诊断方法在应对COVID-19大流行中的重要性
大规模检测和接触者追踪是控制大流行的关键。这依赖于能够快速、准确和可靠地检测SARS-CoV-2。
2019年12月，新型冠状病毒SARS-CoV-2首次在中国出现，并迅速在全球蔓延。它引起的疾病COVID-19已导致100多万人死亡，并对卫生系统和经济造成极大压力。
“在研制出疫苗之前，我们的主要方法将是测试和防止病毒的传播，”他说查兹Langelier他是加州大学旧金山分校的医学副主任。
研究人员正在加紧开发诊断测试，可以通过检测特定的病毒核酸(分子检测)或蛋白质(抗原检测)，或者通过检测抗SARS-CoV-2抗体(血清学检测)，快速准确地识别当前感染SARS-CoV-2的人。
Langelier说:“SARS-CoV-2有一个RNA基因组，它被含有几种不同蛋白质的脂质膜包围。”“其中最著名的可能是‘刺突’蛋白，它对介导病毒进入宿主细胞非常重要。”
目前，许多临床诊断实验室依靠基于聚合酶链反应(PCR)的分子检测来检测患者样本(如喉咙或鼻子拭子)中的SARS-CoV-2感染。
Langelier说:“基于pcr的检测可能是应用最广泛的，在敏感性和特异性方面被认为是‘金标准’。”
然而，由于PCR检测需要专门的设备和训练有素的人员，人们的注意力正转向开发低成本、便携式技术，以提供更快速的结果。抗原检测已经开始作为一种低成本的筛查工具使用，而替代的分子检测为未来提供了巨大的潜力。
PCR检测是“金标准”
2020年1月底前 获得新冠病毒基因组序列 这使得研究人员能够设计出目前常规使用的PCR检测方法。
该技术涉及从患者样本中提取病毒RNA，通常是从上呼吸道采集的棉签。在将其转化为互补DNA后，病毒基因组的特定部分在热循环器中被扩增，然后检测产物。
“PCR检测是用来检测病毒基因组的部分，”Langelier说。“但具体的目标可能不同，这取决于化验方法。”
研究人员正在密切关注病毒的进化，因为新毒株的出现可能会导致假阴性。
“SARS-CoV-2大约每两周变异一次，这对病毒来说是相对缓慢的，”他说 艾米丽·克劳福德 她是加州大学旧金山分校的助理兼职教授，Chan Zuckerberg BioHub的小组负责人。“但是引物或探针结合位点的单点突变基本上可以杀死PCR检测病毒的能力。”
为了解决这个问题，大多数检测都基于至少两个不同的靶点，这大大降低了同时在两个地方产生自发突变的几率。
克劳福德解释说:“我们在实验室中使用的测试同时针对病毒的N基因和E基因。”“所以，如果我们确实看到一个样本，其中一个基因被检测到非常强烈，而另一个基因被检测到很低，或者根本没有检测到，我们就会很快得到警告。”N基因包含病毒的指令 核衣壳蛋白 E基因编码 包膜蛋白 ．
正在进行的挑战
的 PCR检测的敏感性和特异性均可达95%以上 ， 在理想条件下使用。但在现实世界中，由于其他因素，例如样本收集的时间和方式，拭子测试的性能可能会较低。
Langelier说:“我们知道，病毒载量在一个人出现任何症状的前一天达到峰值，如果他们将要出现症状的话，然后它就会下降。”“因此，如果你在他们首次出现症状两周后采集样本，病毒的数量就会低得多，这就影响了检测的灵敏度。”
通过样品与其他病毒物质的交叉污染，pcr检测的特异性可能成为一个主要问题。例如，今年早些时候 美国疾病控制和预防中心实验室组装的检测试剂盒受到污染 使他们无效。
Langelier解释说:“一些患者样本中的病毒载量非常高，如果不小心处理，它们可能会交叉污染其他人。”“这可能比我们想象的更普遍。”
另一个主要挑战是，一个人具有传染性所需的病毒载量的阈值目前尚不清楚。
克劳福德说:“我们已经看到了不同样本的病毒载量的巨大差异，从每毫升大约100个病毒基因组拷贝到大约1000亿个拷贝。”“这带来了一个挑战，因为我们需要一种能够准确检测出极高和极低滴度病毒的检测方法，但我们不知道低滴度的人是否有可能将病毒传染给其他人。”
快速抗原检测是一个潜在的游戏规则改变者
为了减缓SARS-CoV-2的传播，大多数专家都认为，重点应该放在识别和隔离感染者上。理论上，这可以通过使用新的快速抗原测试来实现 其中第一种最近获得了美国食品和药物管理局(FDA)的紧急使用授权。
典型的抗原检测通常也从鼻子或喉咙拭子开始-尽管一些正在开发使用唾液样本。在加入分解病毒的溶液后，将混合物添加到含有与特定病毒抗原结合的抗体的层流条中。
Langelier说:“这些分析可以放入一个小卡片之类的东西中，这样你就可以读出结果。”“所以，你可能会看到只有在SARS-CoV-2抗原存在的情况下才会出现一条条带，类似于家用验孕棒。”
基于抗原的检测比基于pcr的检测便宜得多，速度也快得多，而且由于它们不需要任何专业设备，因此可以在即时护理环境中使用。但代价是灵敏度降低。
Langelier说:“目前的估计表明，抗原检测的检测限度可能比基于pcr的检测高10到100倍。”“所以，当一个人体内的SARS-CoV-2含量很低时，可能会得到假阴性结果。” 使用抗原测试获得的阴性结果可能需要用分子测试来确认，以帮助告知治疗决定。
但如果检测的目标是在人们具有传染性时识别他们，这可能就不那么重要了。
Langelier解释说:“越来越多的数据表明，大多数患有轻度甚至中度疾病的人在7至10天后不再具有传染性。”“因此，基于抗原的测试可以非常有效地识别出最有可能将病毒传递给下一代的人——只要这种测试足够频繁。”
基于抗体的检测提供了另一种诊断策略。这些是基于血液的免疫测定方法，旨在检测免疫系统在应对SARS-CoV-2感染时产生的特定抗体。
Langelier说:“由于一个人需要大约7到10天才能产生足够的抗体来被检测到，所以它们在诊断急性感染方面并没有真正的作用。”“但它们可能有助于确认那些高度怀疑感染COVID-19，但在PCR检测中仍呈阴性的病例。”抗体测试可能有助于确认SARS-CoV-2感染，当PCR无法得到准确的结果时，例如如果样本是在患者症状开始后8天以上收集的。
Platelia SARS-CoV-2总抗体测定
IgM, IgA, IgG一次性检测
Bio-Rad提供Platelia SARS-CoV-2总抗体检测试剂盒，用于检测与COVID-19相关的SARS-CoV-2总抗核衣壳抗体(IgM、IgA、IgG)。该检测方法具有高特异性和敏感性，且无交叉反应性，有助于识别对SARS-CoV-2具有适应性免疫反应的个体。
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新的分子测试正在进行中
另一种技术叫做 环介导等温扩增(LAMP) 正受到越来越多的关注，因为它有可能比PCR更便宜、更快、更容易进行。该技术像PCR一样，以一种有针对性的方式放大病毒遗传物质，但不需要热循环。
克劳福德解释说:“从理论上讲，这意味着它可以用于没有高级机器的即时护理环境。”“但也有缺点，因为这些技术通常不像PCR那样敏感或特异。”
以基因编辑技术而闻名的CRISPR，作为一种诊断工具也具有巨大的潜力。这种方法包括将蛋白质与病毒基因组中的特定序列结合，然后检测这种相互作用。
克劳福德说:“它是非常特异性的，但不像PCR那样敏感。”“但人们正在做的是将等温扩增与CRISPR结合起来，这意味着你可以获得非常好的灵敏度和特异性。”
但许多研究人员对将基于crispr的测试作为帮助应对当前大流行的手段持谨慎态度。
克劳福德说:“我认为人们总想寻找一种能解决所有问题的酷玩具。”“但在现实中，它仍然存在很多挑战。”
另一种潜在的方法是检测宿主免疫反应的变化，而不是病毒本身的存在。例如，Langelier团队的研究表明 与其他呼吸道疾病相比，SARS-CoV-2上呼吸道的基因活性模式是独特的 他说，“可以在实验中加以利用”。
诊断学成为焦点
对有COVID-19症状的人进行大规模快速诊断检测，对于识别SARS-CoV-2感染、遏制其传播和预防死亡至关重要。
Langelier说:“在我们有疫苗之前，我们的主要方法将是测试和防止传播。”“容易和频繁地获得诊断检测有助于克服目前感染控制和预防方面的许多挑战。”
长期目标是达到不再需要对SARS-CoV-2感染进行广泛检测的程度。但这种情况不太可能很快发生。
Langelier说:“即使我们有了疫苗，我认为诊断测试将继续在识别和预防感染方面发挥关键作用。”
