本文主要是介绍如何科学检测新型冠状病毒?,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
在全国的这场战疫中,我们每个人都密切关注着每时每刻的疫情动态,尤其是物质供应和新型冠状病毒的确诊情况。其中,作为检测新冠病毒的主力,核酸检测试剂盒常常出现在大家的视野中,那么它是怎么检测疑似患者携带有新型冠状病毒?
知己知彼
在识别新型冠状病毒之前我们先了解一下它:
这种病毒是一类具有包膜、基因组为线性单股正链的RNA病毒,颗粒呈圆形或椭圆形,直径约60-140nm。
需要注意的是,上面的病毒照片是使用电镜放大到纳米级拍摄的,也就是说通过一般的检测手段,几乎察觉不到它的存在。这种病毒感染人体后,其症状会从普通感冒到重症肺部感染,而且潜伏期长,会使病毒携带者在不经意间感染更多的人。因此,尽早检测出它的存在,来减少病毒携带者感染他人风险,使新冠状病毒患者得到及时的专业治疗就成为重中之重。
根据国家卫健委发布的《新型冠状病毒感染的肺炎诊 疗方案(试行第四版)》确诊病例需要有以下的病原学证据:
1.呼吸道标本或血液标本等 实时荧光RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性;
2.呼吸道标本或血液标本等病毒基因测序,与已知的新型冠状病毒高度同源。
目前,大部分的核酸试剂盒使用第一种方法,实时荧光 RT-PCR 来鉴定新型冠状病毒,这种技术的大概流程:
- 获取疑似患者的样本,提取样本的核酸序列。
- 将这些核酸序列(其中有可能包含有病毒核酸序列)与反应原料混合
- 在反应容器中进行扩增反应(这种反应可以只扩大病毒核酸序列的数量),便于后续检测
- 扩增后的核酸序列是带有荧光的,如果检测到荧光信号曲线符合病毒特征,那么就认为该疑似患者为阳性。
- 在实际过程中,对一位患者会进行多次检测
需要的材料:核酸试剂盒,QPCR仪,电脑,样本等
下面,我们详细了解这种技术是怎么揪出新型冠状病毒的。
如何放大病毒信号
我们都知道作为核酸序列的DNA可以复制自身,这个过程如下:
- DNA先打开双链,暴露出模板
- 引物(左右两个DNA片段)会特异性的结合到模板上
- DNA聚合酶(黄色的几何体)就可以利用碱基(彩色的小圆点)从引物开始复制,这个过程也叫扩增
- 只要这个反应有足够原料,新合成的DNA链又会作为模板链开始新的合成
- 最终,开始的序列会被以呈指数级的增加。利用这个特性,可以放大样品中微弱的病毒序列信号
实际上,早在上个世纪,一位叫穆利斯(Kary Banks Mullis)的牛人在体外实现了DNA复制过程。该技术被命名为聚合酶链式反应(PCR),因这个伟大的发明他在1993年获得了诺贝尔化学奖。
但是,需要注意的是2019新型冠状病毒是一种RNA病毒,PCR是针对DNA复制来设计的。
因此,我们需要将RNA逆转录为cDNA,然后进行DNA复制的过程,这个技术也叫RT-PCR(逆转录-PCR)。
如何只放大新型冠状病毒的信号
接下来的问题是怎么去识别2019新型冠状病毒,避免检测到其他的序列信号?
大家会注意到在PCR过程中,只有引物会特异性的结合到模板上,也就是说,设计好的引物可以识别新冠病毒的核酸序列。引物的设计工作就成为病毒检测成功与否的关键。
科学家根据已发布的2019-nCoV全基因组序列,通过序列比对寻找具有 2019新冠状病毒高度特异性的核酸序列,该序列可以特异鉴别2019新冠状病毒。
根据这个特点,在此区域设计特异引物用于2019新型冠状病毒鉴定。
如何进行信号检测
为了能够实时检测到核酸序列的变化情况,在PCR的反应体系中往往需要加入探针或染料用于荧光信号捕获。同时需要QPCR仪,这种仪器可以将荧光信号采集为计算机可以识别的数字信号,用于后续诊断依据。这里涉及的两种产生荧光的物质有着不同的发光原理:
- 荧光染料:一般这种游离的染料几乎没有荧光信号,一旦结合双链DNA后,其荧光信号可呈数百倍的增加。
- 荧光探针:依据目的基因设计合成一个能够与之特异性杂交的探针,该探针的核酸片段两端分别带有荧光基团和淬灭基团。
- 一般情况下,两个基团的空间距离很近,荧光基因因淬灭而不能发出荧光。
- PCR扩增时,探针的结合位置位于上下游引物之间。当扩增延伸到探针结合的位置时,一种切割酶会将荧光基团切下来,从而使其发出荧光。
- 检测到的荧光分子数与PCR产物的数量成正比,因此,根据PCR反应体系中的荧光强度即可计算出初始DNA模板的数量。
为了提高每次检测的人次,检测人员会将样本放置在孔板上,每个孔即为一个样本。同时,会加入空白对照,阳性对照,阴性对照来提高准确率。
接下来,使用计算机软件分析,会有几种结果:
- 空白对照,不会扩增
-
内参样本:会加入人源性内参基因的检测,满足临床对样本质量控制的需要,降低假阴性率。如果,该样本没有扩增曲线,需要检查质控情况
-
阴性对照:这里阴性对照,不会扩增
-
阳性对照:同样,阳性对照样本是存在已知新冠病毒的核酸(也就是说,已知该样本肯定要扩增),为了降低假阳性率。
病原检测人员会根据以上的数据来判断该患者是否为新冠病毒阳性。
最后,看看检测人员平时的工作状态:
新冠病毒对我们来说只是个新闻字眼,但是对于他们来说只隔着一层防护服。而且几乎所有奋战在一线的科学家,医护工作者,志愿者们都是身披这身战甲,在前线日夜奋战。他们无数人洒下泪水与汗水,更有人奉献出自己的生命,但是更多的人不是悲伤和恐惧,而是继续奔赴前线。也许艾青在《我爱这土地》中,早已给出他们奋不顾身的原因:
假如我是一只鸟,
我也应该用嘶哑的喉咙歌唱:
这被暴风雨所打击着的土地,
这永远汹涌着我们的悲愤的河流,
这无止息地吹刮着的激怒的风,
和那来自林间的无比温柔的黎明……
——然后我死了,
连羽毛也腐烂在土地里面。
为什么我的眼里常含泪水?
因为我对这土地爱得深沉……
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