病毒检测的科学

董扬

疾病的检测和甄别对于治疗至关重要，新冠肺炎导致的肺炎曾被当作普通流感治疗。病毒核酸检测是一种从基因水平进行筛查检测的方法，相较于血清学检测，有更高的特异性和灵敏性，它可检测出标本中极低含量的病毒，并大大缩短了病毒检测“窗口期”。

直到今天，我们对微生物的了解还是极其有限的。在微生物的世界中，我们有如懵懂的孩童在管中窥豹，所看到的只是冰山一角。在17世纪显微镜逐渐成形后，人类终于可以看到微生物了，但是对于致病微生物的发现，一直以来都困难重重。

在人体中，天然存在大量的微生物，其中以肠道中的微生物数量最多，种群最为丰富。我们的皮肤、汗液，甚至健康人的尿液中都有微生物天然存在，这些微生物大多数都是益生菌，和我们的身体和谐相处，甚至为我们提供很多帮助。

古希腊医学认为，人体是由四种体液构成，即血液、黏液、黄胆汁和黑胆汁，这四种体液对应到四种元素、四种气质，并认为四种体液在人体内失去平衡就会造成疾病，又称为四体液学说、四体液说，这一观点主导了欧洲长达2200年。现代医学发端以来，欧洲的医学一直围绕着四种液体进行。

所以，显微镜发明以后，医生们也自然而然地将目光锁定在血液上，并很快意识到，正常人的血液是无菌的。通过用显微镜检测血液中是否有微生物，人类发现了败血症的原因;通过检测体液，人类发现了霍乱的致病菌。很长一段时间，我们的病原微生物发现都采取“观察看见—分类培养—接种动物试验确认”的方式来进行。一路下来，成果也着实惊人。

现代传染病研究是建立在病原微生物的发现基础上的，快速鉴别病原，甚至是一些很难分离和培养的病原微生物，能在不需要培养的情况下就精确鉴定，是每一个传染病研究和治疗中最关键的技术。

1953年，DNA双螺旋结构被揭示，核酸是生命的基础这样的观点开启了新的时代，人们设想对于病原微生物检测，只需要确定病原体的核酸序列，就可以知道是否有病原体是生命病原体。可是要实现核酸的检测却非常困难，一个成年人的细胞中，也仅有3皮克DNA（1皮克为万亿分之一克），必须要通过实验方法放大检测。

聚合酶链式反应（PCR）技术申请专利后，人们开始在试管里大量复制任何DNA片段，从此使得人类在体外检测病原体的DNA变成了现实。

1963年，埃德尔曼（Edelman）与罗德尼·罗伯特·波特（Rodney Robert Porter）结合两人多年的研究结果，提出了比较成熟的抗体分子模型。1975年，英国科学家米尔斯坦（Milstein）和法国科学家科勒（Kohler）发明了单克隆抗体制备技术。1976年，日本科学家利根川进和同事发现人体中可以通过基因重排，产生数百亿种不同的抗体，很好地解释了抗体可以特异识别抗原的原理。这样人们就可以大量获得特异性很高、纯度很高的抗体，并且利用这些抗体的特异性实现对病原微生物的检测，而且这种“抗原—抗体”反应非常迅速，并且可以实现化学试剂和抗体结合，让检测结果通过颜色反应肉眼可见，于是，就有了我们熟知的检测试纸条。

病毒没有自己的代谢机构，也没有酶系统，因此病毒离开了宿主细胞，就成了没有任何生命活动、也不能独立自我繁殖的化学物质。但一旦进入宿主细胞后，它就可以利用细胞中的物质和能量拥有复制、转录和转译的能力，按照它自己的核酸所包含的遗传信息，产生和它一样的新一代病毒。

病毒比细菌小很多，又是寄生在细胞内，致病病毒的检测要远比致病细菌检测难很多，病毒的培养也远远比细菌培养难，如果依靠传统的检测方法，我们依然很难发现并追踪病毒，这个人类杀手将变得更加肆无忌惮。

幸好有了歷代科学家的积累和发现，人类掌握了核酸检测技术和抗体检测技术。以本次新型冠状病毒检测为案例，目前我们可以用的成熟的检测试剂盒有两种：

基于荧光定量PCR检测技术的试剂盒，如华大基因捐赠的试剂盒等，这些试剂盒是目前主流的检测试剂盒。由于冠状病毒无论是寄生状态还是游离状态，它都需要有遗传物质，也就是它自己的RNA，RNA可以通过反转录酶变成DNA，之后再通过聚合酶链式反应（PCR）实现指数级的信号扩增放大，在扩展放大过程中，加入荧光基团结合在扩展产物上，检测的时候用仪器读取荧光值，不但可以实现定性检测，判断病毒有无，还可以实现初步的定量检测，判断病毒数量多少。这种检测方法非常精准，特异性和灵敏度都非常高。

基于抗体检测技术，这类检测试剂盒一般被制备成为试纸条，试纸条上化学修饰过的针对新型冠状病毒抗体，在遇到待检测体液中的病毒，会快速发生“抗原—抗体”反应，出现不同的颜色，整个检测时间可以控制在15分钟内，结果肉眼可视，这种检测可以实现即时检测（POCT），但是准确性略差，特别是在病毒潜伏期，病毒浓度和数量都较少的时候，容易漏筛。

1月6日完成病毒测序后，新型冠状病毒的检测发生了转折性的变化。通过测序技术所获得病毒的基因组信息，同时分离病毒，现代的检测技术让病毒一旦被锁定就无处可遁。华大基因的创始人汪建老师提出，“建设万人级别的检测中心”是对目前检测的最好解决方法，集中检测不但效率更高，还可避免病毒在检测环节的二次传染。

◎ 来源|科技日报（有删减）