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纤维光学光导
核酸检测为什么可以发现新型冠状病毒?

April 14,2020.


这段时间,我们会经常听到:核酸检测。


现已众所周知,核酸检测在新冠病毒感染的诊断中发挥着关键作用。在医院,核酸检测是诊断新冠病毒感染的金标准。而在医院之外,核酸检测还可以用来做大范围的筛查,尽可能找出还在潜伏期的无症状感染者。尤其当下复工在即,筛查可以大大降低办公室传染的风险。

可你们知道核酸检测是怎么发现病毒的吗?这种黑科技是怎么让看不见的病毒“显形”的?

什么是核酸?

核酸是地球上所有已知的生命体必不可少的一种组成物质。它主要分为两种:脱氧核糖核酸、核糖核酸。

脱氧核糖核酸,其实就是我们常说的DNA,地球上几乎所有生物的遗传物质。而许多冠状病毒的遗传物质,则是RNA,也就是核糖核酸。

所以病毒核酸检测,其实就是对病毒的遗传物质RNA进行检测。

而针对病毒RNA进行检测的技术,还可以分两种:一种是实时荧光RT-PCR,一种是病原宏基因组测序(mNGS)

它们都是用于诊断新冠病毒感染的方法。但核酸检测因为速度快(4~6小时)而应用更多,而基因测序比较慢(24~72小时),所以用的比较少。

一般对于高度疑似新冠病毒感染、但核酸检测是阴性的病人,会利用基因测序技术进一步确认。

什么是实时荧光RT-PCR?

所谓RT-PCR 就是将RNA的反转录(RT)和cDNA的扩增(PCR)相结合的技术。

① 提取病毒的RNA

先从样本中提取出病毒的RNA。具体来说,就是在样本中加入核酸提取试剂,把病毒破坏,让核酸释放出来。

② 把病毒RNA“反转录”成cDNA

通过反转录技术(RT),把病毒的RNA“反转”成一种特异DNA,即cDNA(因为病毒RNA结构不稳定,所以把病毒RNA转换成稳定的cDNA会更方便检测)

这里会用到核酸检测试剂盒中一种叫“反转录酶”的物质。而完成转录后,所有工作都将围绕cDNA展开。

③ 进行cDNA的扩增与检测

简单说就是扩增cDNA的数量。这里应用的就是PCR,全称聚合酶链式反应。具体来说,就是借助试剂盒中一些特殊物质,让cDNA不断复制,使其数量呈指数式增长。

当cDNA扩增的同时,试剂盒中还有一种叫荧光探针的东西同时工作。它会释放荧光信号,cDNA每完成一次扩增,荧光信号就会增加一点,而PCR检测仪就能记录到一个荧光信号增加的Ct值。

④ 出结果

这一步就是根据检测仪记录的Ct值,进行检测结果分析。

理想状态下,如果样本中有新冠病毒,那么在cDNA完成预订次数的扩增后,检测仪记录的Ct值就会形成一个逐渐上升的S形曲线,检测结果为阳性;如果没有类似的S型曲线,检测结果就为阴性。

做完以上所有工作,通常需要4~6小时。

基因测序技术是怎样测出病毒的?


病原宏基因组测序(mNGS),是针对病原微生物(细菌、真菌、病毒和寄生虫等)使用的基因测序技术。它的原理就比较简单了。

首先,我们要掌握病毒的基因序列。(中国科学家在发现新冠病毒后5天就鉴定分析出了它的基因组序列,此处应有掌声!)

然后是检测。在实验室里,技术人员利用基因测序仪器,针对样本中提取的病毒RNA或总核酸进行检测。当样本中检测出的病毒基因序列,与已知的新冠病毒基因序列高度同源,就可以确诊感染。

基因测序是一个更加复杂且耗时的过程,可以简单归纳为以下7个步骤:

①采集样本:与前面介绍一致

②从样本中提取出病毒RNA:与前面介绍一致

③把病毒RNA反转录为cDNA:为了便于检测,测序也需要进行反转录。

④文库构建:翻译过来,就是把完整的DNA链条打碎成片段,接着给DNA片段末端修复,然后给DNA片段加上独有的样本编码(用于识别这个样本是谁的),并把DNA片段用一个接头固定起来,方便测序……

⑤高通量测序:通过高通量测序仪,把文库的核酸序列检测出来。

⑥生物信息分析:把测出的DNA序列与已有的数据库进行比对。

⑦出具检测报告

这样一套完整的病毒基因测序流程,加上出结果,通常需要24~72小时。

基因测序还有个特异功能:如果病人同时感染了多种病毒,基因测序也能够发现。


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