　　1月16日，首批針對新型冠狀病毒生產(chǎn)的PCR試劑盒下發(fā)到各省級疾控中心，這是近幾日出現(xiàn)確診病例數(shù)量快速增長的直接原因。

　　冠狀病毒檢測PCR試劑盒的工作原理大致是：通過提取病人樣本中的RNA，進行反轉(zhuǎn)錄·聚合酶鏈反應(yīng)（RT-PCR），通過擴增反應(yīng)將樣本中微量的病毒信息加以放大，最后以熒光的方式讀取信號。如果PCR之后信號為陽性，那么就可以說樣本中存在病毒（已經(jīng)感染），反之則說明沒有感染。

一次檢測需要多長時間

　　初期大約需要16小時（本文數(shù)據(jù)根據(jù)常規(guī)的實驗室操作時間推測，不代表實際用時）。

　　引發(fā)本次肺炎的新型冠狀病毒，和它的近親SARS，MERS一樣，遺傳信息都是由單鏈RNA構(gòu)成。想要完成對它的檢測，至少需要經(jīng)過提取病毒RNA，和逆轉(zhuǎn)錄PCR（RT-PCR）兩步。提取病毒RNA本身也包含裂解樣本，提純RNA等多個工序，需要花費數(shù)小時。而RT-PCR，一般來說也需要至少三四個小時才能完成。整套工序流水線操作的話，總共大概需要一個工作日，即6-8小時左右，檢測結(jié)果都需要經(jīng)過復(fù)核，重復(fù)實驗則需要花費雙倍的時間。

　　這樣算下來，從1月16日湖北省收到國家疾控中心下發(fā)的試劑盒到1月18日通報第一批檢測結(jié)果，負責檢測病毒的工作部門可以說是馬不停蹄了。在此基礎(chǔ)上，目前有機構(gòu)開發(fā)出了簡化版的試劑盒，可將單次檢測的時間縮短到約3小時。

怎么研發(fā)生產(chǎn)試劑盒

　　有的朋友可能還有疑問，從發(fā)現(xiàn)第一例患者到試劑盒下發(fā)，中間經(jīng)過了一個月左右，研發(fā)生產(chǎn)試劑盒為什么需要這么久？

　　其實，已經(jīng)很快了，我們來捋一捋試劑盒的開發(fā)流程：

　　病原分離和排查：此次導(dǎo)致疫情的病原是一種全新的冠狀病毒。在確認這是一種從沒有見過的病原之前，需要排除掉所有已知病原：包括各類流感病毒（甲型流感、禽流感等），容易導(dǎo)致普通感冒的腺病毒，鼻病毒和已知能導(dǎo)致肺炎的冠狀病毒（SARS、MERS），衣原體，支原體等等。

　　設(shè)計引物：這是非常關(guān)鍵的一步，只有設(shè)計出適當?shù)囊铮拍苓M行病毒檢測的PCR反應(yīng)?？茖W(xué)家需要對這個新找到的病毒進行全基因組測序和生物信息學(xué)分析，設(shè)計引物（就是一段DNA序列），驗證它的特異性，敏感性，確保它只能識別新型冠狀病毒基因。

　　工業(yè)化生產(chǎn)：可以說，除了引物，所有病毒核酸檢測試劑盒中的其他組分都是一樣的，所以大量合成適當?shù)囊锞褪枪I(yè)化生產(chǎn)試劑盒的關(guān)鍵。

　　病原分離和排查需要花費至少一周的時間，測序和生物信息學(xué)分析也需要三天左右。探針設(shè)計與特異性檢查又需要兩三天。也就是說，在一切都非常順利的情況下，也需要將近兩周的時間才能把設(shè)計好的引物投入工業(yè)化生產(chǎn)。目前，我國工業(yè)化DNA合成技術(shù)已經(jīng)推廣得非常普遍，一兩天的時間足可以生產(chǎn)出大量的產(chǎn)品（有些小劑量定制產(chǎn)品甚至可以當日送達）。綜合各方面信息來看，這次疫情，我國最起碼在檢測手段的開發(fā)上做到了近乎完美的快速響應(yīng)。

除了核酸檢測，蛋白檢測也在路上

　　除了目前衛(wèi)生系統(tǒng)所采用的核酸檢測方法以外，基于病毒蛋白的檢測技術(shù)也可以在病原的快速檢測上起到很大作用。

　　在DNA/RNA攜帶的遺傳信息之外，病毒的蛋白外殼同樣也攜帶了大量涉及病毒結(jié)構(gòu)與致病機理的信息，同樣可以確定病人是否感染了病毒，以及是否對病毒有免疫能力。

　　核酸檢測依賴的是引物，病毒蛋白的檢測主要依賴抗體。只要找到了親和力足夠高，特異性足夠好的抗體，就可以省去提取病毒RNA的繁瑣步驟，直接用發(fā)病期患者的血清或痰液進行蛋白免疫分析（一般是酶聯(lián)免疫吸附分析，ELISA），在3-5小時內(nèi)得到結(jié)果。如果采用基于微流控平臺的新一代免疫反應(yīng)器，甚至可以在保證檢測靈敏度的情況下，把總檢測時間縮短到30分鐘之內(nèi)，真正做到即時診斷。說一句題外話，筆者長期致力于新型微流生物傳感器的開發(fā)，衷心希望這類新技術(shù)能在此次疫情中能起到應(yīng)有的作用，造福于國家和人民。

　　基于蛋白的病毒檢測開發(fā)難點在于抗體篩選生產(chǎn)。實驗用抗體的生產(chǎn)高度依賴動物（一般由鼠、兔、羊等動物生產(chǎn)）。注射抗原后數(shù)日，還需要對動物的免疫細胞進行篩查，找到能用來生產(chǎn)高特異性抗體的淋巴細胞，對其進行擴增。即便是全速開動，也需要2-3周的時間才能得到初步可用的單克隆抗體。相比基于RNA的PCR試劑盒，蛋白檢測試劑盒所需的開發(fā)時間要更長，生產(chǎn)成本要更高。

　　在2003年的非典疫情中，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院，中科院北京基因組所，華大基因等單位都開發(fā)出了可以檢測SARS病毒本身，或患者對病毒免疫反應(yīng)的ELISA試劑盒。從這次疫情的反應(yīng)速度上看，預(yù)計近期第一批針對新型冠狀病毒的蛋白檢測試劑盒就將出爐，希望它們能對新型冠狀病毒肺炎的診斷起到較大的積極作用。

　?。ㄗ髡撸鹤T璞，單位：密歇根大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系）