病毒的构成只有一个蛋白质外壳内部包裹着DNA或RNA形成的一段序列,简约的结构却并不简单。病毒是一种靠寄生在细胞内部才能存活和复制的微生物,病毒毕生的故事就像一部情节老套的连续剧,从寻找宿主开始、到入侵宿主和自我复制、宿主破裂病毒释放,到寻找下一任宿主,周而复始。病毒对宿主的选择还特别的挑剔,一般来说一种病毒只会寄生在一种或几种特定细胞内。
由于病毒入侵感染的细胞不同,因此进行病毒检测时样本取材的部位也不尽相同。例如乙肝病毒只寄生在肝脏细胞内,流感病毒只寄生在呼吸道的细胞内。而这次引起**范围内流行的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)就大量存在下呼吸道粘膜和肺泡组织液中,对于感染初期的患者来说,如果仅从血液样本中是很难捕捉到新型冠状病毒的踪迹。
对于人体来说,病毒是一个外来的“入侵者”,当病毒从破损的皮肤、粘膜、呼吸道、消化道等处入侵后,人体会产生一系列应激性的反应。病毒感染早期症状通常不是很明显,随着病毒不断复制,数目显著增加,会引起红肿、溃疡等局部炎症,随着病毒进一步增多,人体会通过咳嗽、腹泻、发热等向外排出病毒,抑制病毒复制,并激活体内*反应,对入侵的病毒进行全面灭杀。
那么如何才能对病毒进行有效的快速检测呢?与细菌和寄生虫等不同,由于病毒颗粒小,很难通过光学显微镜直接观察,病毒载量高(通常大于107个)时通过组织切片样本进行负染增强后,可使用电子显微镜观测,但是通常到了这个时候,病人的“含毒量”也已经很大了。现在更常用的病毒检测从方法学上主要分为核酸测定和*测定两大类。
在病毒感染早期,病毒数量很少,对于已知的病毒种类,核酸测定可以捕获到病毒核酸特定的序列,从而抓住病毒入侵的“蛛丝马迹”。但核酸检测本身有很多步骤,从制备样本开始,鼻拭子、咽拭子等样本比血液样本中含有更多杂质,成分也更加复杂,这些成分很多会抑制核酸检测试剂,降低检出率。因此需要去除杂质,将病毒的序列纯化提取。核酸样本储存和运输也是非常重要的环节,比如新冠病毒是RNA病毒,而RNA不稳定,非常容易降解,因此存储条件至关重要。这些步骤中出现任何一个问题都可能导致病毒核酸无法检出。
*测定是一种间接检测方法,主要是寻找针对该病毒的特异性抗体,以检测抗体来代替直接检测病毒。举例来说,如果有人感染了麻疹病毒,且没有接种过疫苗,那么身体里就会产生针对麻疹病毒的抗体。同样,假设被新冠病毒感染,我们的身体也会产生针对新冠病毒的抗体。IgM是初次体液*应答中较早出现的抗体,是机体抗感染的“先头*”,在感染的初期起作用但维持时间短、消失快。一般在感染新冠肺炎后的7天,发病3天左右,血液中就会产生特异性IgM抗体。将IgM抗体检测和核酸检测互相印证,就可以较大提高新冠肺炎的诊断率。而IgG抗体则产生较晚,但维持时间长、消失慢、浓度高,可作为远期感染的指标。并且对于病毒**和疫苗研发的意义也非常重大。通过对恢复期患者血清中抗体提取和纯化,可以有望寻找到对病毒有明显抑制作用的“中和抗体”,这可以快速应用的临床危重症患者的**,也可以用于预防性疫苗的研发。
无论是核酸检测,还是抗体检测,都是“有的放矢”,对已知病毒进行检测。而高通量测序在病毒检测,尤其在新病毒发现和鉴定中发挥着大作用。对于未知病毒鉴定来说,首先需要完成病毒的分离和纯化,通过对未知病毒核酸序列进行测序和鉴定。通过对临床病毒基因组进行连续分析,就可以跟踪病毒随时间的突变,这对揭示病毒在时空中传播的偏好和特点,实时监控病毒在易感人群中的传播更为重要,也可以为公共卫生干预手段提供信息,让我们更好地知道病毒如何变异,如何传播,从而让我们更好地预测未来,并希望能预防病毒的进一步传播。
传统的检测方法是在实验室中对病毒标本进行核酸扩增、凝胶电泳、*荧光标记等分析,随着检测技术的不断发展,新的病毒检测技术在灵敏度和准确性方面进行了很大提升。例如数字PCR、杂交捕获*荧光、胶体金*分析、CRISPR(规律间隔成簇短回文重复序列)基因编辑技术、下一代测序等新技术不断发展。
快速、准确是检测中较重要的两个指标。目前发展前景较好的,是可便携式的快速检测技术,可以将病毒快速检测部署到医院甚至社区中。一体式的仪器可以在全封闭检测芯片完成核酸提取及检测,可适用于急诊、ICU、救护车、社区、家庭、火车站等环境下快速识别感染人群,这为病毒防控提供了更有力的武器。
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