[转载] 核酸检测是怎么发现新冠病毒的？是什么原理？

这段时间，我们常能听到一个词：核酸检测。

现在已经众所周知，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。
核酸检测是怎么发现病毒的？这种黑科技是怎么让看不见的病毒“显形”的？

首先认识一下，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）

*图为冠状病毒。它的外层是包膜和蛋白质，里面是它的遗传物质RNA。

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。

实时荧光RT-PCR检测是如何让病毒“显形”的？

首先要采集样本。由于新冠病毒是通过呼吸道感染人体，所以样本要从呼吸道采集。目前常规的样本类型大致有2类：一类是用咽拭子、鼻拭子在人的上呼吸道（咽部或鼻腔）擦拭采集；另一类是收集下呼吸道痰液、支气管灌洗液、肺泡灌洗液等。

采集到的样本将被严格封存，送到实验室。那里是检测员让病毒“现形”的战场。

什么是实时荧光RT-PCR？

为了避免晦涩难懂，此处略去几百个火星文。

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。

*提取病毒核算必须在高级别的生物安全柜内完成。

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。

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。
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。

*图中左边白色的仪器叫QPCR仪。上面说到的转录、扩增、检测都是在这台QPCR仪上完成。电脑上显示的红线，我们也可以理解为Ct值的曲线。

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。
现在明白什么是实时荧光RT-PCR了吗？

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。

真正的病毒核酸检测过程极为严格，需要全程严格消毒，且工作人员全程三级防护（穿防护服，戴N95口罩、护目镜、双层手套、脚套）。
因为这是在与病毒打交道。从采集样本到检测，每一个步骤都凶险万分，一不小心就有被病毒感染的可能。
所以这里也想额外说一句：我们感恩战斗在抗疫灭毒一线医生和护士，但也要记住这样一群人：他们不接触患者，却每天都在实验室里与病毒零距离打交道；他们看似不在一线，实则处在超一线！